丁慶峰，陳賢穎，林沛元，3，謝鍵文

（1、廣東省水文地質(zhì)大隊(duì) 廣州 510510；2、中山大學(xué)土木工程學(xué)院 廣州 510275；3、南方海洋科學(xué)與工程廣東省實(shí)驗(yàn)室（珠海） 廣東珠海 519080）

0 引言

隨著我國(guó)城鎮(zhèn)化戰(zhàn)略的加速推進(jìn)，高速公路、鐵路、隧道等工程建設(shè)大規(guī)模開展，邊坡防護(hù)面臨巨大挑戰(zhàn)。廣東省位于北低緯度地帶，屬于亞熱帶季風(fēng)性氣候，終年酷熱，有大量季節(jié)性降水，天氣相對(duì)濕潤(rùn)，因雨水造成的邊坡失穩(wěn)現(xiàn)象屢見(jiàn)不鮮。2017 年8 月，在廣東省韶關(guān)市湞江區(qū)東環(huán)線項(xiàng)目水口村安置地蓋房屋時(shí)，由于長(zhǎng)期受到外界強(qiáng)降雨的作用，邊坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)，形成了大量的滑坡；2021年8月16日，持續(xù)的大雨過(guò)后，在廣東省湛江湖光巖國(guó)家地質(zhì)公園白衣庵宿舍樓的后方發(fā)生邊坡崩塌地質(zhì)災(zāi)害；2020 年11 月23 日，廣州市增城區(qū)發(fā)生施工滑坡崩塌事件，導(dǎo)致4人遇難，直接損失超過(guò)800萬(wàn)元。

邊坡失穩(wěn)不僅造成重大經(jīng)濟(jì)損失，而且會(huì)造成人員傷亡，嚴(yán)重影響居民生產(chǎn)生活。因此，在邊坡的整個(gè)工程壽命周期內(nèi)，針對(duì)季節(jié)性暴雨這一誘災(zāi)因子，研究邊坡土體水弱化效應(yīng)，進(jìn)而提出邊坡風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與防控措施，具有重要的意義。

花崗巖在廣東省一帶分布相當(dāng)普遍，占全國(guó)總量的30%～40%，其主要礦物成分為長(zhǎng)石、石英，由花崗巖風(fēng)化形成的殘積土產(chǎn)物，在建筑工程中通常狀態(tài)下具有高孔隙比、小密度系數(shù)、擠壓系數(shù)大、抗剪硬度值高的特征；但在遇水環(huán)境下，花崗巖殘積土具有不均衡性、各向異性、擾動(dòng)性、軟化性、變質(zhì)性、崩解性等特征，使得這類土在工程上歸類為“特殊土”。目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)降雨條件下花崗巖殘積土邊坡穩(wěn)定性的研究，大致可分為兩類：①研究干濕循環(huán)下循環(huán)次數(shù)對(duì)花崗巖殘積土工程特性的影響；②研究降雨入滲時(shí)花崗巖殘積土的滲流規(guī)律。

在干濕循環(huán)對(duì)花崗巖影響的研究中，簡(jiǎn)文彬等人［1］開展了干濕循環(huán)模擬試驗(yàn)；KHAN 等人［2-3］對(duì)高塑性粘土進(jìn)行直接剪切試驗(yàn)；張鵬超［4］則對(duì)各種含水量花崗巖殘積土開展了內(nèi)部抗剪試驗(yàn)；NUNO 等人［5］評(píng)估了初始干密度的影響；ZHOU 等人［6］研究了干濕循環(huán)與土體持續(xù)振動(dòng)的相互影響，并指出含水量增高，初始粘聚力和內(nèi)摩擦角呈線性降低，隨著干濕循環(huán)次數(shù)的增加，花崗巖殘積土的抗剪強(qiáng)度和黏聚力也明顯降低且趨于穩(wěn)定，而對(duì)內(nèi)摩擦角影響不大。安然等人［7-10］開展了三軸固結(jié)不排水試驗(yàn)和核磁共振成像試驗(yàn)研究花崗巖殘積土微觀構(gòu)造，并發(fā)現(xiàn)在干濕循環(huán)下，花崗巖殘積土的微孔隙濃度略微下降、而裂隙含量大幅增加。王德詠等人［11］利用數(shù)值軟件PLAXIS 進(jìn)行模擬；于佳靜等人［12］改進(jìn)了常規(guī)的單元試驗(yàn)方法，并運(yùn)用有限元軟件ABAQUS 進(jìn)行數(shù)值模擬；尹宏磊等人［13］用安定上限分析法研究了干濕循環(huán)中材料參數(shù)的改變對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響，發(fā)現(xiàn)干濕循環(huán)下邊坡安全系數(shù)降低，穩(wěn)定性下降。

