張曉健，龔 輝，艾傳井，尚思良，徐炎兵

(中國(guó)電力工程顧問集團(tuán)中南電力設(shè)計(jì)院有限公司，湖北 武漢 430071)

泥質(zhì)頁巖-粉質(zhì)黏土土石混合填料原位水平推剪試驗(yàn)研究

張曉健，龔 輝，艾傳井，尚思良，徐炎兵

(中國(guó)電力工程顧問集團(tuán)中南電力設(shè)計(jì)院有限公司，湖北 武漢 430071)

土石混合料是由土和巖塊(碎石)組成的復(fù)合體?；旌狭现型恋姆N類不同，巖塊的種類及含量不同，剪切破壞特征亦不同。由于對(duì)其剪切破壞機(jī)理研究還不夠深入，在工程中難以確定這類填料的強(qiáng)度參數(shù)。為進(jìn)一步探明土石混合填料的剪切破壞特征，對(duì)泥質(zhì)頁巖-粉質(zhì)黏土混合填料進(jìn)行了12個(gè)原位大型水平推剪試驗(yàn)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果，將這類土石混合填料的水平推力-位移曲線劃分為5個(gè)階段，并對(duì)各個(gè)剪切破壞面進(jìn)行三維還原，為土石混合體內(nèi)部破壞機(jī)理的進(jìn)一步研究奠定了基礎(chǔ)。

土石混合料；水平推剪試驗(yàn)；天然狀態(tài)；暴雨?duì)顟B(tài)；剪切破壞面

用于測(cè)定巖土體力學(xué)參數(shù)的現(xiàn)場(chǎng)原位剪切試驗(yàn)，從現(xiàn)場(chǎng)布置來看主要有平推法、斜推法、楔形體法和水平推擠法[1]。實(shí)際工程中應(yīng)用最多是平推法和水平推擠法，平推法剪切荷載平行于剪切面，常用于土體的軟弱面近于水平的情況，根據(jù)莫爾-庫侖強(qiáng)度準(zhǔn)則，必須經(jīng)過3～5個(gè)法向荷載作用下的試驗(yàn)才能得到強(qiáng)度參數(shù)值；水平推擠法主要適用于混砂礫碎石土、稍膠結(jié)或風(fēng)化的砂礫巖和黏性土層，剪切面為曲面，用單試件即可得到抗剪強(qiáng)度[2]。

對(duì)于土石混合料這種顆粒成分、組構(gòu)、顆粒級(jí)配極不均勻體，采用水平推擠法剪切試驗(yàn)進(jìn)行測(cè)試，相比需要多試件試驗(yàn)的平推法而言，可操作性更強(qiáng)。雖然試驗(yàn)結(jié)果在應(yīng)用上有一定局限性，但是在許多情況下仍能為一些淺層滑坡或地基穩(wěn)定性的判別提供試驗(yàn)數(shù)據(jù)支持。

本次試驗(yàn)點(diǎn)位于云南省某大型土石混填體表層，為了保持挖填方平衡，采用山石破碎后就近回填。為了保證壓實(shí)質(zhì)量，填方采用分層碾壓壓實(shí)。隨機(jī)選點(diǎn)進(jìn)行12組水平推剪試驗(yàn)，其中1#～7#試驗(yàn)點(diǎn)在天然狀態(tài)下進(jìn)行推剪試驗(yàn)，8#～12#試驗(yàn)點(diǎn)在暴雨過后進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)深度均為地表下0.5 m左右。粗集料為泥質(zhì)頁巖經(jīng)機(jī)械破碎后的碎塊，形狀各異，顆粒表面參差不齊，細(xì)料為高塑性黏土。二者采用挖機(jī)拌合后回填、振動(dòng)碾壓、夯實(shí)形成填方體，在夯實(shí)完成后1個(gè)月進(jìn)行了水平推剪試驗(yàn)。

1 試驗(yàn)原理、設(shè)備、試樣基本參數(shù)

