基质胶结对土石混合体强度变形特性影响

发布时间：2019-09-17 00:43

【摘要】：利用应变控制式静力三轴剪切仪,对具有不同胶结程度和含石量的土石混合体试样进行了固结不排水剪切试验;通过对制备的土石混合体试样的应力-应变关系、孔隙水压力变化、有效应力路径和抗剪强度指标等试验结果的对比分析,探讨了不同胶结程度土石混合体试样的差别及产生原因。试验结果表明:不同胶结程度土石混合体破坏方式可分为剪切带破坏和鼓肚变形破坏两种基本类型;胶结使得土石混合体应力应变关系和孔隙水压力变化与未胶结土石混合体差异明显,胶结作用对土石混合体的剪胀和软化特性影响显著。在块石软硬程度、形状及试样密实度相近的条件下,不论是否胶结或胶结程度如何,土石混合体有效内摩擦角φ’与无量纲粒度分布特征参数D50WBP/D60具有较好的线性相关性。试验结论为确定不同胶结程度土石混合体强度提供了参考。
【图文】：

土石混合体,冰水堆积,坡积土,残坡积

和冰水堆积物等堆积介质，其物质成分以土夹砾石或块石以及砾石或块石夹土为主，物质结构杂乱无章、分选性差、粒间结合力和透水性差别大。这类由细粒土和粗粒土混杂且缺乏中间粒径的土称为混合土［１］。Ｍｅｄｌｅｙ［２］、油新华［３］、徐文杰［４］等学者根据块石在岩土体中的作用把混合土中块石含量处在一定范围，基质、块石强度具有一定差异的岩土体称为“土石混合体”。ａ．残坡积土石混合体；ｂ．崩坡积土石混合体；ｃ．冲洪积土石混合体；ｄ．冰水堆积土石混合体。图１不同成因土石混合体Ｆｉｇ．１Ｓ－ＲＭｉｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔｆｏｒｍａｔｉｏｎ图１为不同地质历史时期形成的土石混合体。第四系全新世形成的残坡积土石混合体（图１ａ），由于是新近堆积，基质胶结程度低，结构松散，极易诱发滑坡等地质灾害。而第四系中更新世形成的冰水堆积土石混合体（图１ｄ），由于形成年代久远，在冰蚀作用、冰积作用、冰水侵蚀作用以及后期的冲蚀、冲积作用下，基质胶结程度高，结构致密，即使在边坡近９０°的情况下，也具有极高的稳定性。因此，基质胶结程度的不同，土石混合体的整体强度和稳定性是显著不同的，基质的作用不容忽视，基质胶结对土石混合体细观和宏观力学性能的影响值得进一步关注。虽然国内外学者通过室内试验和现场试验对土石混合体的变形破坏特征及抗剪强度参数进行了充分的研究［５－１１］，但以往的试验研究多是在基质未胶１１６５第４期高玮，等：基质胶结对土石混合体强度变形特性影响

照片,土石混合体,块石,级配曲线

取试样直径。另外，郭庆国［１３］通过大量的试验研究表明：Ｄ／ｄｍａｘ＝４～６可基本消除试样尺寸效应（Ｄ为试样直径；ｄｍａｘ为最大的试验粒径）。因此，本次试验将粒径＜２ｍｍ的细粒作为基质，将粒径≥２ｍｍ的粗粒作为块石，且最大粒径不超过１０ｍｍ。其中：粒径＜２ｍｍ的基质取自中国科学院地质与地球物理研究所院内正在施工的仪器开发大楼基坑内黏质粉土，其基本物理力学参数见表１；粒径≥２ｍｍ的块石为该建筑工地使用的碎石料，，均匀性、磨圆度较差（图２）。水泥为钻牌３２．５普通硅酸盐水泥。试验主要制备了３种含石量、２种不同养护时间下的土石混合体。不同含石量土石混合体级配见图２。另外，为了对比胶结和无胶结情况下土石混合体的力学特性，笔者还制备了未掺水泥的土石混合体试样。图２土石混合体试样级配曲线及基质块石照片Ｆｉｇ．２ＣｕｍｕｌａｔｉｖｅｇｒａｉｎｓｉｚｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆＳ－ＲＭａｎｄｐｈｏｔｏｓｏｆｍａｔｒｉｘａｎｄｂｌｏｃｋｓａｍｐｌｅｓ１．２制备方法先将水泥与土石混合体在干燥状态下搅拌，再放入适量水（水与水泥质量比为２∶１）进行二次搅拌，搅拌均匀后分四层进行静力压实，控制基质干密度（１．７ｇ／ｃｍ３）。在制样过程中，尽量将大颗粒块石置于制样筒中部，边缘部位用基质细粒填充，以减小大颗粒块石对橡皮膜带来的刺入破坏和边界摩擦效应。所有试样在加载前均进行抽气饱和２４ｈ以上的饱水过程，充分排出试样中的空气。胶结试样在饱和后继续放在水中浸泡不同时间，使水泥充分发挥其胶结作用，以达到不同胶结程度的目的。本试验在中国科学院地质与
【作者单位】：中国科学院工程地质力学重点实验室;
【基金】：国家自然科学基金项目(41330643,41072226)
【分类号】：TU43

【参考文献】