在降雨入滲對(duì)花崗巖影響的研究中，潘永亮等人［14-15］模擬了不同的降水模型；林鴻基等人［16］基于非飽和滲流理論和Bishop 條分法計(jì)算邊坡孔隙水壓力和穩(wěn)定安全系數(shù)；張淑寶［17］則采用非飽和滲透理論研究邊坡參數(shù)對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響，并指出降雨使邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)下降，路堤邊坡面基質(zhì)吸力也降低，是造成漸層滑坡失穩(wěn)的主要原因；鄭敏洲等人［18-19］對(duì)花崗巖殘積土邊坡系統(tǒng)穩(wěn)定性作了可靠性研究，結(jié)果表明，邊坡?lián)p壞幾率隨著降水持續(xù)時(shí)間的增長(zhǎng)和降雨強(qiáng)度的增大而提高，增大初始吸力會(huì)降低邊坡的系統(tǒng)安全程度；孟慶生等人［20］研究了花崗巖內(nèi)部水位線分布和降雨滲流的規(guī)律，結(jié)果表明，雨水入滲路線大致呈“平拋物線”，長(zhǎng)時(shí)間小降雨比短時(shí)間大暴雨對(duì)花崗巖殘積土影響更大；李斯?jié)热耍?1］開展了高密度電法、高密度面波的原位測(cè)試，認(rèn)為降水后花崗巖殘積土電阻率溫度系數(shù)顯著增加，降水主要影響低阻巖土體；王浩等人［22］對(duì)邊坡全壽命周期的初步規(guī)范提供了思路，并提出了一套風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的理論框架。

本文聚焦花崗巖殘積土在干濕循環(huán)下強(qiáng)度弱化累積效應(yīng)。邊坡基礎(chǔ)設(shè)施全壽命服役周期一般為70～100年，期間邊坡巖土體經(jīng)歷多次干濕循環(huán)過(guò)程，土體剪切強(qiáng)度弱化，且具有累積效應(yīng)。因此，實(shí)際上邊坡穩(wěn)定性或者安全裕度是隨著服役年齡增大而降低。本文以廣東地區(qū)的花崗巖殘積土為研究對(duì)象，考慮花崗巖殘積土在降雨、日曬等交替因素的干擾下，將持續(xù)不間斷地經(jīng)過(guò)從飽和狀態(tài)向干燥狀態(tài)轉(zhuǎn)換，隨著循環(huán)時(shí)間的增長(zhǎng)，花崗巖遇水后抗剪切能力也將大幅度降低，黏聚力將顯著減少，邊坡穩(wěn)定性降低，容易造成淺層滑坡等地質(zhì)災(zāi)害。

為研究花崗巖殘積土水弱化效應(yīng)，開展室內(nèi)干濕循環(huán)模擬試驗(yàn)和直剪試驗(yàn)。研究的創(chuàng)新點(diǎn)在于兩個(gè)方面：①當(dāng)前已有的大部分研究只開展3～5 次干濕循環(huán)試驗(yàn)，循環(huán)次數(shù)少。對(duì)此，為了得到邊坡在整個(gè)壽命周期內(nèi)其穩(wěn)定性隨干濕循環(huán)變化的規(guī)律，本研究對(duì)花崗巖殘積土進(jìn)行1～100 次干濕循環(huán)，以深入剖析干濕循環(huán)次數(shù)的增加對(duì)花崗巖殘積土強(qiáng)度弱化的累積效應(yīng)，從而更加精確地預(yù)測(cè)邊坡失穩(wěn)路徑及災(zāi)變臨界點(diǎn)。②通過(guò)室外自然風(fēng)干的形式代替烘箱脫濕的過(guò)程，自然風(fēng)干更能還原花崗巖殘積土在自然狀態(tài)下由于反復(fù)吸水和脫水產(chǎn)生的物理化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，避免烘箱破壞花崗巖殘積土內(nèi)部結(jié)構(gòu)而導(dǎo)致其強(qiáng)度弱化規(guī)律改變。

