不同砾石含量土石混合料的强度性质研究_王旭光.pdf

四 川 水 利不同砾石含量土石混合料的强度性质研究王旭光，陈筱竹，王 琛（四川大学水利水电学院，成都，；华为技术有限公司，广东 深圳，）【摘 要】为研究不同砾石含量土石混合料的强度性质，对砾石含量为、和 的土石混合料开展饱和固结排水三轴剪切试验，分析砾石含量对土石混合料强度的影响规律。结果表明：土石混合料的应力应变曲线总体呈硬化型，随轴向应变增加，主应力差不断增大；土石混合料的强度随砾石含量的增加而增大，围压越大，增大越明显；砾石含量与内摩擦角呈良好的线性关系，随砾石含量的增加，内摩擦角增大。【关键词】土石混合料 砾石含量 三轴剪切试验 强度 中图分类号：文献标志码：文章编号：（）引言土石混合料是由粗颗粒与细颗粒混合而成的二元混合物，分布和应用广泛。在黏土中加入一定含量的砾石，不仅具有良好的防渗性能，还提高了强度，被广泛用于土石坝心墙建设。不同砾石含量的土石混合料具有不同的强度性质，研究砾石含量对土石混合料强度的影响具有十分重要的理论意义和工程价值。学者们对不同的土石混合料展开了研究。武明采用大、中型三轴压缩仪，开展了 组土石混合料试验，分析了粗颗粒含量、干密度、含水量等对其强度的影响，结果表明，土石混合料的工程性质主要由粗与细料的相对含量决定；董云对土石混合料开展了室内大型直剪试验，研究发现，当含石量小于 时，内摩擦角无明显变化；当含石量由 增大到 时，内摩擦角明显增大；当含石量超过 后，随含石量的增加，内摩擦角无明显变化，黏聚力逐渐增大；对块石水泥土混合料进行了三轴试验研究，指出随砾石含量的增加，试样的变形模量和内摩擦角增大，黏聚力减小；通过对土石混合料开展大型现场试验发现卵砾石含量对宏观材料的黏聚力影响较小，对摩擦角的影响较大；严秋荣等借助大型三轴仪对土石混合料开展研究，发现当粗粒料含量 为 时，土石混合料的抗剪强度最大；研究了粗粒形状对土石混合料抗剪强度的影响；杨继红等通过大型直剪试验，指出含水率对土石混合料强度的影响与混合物中细粒含量密切相关；采用 扫描技术，观察了土石混合料剪切过程中内部裂缝生成、发展和贯通的过程，指出土石混合料内部损伤的空间变化与砾石含量关系密切。本文针对砾石含量分别为、和 的土石混合料开展饱和固结排水三轴剪切试验，分析砾石含量对土石混合料强度的影响规律。土石混合料三轴剪切试验 试试验验土土料料试验土料由黏土与灰色板岩砾石组成，砾石最大粒径，比重 。黏土最大粒径通讯作者王旭光，陈筱竹，王 琛：不同砾石含量土石混合料的强度性质研究 ，其中砂粒占 ，粉粒占 ，黏粒占，比重 ，液限 ，塑限 ，塑性指数 ，分类定名为低液限黏土。砾石含量 依次为、和，级配曲线如图 所示。图 试验级配曲线 试试验验仪仪器器和和方方案案试验仪器采用应变控制式三轴仪，仪器由轴向加载系统、压力控制系统、数据量测系统等构成。对不同砾石含量的土石混合料开展围压、和 下的饱和固结排水三轴剪切试验。制样试样尺寸 ，干密度见表。表 试验制样干密度试样编号（）（）试验程序如下：（）依据拟定的干密度分 层制样以保证试样均匀性；（）试样饱和；（）试样装样，在围压s下固结，固结前后记录上下排水管读数，计算体变；（）试样剪切，不同砾石含量的试验组采用不同的剪切速率，砾石含量为、和 的试样组设定剪切速率为 ；砾石含量为和的试验组设定剪切速率为 ，剪切过程中记录轴向位移、量力环读数与排水管读数。试验结果及分析 主主应应力力差差 轴轴向向应应变变关关系系三轴剪切试验中，不同砾石含量土石混合料的主应力差 轴向应变 关系曲线规律相似，以砾石含量 为例，如图 所示，可知：同一砾石含量土石混合料，曲线总体呈硬化型，随轴向应变增大，主应力差不断增大。图 e关系曲线（）抗抗剪剪强强度度 砾砾石石含含量量关关系系破坏偏应力 砾石含量 关系曲线如图 所示，可知：（）随砾石含量 增大，土石混合料的破坏偏应力整体上逐渐增大，围压越大，砾石含量越多，增大越明显；（）低围压下，砾石含量由 增加到 时，土石混合料破坏偏应力短暂下降，砾石含量大于，破坏偏应力快速增大，砾石含量大于，破坏偏应力增大速率变缓。图 关系曲线 砾砾石石含含量量 抗抗剪剪强强度度指指标标关关系系根据摩尔库仑准则，由试验结果的破坏偏 四 川 水 利应力绘制摩尔应力圆，作出强度包络线，由强度包络线得到不同砾石含量 土石混合料的黏聚力，内摩擦角j数值见表，和j关系如图、图 所示，可知：（）黏聚力与砾石含量之间的关系较弱，此次试验中土石混合料抗剪强度变化主要与内摩擦角相关；（）随砾石含量 增加，内摩擦角 不断增大，两者基本呈线性关系。表、参数（）（）（）图 关系曲线图 关系曲线 结论对砾石含量分别为、和 的土石混合料进行了饱和固结排水三轴剪切试验，分析了土石混合料的强度性质，主要结论如下：（）土石混合料的应力应变关系曲线总体呈硬化型，随轴向应变增加，主应力差不断增大；（）随砾石含量 增大，土石混合料的破坏偏应力整体上逐渐增大，围压越大，砾石含量越多，增大越明显；（）砾石含量与内摩擦角呈良好的线性关系，随着砾石含量的增加，内摩擦角增大。参 考 文 献武 明土石混合非均质填料力学特性试验研究公路，（）：，董 云土石混合料力学特性的试验研究重庆：重庆交通学院，：，（）：严秋荣，孙海兴，邓卫东，等红层软岩土石混合填料的抗剪强度特性研究公路交通技术，（）：，（）：杨继红，董金玉，黄志全，等不同含石量条件下堆积体抗剪强度特性的大型直剪试验研究岩土工程学报，（）：，：作者简介：王旭光（），男，汉，云南曲靖人，在读硕士，主要研究方向为粗粒土的力学性质。