滑坡滑带土蠕变特性及其模型研究综述与展望*

王明龙

（1.深圳市不动产评估中心，广东 深圳 518040；2.深圳市地质环境监测中心，广东 深圳 518040）

滑坡是一种常见的全球性的地质灾害，也是我国最主要的地质灾害之一。1995年以来，全国范围内滑坡造成的年均死亡人数已连续多年超过1000人[1]；在2008年汶川地震中，由滑坡等地质灾害造成的死亡人数就约达2万人[2]；2019年，贵州水城“7·23”特大山体滑坡造成近1600人受灾，43人死亡，21幢房屋被埋，直接经济损失达1.9亿元。滑坡灾害常常中断交通、堵塞河道、掩埋村庄、摧毁工厂、破坏农田，给人们的生命财产造成极大的损失，同时也给工程建设带来了严重的影响。因此，对于滑坡的研究具有十分重要的意义。

在传统土力学研究中，土通常被看做线性弹性体，随着土力学的逐步发展，研究人员把土假定为非线性弹塑性体来研究。无论是弹性体还是弹塑性体，其本构关系都是应力应变关系，而岩土体的蠕变则是在应力应变关系的基础上考虑到了时间的因素。岩土材料的蠕变是指在固定应力不断作用下，岩土体的变形随时间而不断增长的过程[3]。蠕变特性是土体的重要特性之一，许多滑坡在破坏前都表现出明显的蠕变特性，研究滑坡滑带土的蠕变特性往往对滑坡的稳定性评价有着重要意义。

文章将对不同含水率、围压及应力水平下滑坡滑带土室内蠕变试验和蠕变模型进行较为系统的总结，并对其中的一些问题进行探讨。希望这些总结和探讨能为滑坡滑带土蠕变特性的研究提供有益的参考与依据。

1 室内蠕变试验

土的蠕变试验是岩土工程和地质工程领域常见的一种实验手段。由于室内试验具有长期观测方便、试验条件严格控制、重复性强而耗资少等特点，因此较多学者开展了对土体蠕变特性试验研究。下文重点介绍不同含水率、不同围压及不同应力水平下土体的蠕变试验。

1.1 不同含水率下滑坡滑带土蠕变特性试验

众所周知，土体中所含水分会使土体发生软化，导致土体强度降低，进而导致滑坡和路堤变形的发生。而边坡土体大部分以非饱和土形式存在，研究边坡变形破坏机理重点是研究降雨情况下的非饱和土受力变形状态，为此研究非饱和土的蠕变特性具有重要的意义。黄志全等[4]利用非饱和三轴蠕变仪，采用陈氏加载法对魏家沟滑坡滑带土开展一系列相同净围压（100kPa）、不同基质吸力、不同应力水平下的非饱和土三轴排水蠕变试验，发现同一偏应力水平下，蠕变变形及变形速率随着基质吸力的减小而增大。赖小玲等[5]针对三峡库区某大型顺层基岩滑坡滑带土受力、环境特征，采用可控制基质吸力的非饱和土三轴蠕变仪，开展了不同偏应力水平、不同基质吸力条件下的非饱和三轴蠕变试验，发现同一偏应力荷载下，随着吸力逐渐减小，蠕变变形及蠕变速率均不断增加，且随偏应力荷载的增加增幅更大。龙建辉等[6]为研究黄土滑坡滑带土在不同含水率条件下的长期强度特性，进行三轴蠕变试验来探讨滑带土不同含水率在正常围压（对应自然应力状态）下应变随时间的变化规律，发现随着含水率的增加，土体达到破坏性蠕变阶段的速度加快，土的屈服强度也随之逐渐减小，充分说明水是致使滑带土长期强度降低从而发生滑坡的重要原因。王鹏程等[7]采用SR-6型三轴蠕变仪对陕西省泾阳县某边坡重塑黄土进行了一系列室内三轴固结排水蠕变试验，着重研究了90%压实度下重塑黄土在不同含水率与围压下的蠕变特性，同样发现含水率的增大将加速土体蠕变变形。

综上所述，较多学者对滑坡滑带土进行考虑含水率下的蠕变特性研究，发现含水率是影响滑坡滑带土蠕变特性的一个重要因素。随着含水率的增大，土体中的基质吸力减小，促使土体蠕变变形加速，说明土体饱和度的增加加剧了土体蠕变行为。

1.2 不同围压及不同应力水平下滑坡滑带土蠕变特性试验

为了将自然条件下滑坡滑带土受力、环境特征在室内较好地体现，较多学者开展了土体在不同围压、不同偏应力下的蠕变试验。胡新丽等[8]针对三峡库区马家沟滑坡滑体粗粒土开展了三轴蠕变试验，研究不同围压、不同应力水平下滑体土的蠕变变形规律，发现围压和应力水平对粗粒土的最终蠕变量均可产生影响。王鹏程[9]利用SR-6型三联式三轴蠕变仪对陕西泾阳某边坡Q3黄土原状样和重塑样进行三轴固结排水蠕变试验，着重研究含水率、围压、偏应力水平、应力路径等对蠕变特性的影响，发现土样蠕变变形量的大小与偏应力水平、围压及含水率有关，土样在高偏应力水平、小围压、大含水率的条件下蠕变现象明显。同时还发现不同应力路径下重塑黄土的蠕变规律一致，而在各级偏应力水平下，蠕变变形量存在明显差别。胡连信[10]利用三轴蠕变仪对泾阳太平镇某黄土边坡重塑样进行不同围压、偏应力下的蠕变试验，发现随着围压的增大，试样轴向变形和体积变形减小，达到稳定时所需的时间越短；同时随着偏应力的逐级加大，轴向变形和体积变形逐渐增大，达到稳定时所需的时间越长。