1 干濕循環(huán)試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)土樣及其基本物理性質(zhì)指標(biāo)

花崗巖殘積土是指花崗巖經(jīng)過(guò)物理風(fēng)化和化學(xué)侵蝕后遺留于原地的碎屑物質(zhì)?；◢弾r的主要成分是石英、長(zhǎng)石和云母等?；◢弾r殘積土具有高孔隙比、小密度系數(shù)、擠壓系數(shù)大、耐剪力強(qiáng)的特性。在遇水條件下，花崗巖殘積土具有不均勻性、各向異性、擾動(dòng)性、變軟性、變質(zhì)性、崩解性等特點(diǎn)。本文以珠三角地區(qū)典型邊坡工程的花崗巖殘積土為試驗(yàn)對(duì)象開展室內(nèi)土工試驗(yàn)。依據(jù)《土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)：GB/T 50123—2019》［23］的要求，分別對(duì)試驗(yàn)土樣進(jìn)行比重測(cè)試、密度測(cè)試、含水量測(cè)試和界限含水量測(cè)試，結(jié)果如下：顆粒比重Gs=2.71，干密度ρd=1.57 g/cm3，飽和含水量ω=26.79%，液限WL=49.5%，塑限WP=29.9%，塑性指數(shù)IP=19.6%。土樣的顆粒級(jí)配粒度分布曲線如圖1所示。

圖1 試驗(yàn)土樣粒度分布曲線Fig.1 Test Soil Sample Particle Size Distribution Curve

1.2 試驗(yàn)準(zhǔn)備工作

當(dāng)花崗巖殘積土土樣處于飽和狀態(tài)時(shí)，測(cè)得其含水量為26.79%。土的含水量ω和飽和度Sr的關(guān)系有以下公式：

式中：e為土的孔隙比；Gs為土的比重；γw為水的重度；γd為土的干重度；ω為土的含水量；Sr為土的飽和度。

在每次干濕循環(huán)過(guò)程中，分別取60%、70%、80%、90%、100%為預(yù)定飽和度，與之相對(duì)應(yīng)的含水量為16.08%、18.76%、21.44%、24.11%、26.79%，定為后續(xù)進(jìn)行直剪試驗(yàn)時(shí)所要控制的預(yù)定含水量。

制備重塑土樣時(shí)，先將試驗(yàn)土樣置于烘箱內(nèi)，完成脫水處理形成干土，然后將干土放入容器，用噴壺沿著土的表層均勻噴灑水。為確保土樣和水能均勻地混合，噴灑過(guò)程中一邊噴灑一邊將土樣和水充分?jǐn)嚢钃u勻，待噴灑水的重量超過(guò)預(yù)期時(shí)立即停止，充分拌勻土樣。為了防止空氣中存在的水分繼續(xù)與土體接觸，干擾試驗(yàn)結(jié)果，及時(shí)用保鮮膜封住重塑試驗(yàn)土樣。浸潤(rùn)24 h 使土料中的水均勻地分布在土體的不同位置，達(dá)到要求時(shí)間后取出土樣復(fù)測(cè)含水量，如復(fù)測(cè)含水量與要求含水量偏差在1%以內(nèi)，可進(jìn)行擊實(shí)；否則重新調(diào)節(jié)含水量，重復(fù)以上步驟重新制樣，直至達(dá)到規(guī)范所需的含水量，得到的重塑土樣即可用來(lái)制備試樣。

1.3 干濕循環(huán)試驗(yàn)方案及過(guò)程

試驗(yàn)首先制備干濕循環(huán)次數(shù)為1、2、3、4、5、7、10、20、30、100 的土樣，再使用室內(nèi)四聯(lián)剪直剪儀在不同豎向應(yīng)力（100 kPa、200 kPa、300 kPa、400 kPa）完成不同飽和度（60%、70%、80%、90%、100%）條件下的快剪試驗(yàn)。同時(shí)，在每一飽和度條件下再完成第二次反復(fù)試驗(yàn)，作為第一組試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果的對(duì)照組，可以減小單次試驗(yàn)的誤差，得到較可靠的試驗(yàn)土樣黏聚力、內(nèi)摩擦角和抗剪強(qiáng)度與對(duì)應(yīng)的干濕循環(huán)次數(shù)關(guān)系。

