本文是一项由Haoyu Wang、Xingang Wang（西北大学地质学系大陆动力学国家重点实验室）、Nan Zhang（中国地质环境监测研究院）、Lei Xue（中国科学院地质与地球物理研究所岩石圈与环境协同演化国家重点实验室）、Chen Xue、Kai Liu、Yanjun Li（西北大学地质学系大陆动力学国家重点实验室）合作完成的原创性研究，题为《基于重复环剪试验的滑坡滑带土力学强度与微观结构变形特性研究》，发表于《Acta Geotechnica》（2025年8月9日接受）。
学术背景
滑坡是全球广泛分布的地质灾害，其滑动过程常表现为“滑动-停止-再滑动”的循环动态演化。滑带土（landslide sliding zone soil）作为滑坡最敏感的结构单元，其力学强度与微观结构演变直接影响滑坡稳定性。然而，传统环剪试验（ring shear test）仅模拟单一连续剪切，未能反映重复滑动下滑带土力学行为的变化规律。本研究以四川省泸定县二台子沟滑坡滑带土为对象，通过控制含水率（moisture content, MC）、法向应力（normal stress, RN）及剪切循环次数（number of shear cycles, NSC），揭示重复运动滑坡中滑带土的力学与微观结构响应机制，为滑坡稳定性预测提供理论依据。
研究流程
样品采集与处理
- 研究对象：四川泸定二台子沟滑坡滑带土，采样深度5–10米，岩性为花岗岩与闪长岩风化物，属粉质亚黏土（silt-sub-clay）。
- 预处理：土样105℃烘干后过2 mm筛，配置目标含水率（8%、16%、24%），密封养护24小时以均衡水分。
试验设计
- 仪器：采用美国GCTS公司SRS-150环剪仪，试样外径150 mm、内径100 mm、高25 mm，剪切速率1 mm/min。
- 变量控制：固定RN（100 kPa、150 kPa、200 kPa）和MC（8%、16%、24%），进行1–5次剪切循环，模拟滑坡重复滑动。
力学强度测试
- 测量参数：峰值强度（peak strength, RP）、残余强度（residual strength, RR），并通过数据拟合获得黏聚力（cohesion, CP/CR）和内摩擦角（internal friction angle, UP/UR）。
微观结构分析
- 方法：剪切后取样，通过Quanta450场发射扫描电镜（SEM）观察剪切面附近微观形貌，使用Image-Pro Plus 6.0统计颗粒定向排列角度。
主要结果
力学强度特性
- MC与RN的协同效应：RP和RR随MC增加显著降低（例如RN=200 kPa时，MC从8%增至24%导致RP下降16.38%），且RN越高，MC的影响越显著（深层滑带土更敏感）。
- NSC的衰减效应：随剪切次数增加，RP和RR持续下降，但降幅减缓；首次剪切后应变软化现象（strain-softening）显著减弱，表明土壤结构因循环剪切趋于稳定。
微观结构变形
- MC影响：高含水率（24%）下剪切面附近土壤呈现黏土包裹结构，松散度降低（SEM显示颗粒聚集）。
- RN影响：高法向应力（200 kPa）下剪切面形成更大面积平坦区，颗粒平均面积增大（定量统计显示RN与颗粒破碎程度正相关）。
- 颗粒定向：剪切后颗粒沿剪切方向（0°–30°区间）显著定向排列（SEM图像统计证实）。
重复运动滑坡机制
- 自愈合与强度衰减：尽管剪切面存在自愈合机制（healing mechanism），但黏聚力（CP/CR）随NSC增加持续下降，导致滑坡复活性风险居高。
- 案例验证：结合广东横山北滑坡等实例，阐明降雨诱发滑带土软化（kaolinite吸水）是重复滑动的主因。
结论与价值
- 科学价值：首次系统量化了MC、RN、NSC三因素对滑带土力学与微观结构的耦合影响，提出了重复剪切下强度衰减的黏聚力主导机制。
- 应用意义：为地震与降雨诱发型滑坡的稳定性评估提供参数依据，尤其强调深层滑带土含水率变化的预警重要性。
研究亮点
- 方法创新：首次将重复环剪试验与SEM定量分析结合，揭示了颗粒定向排列与宏观强度的关联性。
- 发现新颖：明确应变软化现象随NSC增加而减弱，修正了传统单一剪切模型的局限性。
其他价值
研究指出当前本构模型（如Drucker-Prager模型）难以描述重复剪切的软化行为，为后续模型开发指明方向。数据已公开共享，支持同行进一步验证。