基于原位直剪试验的岩土体力学特性研究

发布时间：2020-06-27 12:26

【摘要】：岩土体力学参数是分析露天开采矿井边坡稳定的必要基础数据,原位直剪试验是获取岩土体可靠力学参数的重要方法。以内蒙古白云鄂博西矿露天边坡为工程背景,提出一种改进的原位直剪试验装置,即通过将型钢用锚杆锚固于岩土体内为垂直液压千斤顶提供作用反力的方式替代堆载装置,开展矿区典型岩土体力学特性研究。结果表明:不同区域及类型的岩土体,其内聚力的偏差较内摩擦角更大;岩土体的微观构造及宏观结构显著地影响着岩土体力学特性与剪切面破坏形态;这种改进的原位直剪试验装置在实际操作中是切实可行的,可为矿区边坡稳定性计算分析提供重要的参考依据。
【图文】：

采场边坡

地质资料所阐述的矿区地层空间分布，通过地表地质调查，初步可将构成边坡的岩组划分为7类，即:属于H8岩段的白云岩组、铁矿石岩组;属于H9岩段的板岩岩组;介于H9与H8岩段之间的云母岩组;钠闪石岩组、第四系岩组;此外还有岩脉分布。这些岩组在构造特性上具有一定的同一性。为便于边坡稳定性评价、按区段提出最佳边坡角，在工程地质分区基础上，将工程地质条件、边坡几何形状和边坡倾向基本相同的区段划分为同一区，共将西矿采场划分为11个区段，即:西采场A至E区、北采场F至I区以及南采场J，K2区，如图1所示。NA区B区E区C区D区F区G区H区J区I区K区2#1#6#5#3#4#78##图1采场边坡分区Fig．1Slopedivisionofstope2试验方案文中选取矿区具有代表性的黏土、漂石、砂砾石及炭质板岩等岩土体，开展现场原位直剪试验研究，试验布置位置如图1所示。黏土原位直剪试验共3组，分别为试验1#，5#，6#，每组含3个试样，其中试验1#，5#位于采场I区，试验6#位于采场D区;漂石原位直剪试验仅有试验2#一组，共3个试样，位于采场D区;砂砾石原位直剪试验共2组，分别为试验3#，4#，每组含3个试样，均位于采场I区;炭质板岩原位直剪试验共2组，分别为试验7#，8#，每组含2个试样，均位于采场G区。现场原位直剪试验剪力盒尺寸为700mm×700mm，高度250mm．采用平推法施加剪切应力，而法向应力反力由锚固于岩土体内的型钢提供，替代传统的堆载装置，从而建立一种改进的原位直剪试验装置，如图2所示。试验步骤如下1)施工前严格放样试坑、锚杆及型钢位置。锚杆距离试坑边缘大于1m，孔位允许偏差为±533

照片,直剪试验,原位,试样

1000~1500%mm6%000%mm鐖25连接套HW250型钢HW400型钢400%mm锚杆锚杆段>5%000%mm传力板鐖25钢筋YCW60B承载板滚轴排YCW60B枕木试样剪力盒700%mm×70%mm图2改进的原位直剪试验装置示意图Fig．2Schematicdiagramofmodifiedapparatusofin-situdirectsheartestcm;锚孔深度大于5．5m，锚杆杆体由鐖25Ⅱ级螺纹钢制作;2)放置型钢，安装锚杆。锚杆安装时外露75cm，锚孔注浆采用P．O42．5纯水泥浆，水灰比为0．45～0．5;3)锚杆浆体达到设计强度后，采用SANY75C型反铲开挖试坑及试样，试样土体周围至少保留10cm进行人工修整。试坑平面尺寸为5．5m×2.1m，深度1．0～1．5m．试样平面尺寸为70cm×70cm方形，高度25cm．同一试坑内的试样间距大于1．0m;4)测定滚轴排摩擦系数，安装垂直、水平加载装置及读数仪表。加载装置均采用YCW60B液压千斤顶;5)分5级施加法向荷载，待法向变形相对稳定后开始施加横向推力;6)横向推力按等差数列分8级施加。施加时水平推力连续、均匀，每分钟记录压力表和百分表读数，当变形相对趋于稳定时，方可施加下一级荷载，直至试样被剪切破坏时终止;7)试验结束，将试样翻起，观察剪切面状态，绘制剪切面缺损、起伏情况，并对试件进行描述，计算试验后的试样面积;8)针对同类试样，按上述方法在不同垂直压力下做3次以上试验，得到3组以上垂直荷载与对应的水平推力读数。图3为现场砂砾岩原位直剪试验照片。3试验结果3．1岩土体抗剪力学特性对选取的岩土体试样进行不同法向荷载作用下的原位直剪试验，所获取的试验数据见表1．其中，图3现场改进的原位直剪试验装置实物图Fig．3Modifiedapparatusofin-situdirectsheartestin

【参考文献】