可见，较多学者对滑坡滑带土进行考虑围压及应力水平下的蠕变特性研究，发现围压和应力水平对滑坡滑带土蠕变变形有着重要影响：随着围压的增大，试样的蠕变量减小，达到稳定所需的时间减少；同时，随着偏应力水平的增大，试样轴向变形和体积变形增大，达到稳定所需的时间增多。

2 蠕变模型

李建伟等[11]以四川天台乡滑坡滑带土为例，对滑带土的重塑样进行不同围压、不同应力加载等级下的三轴固结排水蠕变试验研究，建立了反映滑带土蠕变特性的S-M蠕变方程，并对该模型进行了参数识别，发现Singh-Mitchell模型能够很好地模拟该滑带土的蠕变特征。黄志全等[4]根据蠕变试验数据推导出了对栾川魏家沟滑坡滑带土在非饱和三轴应力状态下包含基质吸力的Singh-Mitchell模型，其中剪应力-应变关系采用指数函数表示，应变-时间关系采用幂函数表示。赖小玲等[5]根据试验数据建立了各级吸力水平下三峡库区滑坡滑动带土的Mesri蠕变模型，其中剪应力-应变关系及应变-时间关系分别采用双曲线函数和幂函数表示。胡新丽等[8]针对三峡库区马家沟滑坡滑体粗粒土开展了三轴蠕变试验，根据试验数据建立了S-M模型，其中S-M模型的应力-应变关系为指数函数，应变-时间关系采用的是幂函数。赖小玲等[12]根据完成的滑动带土的三轴排水蠕变试验，给出了千将坪滑坡滑动带土的一个剪应力-应变-时间关系，其中剪应力-应变关系采用幂函数，应变-时间关系采用双曲线函数表示。李翔等[13]选取黄土坡临江II号崩滑堆积体上TP4平硐内的滑带土进行三轴蠕变试验，根据试验数据发现Burger's模型能较好地拟合出试样在低剪应力情况下的蠕变特性，即试样主要以瞬时变形为主，随着剪应力的增加，开始出现等速蠕变阶段。刘先锋[14]对千将坪滑坡滑带土进行三轴固结排水蠕变试验，在分析蠕变试验数据的基础上，通过分析比较，建立了一种新的蠕变经验模型，即应力-应变采用指数关系，应变-时间采用双曲线函数表示。王琛等[15]对三峡库区泄滩滑坡的滑带土进行了蠕变试验，根据试验数据得到了排水条件下的Mesri蠕变方程，其中剪应力-应变关系和应变-时间关系可分别采用双曲线函数和幂函数来描述滑带土的弹粘塑性。严绍军等[16]通过对大岩淌滑带土蠕变试验发现可以采用Burger模型来模拟滑带土的流变过程，而对于衰减蠕变，只需去掉Maxwell单元中的Newton黏性元件即可。邹世超等[17]对古树包滑坡滑带土进行蠕变试验，借助经验模型理论，分别以双曲线函数和Morgan Mercer Florin函数来描述蠕变应力-应变关系和应变-时间关系，建立了古树包滑坡滑带土蠕变经验模型。

材料的本构模型必须充分表达材料的内部结构和物理力学特征，才能保证由模型推导出来的本构方程能正确反映材料的特性。因此，基于滑坡滑带土蠕变试验建立适当的蠕变模型，可较好地描述和分析滑坡滑带土的蠕变性质，对滑坡灾害的机理研究、预警预报和工程治理都很有意义。

3 研究展望

近年来，降雨导致滑坡灾害频繁发生，造成了巨大的人员和财产损失。滑坡滑带土蠕变试验作为研究滑坡变形破坏的重要手段之一，得到越来越多学者的运用。文章通过阅读大量文献，从滑坡滑带土蠕变影响因素和蠕变模型两个方面进行了总结。

目前对滑坡滑带土蠕变的研究主要集中在室内试验上。在滑坡滑带土蠕变试验中，人们着重从含水率、围压、应力水平和土质类型做了大量工作，并取得了很好的成果；同样，在蠕变模型方面，人们利用蠕变试验得到的数据资料，建立了适用于所用试验土质的经验蠕变模型。

针对以后滑坡滑带土蠕变试验的发展与研究方向，笔者有以下几点建议：

（1）以往虽然已有众多的学者对滑坡滑带土进行了大量的蠕变试验研究，但是大部分是集中某一因素（含水率或应力水平等）对滑坡变形的影响。而实际的滑坡往往是在多个因素共同作用下而产生的。因此，在今后应当利用滑坡蠕变试验研究多因素对滑坡变形的综合影响。

（2）现有蠕变模型的应变-时间关系曲线多为幂函数曲线、对数函数曲线、指数函数曲线或双曲线函数曲线，它们的优点是参数少且易于求解，但这些曲线与一些实际情况不太相符。因此，在今后应当利用滑坡蠕变试验建立蠕变模型，应尝试利用复合函数建立新的蠕变经验模型。