渗透-环剪试验-岩土工程学报-环剪仪-抗剪强度-残余强度-滑带土-应变软化-卓致力天

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中国地质大学(武汉)工程学院论文“基于渗透-环剪试验的三峡库区童家坪滑坡滑带土强度特性研究”丨WILLE 环剪仪应用

发布日期：

2026-08-31

摘要

本文以三峡库区童家坪滑坡滑带土为研究对象，采用德国威乐 WILLE ARS-E2 环剪仪和自主设计的渗透-环剪耦合装置，开展了多种渗透作用下滑带土环形剪切试验，研究了不同渗透循环次数、循环渗透压变化量、初始渗透压以及恒定渗透压作用下滑带土强度变化特征，得到4点结论。

中国地质大学(武汉)工程学院课题组在《岩土工程学报》发表了题为“基于渗透-环剪试验的三峡库区童家坪滑坡滑带土强度特性研究”的学术文章。本研究项目联合运用了德国WILLE ARS-E2 型全自动环剪仪试验系统，以三峡库区童家坪滑坡为研究对象，开展了多种渗透条件下的滑带土抗剪强度研究，重点探究滑带土在不同渗透环剪条件下抗剪强度变化规律，并利用环剪试验所获取残余强度、剪切位移等试验结果对各剪切条件下的滑带土强度特性进行分析，模拟堆积层滑坡滑带土在实际库水升降条件下强度演化规律，揭示库岸堆积层滑坡变形破坏力学机制。

中国地质大学(武汉)工程学院论文“基于渗透-环剪试验的三峡库区童家坪滑坡滑带土强度特性研究”丨WILLE 环剪仪应用

DOI：10.11779/CJGE20220456

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论文摘要

滑带土对于滑坡的变形演化起到至关重要的控制作用，开展不同渗透条件下滑带土强度特性研究，对水库堆积层滑坡动态稳定性评价具有重要意义。针对目前在库岸堆积层滑坡滑带土渗透-力学特性方面研究薄弱问题，以三峡库区童家坪滑坡滑带土为研究对象，采用 ARS 环剪仪和自主研发的渗透-环剪耦合装置，开展了多种渗透条件下的环剪试验，研究了不同渗透循环次数、循环渗透压变化量、初始渗透压以及恒定渗透压作用下滑带土残余强度特性。

试验结果表明：试样在渗透-环剪试验中易出现“应变软化”现象，并且随渗透循环次数的增加而愈发明显；渗透循环会显著削弱滑带土的黏聚力的大小；在相同剪切应力条件下，经渗透作用的各滑带土试样剪应力变化趋势基本一致，残余强度与渗透压呈负相关关系。研究成果揭示了不同渗透-环剪条件下滑带土力学强度弱化规律，为水库运行条件下堆积层滑坡力学机制研究提供了基础。

试验设备

本研究项目使用德国威乐 WILLE ARS-E2 型环剪仪试验系统，开展多种渗透条件下的环剪试验。该设备可模拟土体在大剪切位移条件下的剪切变形特性，能够获取土体残余抗剪强度、剪切面演化、剪切速率效应等关键参数，适用于滑坡、边坡等岩土工程大位移剪切问题的机理研究。

研究结论

本文以三峡库区童家坪滑坡滑带土为研究对象，采用 ARS-E2 环剪仪和自主设计的渗透-环剪耦合装置，开展了多种渗透作用下滑带土环形剪切试验，研究了不同渗透循环次数、循环渗透压变化量、初始渗透压以及恒定渗透压作用下滑带土强度变化特征，得到以下4 点结论。

（1）渗透试样达到峰值强度后易出现“应变软化”现象。并且随渗透循环次数的增加而愈发明显。当渗透循环小于15 次时，滑带土残余强度弱化不明显。当渗透循环达到20 次时，滑带土的残余强度迅速下降。

（2）渗透循环会造成滑带土的内摩擦角和黏聚力显著减小，渗透压的增大对滑带土黏聚力削弱更为明显。

（3）滑带土的残余强度与初始渗透压力呈负相关。当初始渗透压力从100 kPa 增加到400 kPa 时，残余强度从85.21 kPa 相应降低到45.76 kPa，降低率为46.30%。

（4）童家坪滑坡的演化过程中，在动态渗透压循环作用下滑带土的残余强度均逐渐减小。因此，需密切监测三峡库区堆积层滑坡变形速度，实施适当的防治措施以避免滑带土出现严重的强度弱化，进而诱发大规模的库岸滑坡乃至一系列的次生灾害。

德国威乐 WILLE 全自动环剪仪系统

ARS-E2 型环剪仪试验系统为早期研发的经典环剪测试平台，历经多年迭代升级，在硬件控制、传感器精度与数据采集软件方面完成多轮优化改进，具备闭环伺服控制能力，可实现大剪切位移条件下土体剪切特性测试，能够获取土体峰值强度、残余抗剪强度、剪切速率效应等关键试验参数，可完成固结排水、固结不排水等多种应力路径环剪试验。依托升级后的试验平台，可模拟岩土体大位移剪切过程，测定土体残余强度指标，揭示剪切作用下土体强度演化规律，为边坡及滑坡灾害机理分析提供试验支撑。