干濕循環(huán)試驗(yàn)主要模擬自然條件下的干濕交替過(guò)程。天然狀態(tài)下，花崗巖殘積土的最低含水量約為8%，飽和狀態(tài)下為26.79%。通過(guò)預(yù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，本研究將土樣初始含水率設(shè)為12%。在干濕交替過(guò)程中，試驗(yàn)土樣先進(jìn)行含水量為26.79%的飽和狀態(tài)過(guò)渡到含水量為12%的非飽和狀態(tài)的脫濕過(guò)程，再回到含水量26.79%的飽和狀態(tài)的飽和過(guò)程。因此，需要將試驗(yàn)土樣含水量變化范圍限制在12%～26.79%進(jìn)行干濕循環(huán)試驗(yàn)。

在干濕循環(huán)試驗(yàn)中，采用抽氣飽和法將試驗(yàn)土進(jìn)行抽氣飽和。在此過(guò)程中，首先使用重疊式飽和器來(lái)安裝試驗(yàn)土樣，以降低飽和作用過(guò)程中試驗(yàn)土樣體積變形。后將裝好的試樣置于真空缸進(jìn)行抽氣飽和，飽和過(guò)程中為保證試樣充分飽和，將試驗(yàn)土樣浸泡10 h。試樣飽和后，取出飽和器，松開螺絲，取出環(huán)刀，擦干外壁，吸去表面積水后進(jìn)行土樣的脫濕。

關(guān)于試樣脫濕過(guò)程，本干濕循環(huán)試驗(yàn)通過(guò)室外自然風(fēng)干的形式代替烘箱脫濕的過(guò)程，更好地還原花崗巖殘積土在自然狀態(tài)下的反復(fù)吸水和脫水物理化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，避免烘箱破壞花崗巖殘積土內(nèi)部結(jié)構(gòu)而導(dǎo)致其強(qiáng)度衰弱規(guī)律改變。自然環(huán)境下室外的平均溫度為26 ℃，濕度為50%，將試樣放在有陽(yáng)光直射的地方，一邊脫濕一邊觀察土樣表面因水分流失的變化情況，經(jīng)過(guò)預(yù)試驗(yàn)結(jié)果得出，在陽(yáng)光照射下試驗(yàn)土樣在數(shù)小時(shí)后即可達(dá)到初始含水率。對(duì)于已經(jīng)在干燥狀態(tài)下的試驗(yàn)土樣，重復(fù)上述試樣飽和過(guò)程的步驟，經(jīng)歷了一次飽和過(guò)程和一次脫濕過(guò)程的試樣，即為完成一次干濕循環(huán)。

對(duì)于即將完成對(duì)應(yīng)干濕循環(huán)次數(shù)的試驗(yàn)土樣，在最后一次脫濕過(guò)程中，為了控制試樣處于預(yù)定飽和度，采用天平稱重的方法來(lái)控制土樣含水量，達(dá)到預(yù)定飽和度后，立刻停止土樣的脫濕過(guò)程，用保鮮膜將土樣密封養(yǎng)護(hù)24 h，讓試樣內(nèi)部水分均勻，減小試驗(yàn)誤差。通過(guò)天平稱重的控制所需土樣重量如下式計(jì)算：

式中：mt為土的控制質(zhì)量；ms為干土質(zhì)量；ω為土的含水量；m為環(huán)刀的質(zhì)量。

對(duì)于進(jìn)行了一定干濕循環(huán)次數(shù)達(dá)到了預(yù)定飽和度，并在規(guī)定時(shí)限內(nèi)進(jìn)行了密封養(yǎng)護(hù)的試驗(yàn)土樣，之后采用應(yīng)變控制型直剪儀進(jìn)行直剪試驗(yàn)，通過(guò)測(cè)量不同干濕循環(huán)次數(shù)下花崗巖殘積土抗剪強(qiáng)度指標(biāo)，分析整理從而獲得干濕循環(huán)條件下花崗巖殘積土抗剪強(qiáng)度指標(biāo)隨干濕循環(huán)次數(shù)的變化規(guī)律。

