滑带土的蠕变特性研究现状

土的流变学是工程流变学的一个重要分支，在滑坡、泥石流等地质灾害防治领域关系到岩土体长期的稳定性和安全，特别是研究滑带土的蠕变特性具有重要的学术和实际意义。

物体受力变形中存在与时间有关的变形性质即为流变（维亚洛夫，1987）。在岩土工程中，挡土墙的位移随时间的发展、斜坡和边坡稳定性随时间的破坏、地基的长期沉降和倾斜、隧道施工时的地表沉降及变形，土石坝的长期沉降等（沈珠江等，1998；安关峰，2001），都说明土体不仅具有弹性、塑性，还具有黏滞性即流变性，是一种黏弹塑性体。这样，在土体的本构关系里，就不应仅仅是应力和应变两者之间的关系，而是应力、应变和时间三者之间的关系。

最早人们是从线性黏弹性变形开始研究的，它是根据研究物体的弹性和黏性的共同表现而得。宾哈姆在他1919年的著作中奠定了流变学的基础，提出了黏滞塑性的概念（维亚洛夫，1987）。后来，开尔文（Klevin）在他的名著《关于金属的弹性和黏滞性》中研究了弹黏介质的流变状态方程，它描述了弹性变形发展的滞后过程（后效过程）。黏弹性方程首先由马克斯威尔（Maxwell）为了描述松弛现象而提出，后来开尔文和Voigt提出了可以描述后效现象的方程。包尔兹曼（Boltz－mann）在叠加原理上推导出了遗传蠕变理论：在过去某时刻Ti加上的荷载到任一时刻t引起的变形等于每个互不相干的荷载到时刻t引起变形的总和。它分为线性遗传蠕变理论和非线性遗传蠕变。该理论为流变积分模型奠定了理论基础，并为蠕变试验中的分级加载方式提供了依据。

Taylor D W和Merchant W于1940年率先在土体的固结分析中考虑土体的流变性质，实现了计算分析中考虑土体变形的时间效应。随后，在Geuze和陈宗基（1959）等国内外学者的努力下，考虑土体流变特性的理论和实践范围不断拓广，认识不断加深，并在岩土工程中发挥了重要作用。

流变性质研究分微观和宏观两方面。前者重点从土的微观结构研究土具有流变性质的原因和影响土流变性质的因素。陈宗基（1959）提出了片架结构理论。在基于速率过程（Rate Process）理论（或称分子流动理论）的基础上，国外Mitchell、Campanella、Singh（1968），Christensen、Wu（1964），Bazant、Ozaydin、Krizek（1975），国内学者施斌（1997，2002）对黏性土的应力－应变和应力－应变－时间关系进行了研究。然而，微观结构研究只能从理论上作定性分析，其发展程度不够，且成本较高，不适合工程实践需要。

目前，各国学者所做的工作大部分属于宏观流变学的范畴。它假定土是均一体，采用直观的物理流变模型来模拟土的结构和特性，通过模型的数学力学分析，建立有关的公式，以定量分析土的流变性质及其对工程的影响。

Broadbent和Ko（1971）发展了试验流变学，试验流变学成功地描述了实际流变效应并能用来控制边坡的自行破坏。流变试验可分为现场流变试验和室内流变试验。现场流变试验主要依托实际工程，布置观测仪器，定时测量。其数据来源可靠，但是工作量较大、耗时长，且所获数据有限。目前在对斜坡观测方面（Yang、Sokobiki，1996）应用越来越多。土室内流变试验是在实验室的流变仪上对土样按研究的需要进行流变试验，如单轴、三轴压缩和直剪试验等。用于岩土流变试验的专用的流变仪并不普遍，一般是在常规的土工试验仪上改装，得到相应的流变试验仪，其中包括直接剪切蠕变仪、常规三轴蠕变仪、直接剪切应力松弛仪、常规三轴应力松弛仪、高压固结仪和环剪仪等。

目前，国内河海大学、同济大学等在土的流变试验方面做了大量的工作。詹美礼（1993）将应变式三轴仪改装成应力式三轴仪，对上海软黏土进行了流变特性的试验研究。史玉成（1992）在现有三轴试验仪基础上改装了三轴应力松弛试验仪，并应用于土的流变学研究。

Yoginder（1997）通过常应力蠕变试验、变应力蠕变试验和常载荷率剪切试验探讨了变形率、老化、触变等因素对不排水应力－应变关系和强度性质的影响。李军世（2000，2002）使用该模型对上海淤泥质黏土的三轴蠕变试验成果进行分析，取得了较好的效果。然而，它们都不能反映蠕变的加速阶段。Zhu（2001）使用双曲线型方程来模拟偏应变－时间关系和体应变－时间关系，能够反映蠕变的加速阶段。

近年来，人们对滑坡的滑带土的蠕变变形行为进行了不少研究。Zischinsky（1996）用流变学模型描述了高边坡的变形并指出岩石的蠕变在高边坡变形中起了重要作用。我国学者钱家欢（1996）提出考虑流变的边坡稳定算法，先按常规方法验算土坡目前的稳定性，然后估算土坡稳定性随时间的发展情况。郑孝玉、曹炳兰（2000）进行了考虑土体流变特性的滑坡时间预报试验研究，以巴谢河流域几个典型滑坡为例，从室内蠕变试验出发，重点研究了剪切变形速率与时间的关系，来讨论滑坡时间预报的可行性。韩爱果、聂德新等（2001）利用重力压密原理制样，采用“陈氏加载法”，对某大型滑坡滑带土剪切流变特性进行研究，获得了滑带土的长期强度值，论述了长期强度在滑坡稳定性研究中的意义。王祥秋等（2003）、王文星（1996）做了关于边坡滑移面软弱夹层时间效应与相关特性的试验研究，利用陈氏循环增量加载方法对浑大河水库雾江段古滑坡面软弱夹层进行单剪蠕变试验。通过对试验结果的分析，发现其具有明显的非线性流变特性，为雾江滑坡体长期稳定性分析及滑移时间效应的研究提供了理论依据。宋克强（1994）对西安市郊的古刘滑坡的滑带土的蠕变特征和预报做了系统的研究，对蠕变破坏机制做了论证，对滑带土做了直剪蠕变试验和三轴剪切蠕变试验，并用蠕变方程拟合了滑坡预报方程。王琛等（2003）进行了泄滩滑坡体滑动带土的三轴排水蠕变试验研究，得出了排水条件下黏性土的Singh－mitchell蠕变方程，较适用于流变性比较大的黏土，说明泄滩滑坡体滑动带土的蠕变性较小，稳定蠕变速率不大。并且，还对Singhmitchell蠕变方程和Mesri蠕变方程进行了改进，利用分段拟合方法对蠕变的三阶段分段拟合，使之适用于衰减阶段、稳定流动阶段和急剧流变阶段。徐卫亚（2006）通过将自己提出的非线性黏塑性体与五元件线性黏弹性模型串联，建立一个新的岩石非线性黏弹塑性流变模型（河海模型），该流变模型可以充分反映岩石的加速流变特性。推导了岩石在恒应力与恒应变情况下的流变方程，从理论上对岩石非线性蠕变和松弛特性进行分析，证明了西元模型只是该模型的一个特例。刘建华、朱维申（2006）等采用改进拉格朗日数值计算方法对小浪底水利枢纽地下厂房洞室群围岩流变行为进行了分析研究。