【摘要】通常滑坡的发展过程是一个蠕变的过程，变形随时间而不断增加；软弱夹层控制的滑坡变形则主要是随着软弱夹层的蠕变过程，强度随时间不断降低，最终软弱夹层蠕滑导致上部岩层发生滑动从而形成滑坡，所以对软弱夹层蠕变特性的研究非常重要。
【关键词】滑坡；边坡；蠕变特性
1 概述
在实际工程中，岩土的蠕变特性是最受关注的。岩土体及软弱夹层的蠕变特性往往是引起边坡工程及滑坡工程破坏与失稳的主要原因。边坡及滑坡的蠕变是指组成边坡及滑坡的岩体和土体在自重应力以及水平应力为主的作用下，变形随时间而持续增加的性质。产生变形的原因是多方面的，地质作用、地下水流、温度变化、植被作用等都可以产生变形。但就岩土体本身而言导致边坡及滑坡变形与时间有关的变形主要是岩土体蠕变引起的，因此研究岩土体材料的蠕变特性尤其是软弱夹层的蠕变特性极其重要。
2 土体的蠕变特性
岩土体材料的蠕变包括岩石和土的蠕变，由于岩石材料和土体材料在结构特性、材料组成上有较大的差异，所以，岩石的蠕变特性和土体材料相比较，也有较大的区别。人们在实验室内对各种岩体进行了单轴压缩、弯曲、剪切及常规三轴等试验，也对岩体软弱面进行了剪切试验，通过对试验结果进行分析得出不同的受力条件，各类岩土体的蠕变特性不尽相同。
从图1以看出，蠕变过程分为两种情况，第一种情况在应力较低时蠕变过程可能以减速进行，称为衰减蠕变过程见图1（a）；第二种情况在应力较高时，蠕变过程可能加速进行，称为非衰减蠕变过程见图1（b）。在这两种情况下，变形等于受荷载后立即发生的瞬时变形ε0与随时间发展的变形ε（t）之和：
衰减蠕变的过程如图1(a)所示，变形ε(t)以减速发展，速度最后趋向于零，相应地，变形ε(t)趋向于与荷载值相关的某个极限值。
非衰减蠕变过程如图1（b）所示，蠕变曲线包括四个阶段：瞬时变形阶段；初始蠕变阶段；稳定蠕变阶段；加速蠕变阶段。非稳定蠕变阶段的蠕变变形量可以表示为：
其中（1）瞬时蠕变阶段如图1（b）OA段，该段是施加恒定荷载后短时间内产生的瞬时变形，即式（2.2）中的 ，其值为 ， 为施加的恒定应力，G为岩土体的弹性模量。
（2）初始蠕变阶段如图1（b）中AB段，该段是应变随着时间增大较快，但应变率随时间迅速递减，即 ，曲线呈上凸形，即式（2.2）中的 。如果在此阶段卸载，试件中的弹性应变将瞬时恢复，其余部分为粘弹性应变，它将随时间逐渐恢复到零。
（3）稳定蠕变阶段，如图1（b）中的BC段，该段是应变随着时间近似等速增加，即 ， ，曲线呈近似直线，也就是式中（3.2）的 。如果在此阶段卸载，试件的应变除一部分产生瞬时和延时恢复外，还将存在不可恢复的永久的粘塑性变形。
（4）加速蠕变阶段是变形随着时间加速增加直至试样破坏， ，也就是式中（2.2）中的 。
图2和图3反映了不同的应力水平下岩石和土的蠕变曲线，随着应力水平的增加，变形值也增加，蠕变过程从衰减的变成非衰减的，而荷载越大，岩土体破坏越快。在低应力水平下，只出现蠕变的第一阶段，也可以说不出现蠕变变形，仅表现为弹性变形，这一阶段的极限值称为蠕变下限；在中等应力水平下，出现蠕变的第一和第二阶段，变形（粘塑性流动）可以不断的发展，但不过渡到第三阶段；当应力较大时，蠕变的三个阶段都出现，变形加速发展直至土体破坏；当应力很大时，蠕变第三阶段几乎是在加载之后立即发生的，岩土体马上就会发生破坏。
从实验室内的试验卸载曲线可以知道，在不同的阶段进行卸荷，岩土体的变形有部分恢复，最初是瞬时的弹性恢复；然后是弹性后效恢复，变形属于可完全恢复，但需要较长时间来恢复；最后有一永久残余变形，属于不可恢复的塑性变形，其来源不同，数值也不相等。对于应力水平较低时的衰减蠕变卸载时的永久残余变形等于初始塑性变形，没有粘性流动。若初始瞬时变形是纯弹性，卸载时变形完全可以恢复，无永久残余变形；对于应力水平较高时的非衰减蠕变，即使在同一时刻，同样在衰减蠕变时卸载，但其永久变形与应力水平较低的变形也不同，它包含了初始塑性变形、粘性流动和粘塑性变形，所以：
α为永久残余变形，ε0p为初始塑性变形；εvf1为粘性流动变形；εvp1为粘塑性变形。因此此时的不可逆变形不仅是塑性变形引起，而且还有粘性变形引起。