水平推擠試驗(yàn)是在現(xiàn)場(chǎng)選取具有代表性的試驗(yàn)點(diǎn)，開挖成三面臨空的半島形試驗(yàn)體，其試驗(yàn)簡(jiǎn)圖見圖1，兩側(cè)挖出后與周圍土體脫開后，加上限制板后回填土體，保證試驗(yàn)過程中試件在側(cè)向不發(fā)生擠脹，受力狀態(tài)類似于平面應(yīng)變狀態(tài)。在前部采用剛度較大的傳力板加壓，剪切過程中，剪切破壞面為一曲面，這一曲面上豎向荷載為土體自重，水平荷載為試驗(yàn)時(shí)的加載。通過試驗(yàn)完成后的破壞面測(cè)定、土體自重測(cè)定、水平加壓時(shí)的最大荷載值Pmax和剪斷后純摩擦荷載值Pmin按條分法的極限平衡理論計(jì)算得出強(qiáng)度參數(shù)值。

圖1 水平推擠法試驗(yàn)裝置簡(jiǎn)圖Fig.1 Schematic diagram showing the experimental apparatus for the push-shear test 1—后緣支撐體； 2—試件； 3—隔離體； 4—后緣支撐鋼板； 5—傳力鋼板； 6—側(cè)限鋼板； 7—位移計(jì)； 8—臥式千斤頂

由于無需法向加壓，水平推剪試驗(yàn)的加載設(shè)備相對(duì)簡(jiǎn)單，圖1中1為現(xiàn)場(chǎng)開挖的后緣支撐體，要求其必須能提供足夠的反力支撐，且開挖時(shí)反力支撐面力求豎直；2為試件，對(duì)于試件的尺寸要求，從張年學(xué)的解析法算例[3]中可發(fā)現(xiàn)，推剪試驗(yàn)并不需要追求試件越大越有代表性，只要判斷其大小能代表工程區(qū)巖土性質(zhì)就可以，但是考慮到試驗(yàn)的尺寸效應(yīng)，高度H>5Dmax，其中Dmax為試件的最大顆粒粒徑，且試體的寬高比(B/H)須大于等于2，以消除兩側(cè)摩擦力影響。本次試驗(yàn)尺寸選定為108 cm×66 cm×30 cm，土石混合料由于粗集料的存在無法精確修整出標(biāo)準(zhǔn)矩形，所以一邊預(yù)留出5 cm采用原土回填修平。圖中3為隔離體，為了保證試件處于平面應(yīng)變狀態(tài)，兩側(cè)隔離體在阻斷試件與周圍土體之間聯(lián)系的同時(shí)還得施加水平約束，避免試件剪切過程中的側(cè)脹現(xiàn)象。為了保證試件受力與現(xiàn)場(chǎng)相近，采用原土回填作為隔離體是一個(gè)很好的選擇[3～4]，而文獻(xiàn)[5]認(rèn)為采用原土回填具有較大的隨機(jī)性，發(fā)明了一種加載膠囊作為隔離體，試件在剪切時(shí)發(fā)生的側(cè)脹現(xiàn)象可通過調(diào)壓閥進(jìn)行控制，但是現(xiàn)場(chǎng)操作較難。也有學(xué)者采用臥式千斤頂施加水平力進(jìn)行側(cè)限[6～8]，但是具體試驗(yàn)時(shí)施加多大的水平力并無依據(jù)，所以本次試驗(yàn)仍采用原土回填的方式。 圖中4，5和6為加載用鋼板，研究成果中[2～7]側(cè)限措施主要有鋼化玻璃、木夾板和鋼板，木夾板易變形，為了保證試驗(yàn)過程中試件均勻受力，本次試驗(yàn)采用厚鋼板作為隔離板和加載板。

剪切施加速率目前使用比較多的有快速法、時(shí)間控制法、剪切位移控制法三種，前述研究成果比較普遍的是2 mm/20 s剪切位移控制法，本次推剪試驗(yàn)采用時(shí)間控制法。由于土石混合料在空間分布的極不均勻性，真正對(duì)試驗(yàn)結(jié)果造成影響的主要是剪切面附近的巖土體，所以本次試驗(yàn)在剪切完成后直接取剪切面附近的巖土體取樣進(jìn)行含水率測(cè)試和顆粒分析，得到的各試樣顆分曲線見圖2，含水率、含石量(取規(guī)范中規(guī)定的5 mm作為土石分界)、級(jí)配參數(shù)和干重度見表1。