2 直剪試驗(yàn)

依據(jù)文獻(xiàn)［23］的要求，直剪試驗(yàn)分為快剪、固結(jié)快剪和慢剪三類。本研究選用四聯(lián)應(yīng)變調(diào)節(jié)直剪儀進(jìn)行快剪試驗(yàn)。

使用四聯(lián)應(yīng)變控制式直剪儀，每組4個(gè)試驗(yàn)土樣，依次在100 kPa、200 kPa、300 kPa、400 kPa四種豎向應(yīng)力條件下，以設(shè)計(jì)的剪應(yīng)力完成快剪試驗(yàn)。快剪試驗(yàn)完成后，選取剪切破壞面的部分土模進(jìn)行含水量測(cè)定，若測(cè)出土模體積含水量與預(yù)期的含水量差距很大，可用備用試驗(yàn)土樣重新進(jìn)行干濕循環(huán)后開展快剪試驗(yàn)。

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

不同豎向應(yīng)力和飽和度條件下土樣抗剪強(qiáng)度隨干濕循環(huán)次數(shù)變化曲線如圖2 所示。一般來(lái)說(shuō)，隨著豎向應(yīng)力的增大，花崗巖殘積土剪切強(qiáng)度增大。通過(guò)觀察土樣在不同豎向應(yīng)力時(shí)其抗剪強(qiáng)度隨干濕循環(huán)次數(shù)的變化，發(fā)現(xiàn)其抗剪強(qiáng)度的峰值均不在第一次干濕循環(huán)中。這說(shuō)明對(duì)于重塑土，即使事先通過(guò)擊實(shí)建立完整的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)的抗剪強(qiáng)度在前幾次干濕循環(huán)中不會(huì)馬上減弱，甚至還可能增大。同時(shí)發(fā)現(xiàn)花崗巖殘積土抗剪強(qiáng)度的峰值集中在第5～10 次干濕循環(huán)，當(dāng)花崗巖殘積土抗剪強(qiáng)度到達(dá)峰值后，才開始呈現(xiàn)逐漸驟減的形態(tài)。以飽和度60%的試驗(yàn)土樣為例，可以明顯發(fā)現(xiàn)抗剪強(qiáng)度隨土樣干燥濕潤(rùn)程度的不同變化呈現(xiàn)類似于“金字塔”形態(tài)，這反映了自然狀態(tài)下的天然邊坡不會(huì)因?yàn)橐婚_始的干濕循環(huán)而立即出現(xiàn)失穩(wěn)的現(xiàn)象，邊坡失穩(wěn)通常伴隨著一定的干濕循環(huán)過(guò)程，即花崗巖殘積土與雨水之間的充分相互作用使其強(qiáng)度緩慢降低。

圖2 不同豎向應(yīng)力下土樣抗剪強(qiáng)度隨干濕循環(huán)次數(shù)變Fig.2 Variations of Shear Strength of the Test Groups with Increasing Drying-wetting Cycles under Different Axial Forces

由圖2可知，在豎向應(yīng)力較小時(shí)，干濕循環(huán)對(duì)土樣抗剪強(qiáng)度的弱化效應(yīng)較為顯著，且一致性較好，如100 kPa的工況。這可能是由于豎向應(yīng)力較小，土樣中應(yīng)力則較小，水弱化效應(yīng)得以充分體現(xiàn)。而對(duì)于豎向應(yīng)力較大的情況，如400 kPa的工況，干濕循環(huán)的效應(yīng)則相對(duì)較小，曲線呈現(xiàn)不規(guī)則漲落。這是因?yàn)榇藭r(shí)土樣中應(yīng)力起到了主導(dǎo)作用，而水弱化效應(yīng)相對(duì)小得多，因此宏觀上不明顯。該觀察在實(shí)際工程中意味著邊坡淺層土體更易受干濕循環(huán)作用而失穩(wěn)，這與實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)中淺層失穩(wěn)更為常見(jiàn)相符合。而對(duì)于深層土體，其弱化效應(yīng)則相對(duì)小得多。