由此可以得出结论：瞬时变形不一定是纯弹性、完全可恢复的，可能含有不可恢复的塑性变形；在应力水平较低的时候，衰减蠕变可以忽略瞬时塑性变形，但在应力水平较高时，由于粘塑性变形，变形不能完全恢复，将变形分成可恢复变形εe和不可恢复变形εp两部分，则在任意时刻的总蠕变ε为这两部分之和，
可恢复变形εe包括：
2.1 瞬时弹性变形εie，就是初始瞬时变形中可回复的那部分变形，即在卸载的同时回复的那部分变形，与时间无关；
2.2 粘性变形εv，或称后效弹性变形，即在卸载以后随时间回复的那部分变形，与时间有关，随时间的增长而增长；
不可恢复变形εp包括：
2.3 瞬时塑性变形εip，就是初始瞬时变形中不可恢复的那部分变形，即初始瞬时变形与蠕变卸载时瞬时回复变形之差，与时间无关；
2.4 粘性流动变形εvf，就是等速蠕变变形，与时间无关；
2.5 粘塑性变形εvp，是应力达到一定极限时产生的，与时间有关，随时间的增长而增加。
在蠕变过程中，随着时间的增加，不仅总变形ε增加，而且变形中可恢复的部分εe和不可恢复部分εp也同时增加。
3 软弱夹层蠕变特性研究
大量的软弱夹层蠕滑变形实验研究表明，软弱夹层抗剪强度是随着剪应力作用时间的延长而降低。许多滑坡灾害发生之前，大多都要经历一定时间后才发生失稳破坏。大量的研究表明，对于软弱岩体，流变进入加速蠕变阶段后，其内部产生的微裂隙尚不足引起岩体崩溃式的破坏。在一定时期内尚具有一定的支撑外荷载的能力，这在工程种具有一定的实质意义。研究软弱岩体的加速蠕变阶段的变形特征，具有较大的工程运用价值和理论意义。但是由于本阶段的变形规律相当复杂，目前尚未找到合适的函数表达式来恰当地描述其蠕变规律。
软弱夹层的蠕变是指应力不变（总应力或有效应力）情况下软弱夹层的应变随时间而增长的现象。
软弱夹层的蠕变特性受以下因素的影响：
3.1 矿物成分的影响
粘粒含量及其矿物成分对软弱夹层的流变特性有显著的影响，粘粒含量愈多，塑性指数愈大，流变性质也愈显著。粘粒含量相同，含蒙脱石的滑带土的流变性最显著，伊利石的次之，高龄石的流变特性最不明显。
3.2 含水量及孔隙水的影响
同压缩性质的滑带土，含水量大小对软弱夹层的流变性具有一定的影响，含水量越大，流变性也愈显著。孔隙水对软弱夹层的流变性的影响也很明显，空隙水粘性越大，结合水的粘性也越大，软弱夹层的流变性也越明显。
3.3 应力大小的影响
图3表明，随着作用应力的不同，所产生的蠕变曲线各不相同，当应力小于某值时应变速率随时间逐渐减小，最后趋于零。当应力大于某值时，蠕变曲线是非衰减的，并且最终趋于不收敛，最终导致破坏。
软弱夹层的蠕变特性可以通过单轴或三轴压缩、剪切、扭转或弯曲等蠕变试验研究获得，为了得到不同加载速率下软弱夹层的蠕变特性。软弱夹层的蠕变试验包括现场试验和室内试验。软弱夹层的现场流变试验是在现场实际工作中测试岩土介质材料及其岩土工程结构物的流变数据等；而软弱夹层的室内流变试验主要包括软弱夹层的蠕变试验和应力松弛试验。
对于土的室内蠕变试验，有两种不同的加载方式，即分别加载和分级加载。
所谓分别加载，就是对于同一种试样的若干个试件，在完全相同仪器和完全相同试验条件下，进行不同应力水平下的蠕变试验，从而得到不同应力水平下的蠕变试验曲线，如图4所示。从理论上来说，分别加载方式能较符合流变试验所要求的条件，而且能直接得到软弱夹层的流变全过程的曲线。但是，真正做到严格的分别加载并不是很容易的，一方面要保证完全相同的试验条件非常困难，另一方面，要有许多套完全相同的仪器同时来做常时间的流变试验也是很难做到的。所以室内流变试验一般不采用此方法。
所谓的分级加载，就是在同一试样上逐级加上不同的应力，即在某一级应力水平下让试样蠕变给定的时间，然后将应力水平提高到下一级的水平，直到所需的应力水平。从图5可以看出，它的应力水平随时间呈阶梯型变化，与图4的分别加载的情形是不一样的，而在软弱夹层的蠕变研究中，我们一般采用图4的蠕变曲线形式，所以需要对图5的形式进行转化，转化的方法常用的是“坐标平移”法，即把每一加载的时刻作为这一级荷载下的蠕变曲线的初始时刻，而后的时间都从该时刻算起，即时间往前推。
参考文献：
[1]刘雄. 岩石流变学概论. 地质出版社，1994
[2]范广勤. 岩土工程流变力学. 煤炭工业出版社，1992