為了從更加根本地分析花崗巖殘積土的強(qiáng)度變化，將抗剪強(qiáng)度分解為土黏聚力c和土體內(nèi)摩擦角φ兩個(gè)指標(biāo)。試驗(yàn)結(jié)果如圖3 所示。顯然，隨著干濕循環(huán)次數(shù)的增多，不同飽和度下花崗巖殘積土的黏聚力呈現(xiàn)較為明顯的減小趨勢(shì)。這是由于干濕循環(huán)使得土樣中細(xì)微顆粒或礦物成分溶解或者移動(dòng)，從而導(dǎo)致表觀粘聚力減小。另一方面，內(nèi)摩擦角在一定區(qū)域內(nèi)浮動(dòng)改變，但基本維持穩(wěn)定，并未展現(xiàn)出明顯的弱化趨勢(shì)。內(nèi)摩擦角基本處于20°～30°的區(qū)間；尤其對(duì)于飽和度較大的工況，內(nèi)摩擦角隨干濕循環(huán)次數(shù)的增大的變化不明顯。

圖3 土樣黏聚力、內(nèi)摩擦角隨干濕循環(huán)次數(shù)變化Fig.3 Cohesions and Internal Friction Angles of the Soil Samples against the Number of Drying-wetting Cycles

以飽和度為100%的試驗(yàn)土樣為例，黏聚力的下降趨勢(shì)集中在前10 次干濕循環(huán)，而在第10 次干濕循環(huán)之后，黏聚力雖然仍在下降，但是此時(shí)黏聚力的測(cè)量值已非常小、甚至基本接近于0。但是對(duì)于其它飽和度的試驗(yàn)土樣，由于飽和度的降低，黏聚力的值增大，且第10次干濕循環(huán)以后，飽和度60%～90%的試驗(yàn)土樣的黏聚力都較小，但不趨近于0。土體抗剪強(qiáng)度是黏聚力和內(nèi)摩擦角的綜合體現(xiàn)，黏聚力由于干濕循環(huán)次數(shù)增加而減小，內(nèi)摩擦角則在相對(duì)保持穩(wěn)定中有所波動(dòng)，這使得抗剪強(qiáng)度隨干濕循環(huán)次數(shù)增大呈現(xiàn)無(wú)規(guī)則變化。在實(shí)際過(guò)程中，對(duì)不同的試驗(yàn)土樣，盡管飽和度相同，但干濕循環(huán)次數(shù)相同時(shí)，其黏聚力和內(nèi)摩擦角并非唯一穩(wěn)定的值，都處于相應(yīng)的變化范圍之內(nèi)。將試驗(yàn)結(jié)果反映在實(shí)際情況中，施工過(guò)程尤其需要注意邊坡工程生命周期的前中期，該階段邊坡容易失穩(wěn)引發(fā)事故。

土樣黏聚力和內(nèi)摩擦角隨飽和度的變化規(guī)律如圖4所示?？梢钥吹剑S著飽和度的增加，黏聚力也有明顯的下降趨勢(shì)，這是由于土體逐漸從非飽和狀態(tài)到飽和狀態(tài)而基質(zhì)吸力逐漸減小的緣故。此時(shí)的黏聚力應(yīng)理解為表觀黏聚力。當(dāng)試驗(yàn)土樣飽和度從60%增至70%時(shí)，花崗巖殘積土的黏聚力顯著下降；而從70%增至100%的過(guò)程中，黏聚力雖然持續(xù)下降，但幅度不大。這說(shuō)明，廣東地區(qū)花崗巖殘積土在降雨條件下逐漸達(dá)到飽和的過(guò)程中，其強(qiáng)度會(huì)發(fā)生很明顯快速降低的突變。此時(shí)邊坡失穩(wěn)概率驟增，且隨著飽和度的持續(xù)增大，失穩(wěn)災(zāi)變風(fēng)險(xiǎn)持續(xù)增大。反過(guò)來(lái)，在脫濕過(guò)程中，如果花崗巖殘積土飽和度降至60%～70%以下，其抗剪強(qiáng)度則會(huì)有顯著提高，這使得邊坡穩(wěn)定性增強(qiáng)，失穩(wěn)災(zāi)變風(fēng)險(xiǎn)降低。而對(duì)于內(nèi)摩擦角，不同飽和度條件下其維持穩(wěn)定，基本沒(méi)有顯著變化。

圖4 土樣黏聚力、內(nèi)摩擦角隨飽和度變化Fig.4 Cohesions and Internal Friction Angles of the Soil Samples against Soil Saturation Degrees

花崗巖殘積土的抗剪強(qiáng)度弱化累積程度與干濕循環(huán)次數(shù)的相關(guān)性如圖5 所示。結(jié)果表明，隨著干濕循環(huán)次數(shù)的增加，花崗巖殘積土抗剪強(qiáng)度的累積弱化比率相應(yīng)增加。其中，前3～5 次干濕循環(huán)的弱化曲線斜率較大，反映了抗剪強(qiáng)度弱化集中在這一時(shí)期。而對(duì)于飽和度60%試驗(yàn)土樣，其弱化比最終達(dá)不到50%，說(shuō)明花崗巖殘積土在飽和度60%條件下強(qiáng)度較大，也說(shuō)明花崗巖殘積土在暴雨條件下的弱化量有一定范圍。對(duì)于自然邊坡，在不受外力的作用下，短期干濕循環(huán)作用無(wú)法大幅度降低邊坡穩(wěn)定性。因此，暴雨下邊坡失穩(wěn)是內(nèi)力和外力綜合作用的最終結(jié)果。

圖5 土樣抗剪強(qiáng)度衰弱程度隨飽和度變化Fig.5 The Weakening Degree of Shear Strength of Soils Against Saturation

4 結(jié)論

本研究以廣東花崗巖殘積土為對(duì)象，開展了干濕循環(huán)100 次條件下的直剪試驗(yàn)，探討了干濕循環(huán)作用下花崗巖殘積土的強(qiáng)度弱化規(guī)律及弱化累積效應(yīng)。主要結(jié)論如下：

⑴隨著豎向應(yīng)力增大，花崗巖殘積土抗剪強(qiáng)度增大。在不同豎向應(yīng)力條件下其抗剪強(qiáng)度隨干濕循環(huán)次數(shù)的增大并非呈現(xiàn)單調(diào)遞減規(guī)律?；◢弾r殘積土抗剪強(qiáng)度的峰值集中在第5～10 次干濕循環(huán)，之后才開始逐漸減小。

⑵隨著干濕循環(huán)次數(shù)的增多，不同飽和度下花崗巖殘積土的黏聚力均呈現(xiàn)顯著減小趨勢(shì)。對(duì)于飽和土體，其黏聚力的下降趨勢(shì)集中在第3～5 次干濕循環(huán)；而在第10次干濕循環(huán)之后，黏聚力雖然仍在下降，但其值已非常小，基本接近0。另一方面，內(nèi)摩擦角則是在20°～30°的范圍內(nèi)浮動(dòng)改變，但整體上變化幅度不大。

⑶隨著飽和度的增加，花崗巖殘積土中表觀黏聚力明顯下降，但內(nèi)摩擦角仍基本維持穩(wěn)定。廣東地區(qū)花崗巖殘積土以飽和度60%～70%為閾值，當(dāng)超過(guò)這個(gè)范圍時(shí)，土體黏聚力下降較大，此時(shí)邊坡失穩(wěn)災(zāi)變風(fēng)險(xiǎn)驟增。飽和度從70%增至100%過(guò)程中，黏聚力持續(xù)降低，邊坡失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)持續(xù)增大。

⑷隨著干濕循環(huán)次數(shù)的增加，花崗巖殘積土抗剪強(qiáng)度的累積弱化比率增加。其中，前3～5 次干濕循環(huán)的弱化曲線斜率較大，反映了抗剪強(qiáng)度衰弱集中在這一時(shí)期，而對(duì)于飽和度60%試驗(yàn)土樣，其弱化比最終不足50%，說(shuō)明了花崗巖殘積土在飽和度60%以下時(shí)強(qiáng)度較大，其強(qiáng)度弱化量不大。對(duì)于自然邊坡，在不受外力的作用下，短期的干濕循環(huán)作用并非造成邊坡失穩(wěn)的主要原因。