圖2 試驗(yàn)點(diǎn)的顆粒分析曲線和各組分百分含量Fig.2 Grain vs size curves for the test mixture

編號(hào)含石量/%含水率/%干重度/(kN·m-3)平均粒徑/mm不均勻系數(shù)大顆粒含量/%(>40mm)1#5460166712333328417822#29141290142737509719353#62691095155322454113224#511510341709530623922395#60267271718418966721376#585014971521334298517697#54671379190243216368668#5792222815954291183823279#515924841638234505882810#4605315814661812129111811#4802291616011911736118612#33732012169218821241124

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 水平荷載-剪切位移曲線(推剪過程分析)

12次水平推擠試驗(yàn)的水平荷載-剪切位移曲線見圖3，需要說明的是，文獻(xiàn)[2]～[7]中給出的是剪應(yīng)力-剪切位移曲線，在剪切過程中這種提法是欠妥的。因?yàn)榕c直剪試驗(yàn)過程中剪切面固定的情況不同，水平推剪試驗(yàn)在初期剪切面并未形成或并未完全貫通，這從徐文杰的研究成果[4]中剪切面發(fā)展圖片也可發(fā)現(xiàn)，在剪切初期某些局部首先出現(xiàn)裂紋，然后隨著裂紋的擴(kuò)展逐漸貫穿形成完整的滑面，但是在貫穿過程中由于土石混合料成分及其空間分布的非均勻性，有時(shí)還伴隨多條次生裂紋貫穿的現(xiàn)象，在剪切面完全連通之前剪切面面積是個(gè)變量，所以無法精確推算剪應(yīng)力大小，鑒于此，本文給出的是水平荷載-剪切位移曲線。

圖3 試驗(yàn)得到的水平荷載-剪切位移曲線Fig.3 Curves of the horizontal load vs shear displacement of the shear test

2.1.1 推剪過程

共進(jìn)行了5個(gè)水平推剪試驗(yàn)，結(jié)合剪切過程中觀察到的現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)水平荷載-剪切位移曲線具有較明顯的分段特性，所得到的水平荷載-剪切位移曲線可分為5個(gè)階段：壓實(shí)階段、裂隙內(nèi)部開展階段、裂隙貫通階段、剪切帶開展階段和破壞后階段(圖4)。結(jié)合PFC2D軟件給出水平推剪試驗(yàn)的分階段示意圖(圖5)。相應(yīng)的各階段特征如下：

圖4 水平推剪水平荷載-剪切位移曲線分段特性Fig.4 Segmentation features for load vs displacement curves of the horizontal push-shear test

圖5 水平推剪試驗(yàn)各階段示意圖Fig.5 Schematic diagram for each stage of the horizontal push-shear test

(1)壓實(shí)階段(圖4OA段)：這一階段剪切并未開始，在水平荷載作用下，剪切體出現(xiàn)壓密。這一階段水平荷載隨水平位移增加很小。這一段在整個(gè)剪切曲線所占比例較小，甚至沒有。在本次試驗(yàn)中在12#試驗(yàn)的水平荷載-剪切位移曲線中出現(xiàn)了壓實(shí)階段。而其他試驗(yàn)壓實(shí)變形被剪切位移“掩蓋”并未在水平荷載-剪切位移曲線顯現(xiàn)出來。

(2)裂隙內(nèi)部開展階段(圖4AB段)：這一階段剪切在剪切體內(nèi)部開展，其結(jié)果是在剪切體內(nèi)部出現(xiàn)剪裂紋，但是其規(guī)模較小，隨著剪切的進(jìn)行，剪裂紋慢慢延長(zhǎng)，并伴生有新的裂紋出現(xiàn)。這一階段是水平荷載-剪切位移曲線的主體部分。宏觀表現(xiàn)是水平荷載隨剪切位移呈線性增長(zhǎng)，從細(xì)觀角度分析是隨著剪切的進(jìn)行，剪裂紋慢慢延長(zhǎng)，并伴生有新的裂紋出現(xiàn)，介入剪切的剪切體范圍在逐漸變大，傳力板所受到阻力越來越大。

(3)裂隙貫通階段(圖4BC段)：這一階段是以剪切體表面出現(xiàn)裂紋為起點(diǎn)，以剪切體表面裂隙全部貫通為終點(diǎn)。在裂隙內(nèi)部開展階段，由于混合料自身的極端不均勻性，無論剪裂紋還是張裂隙不可能各處同時(shí)到達(dá)剪切體表面，往往是先在最薄弱的部分裂紋出現(xiàn)，然后在水平荷載增加的過程中裂紋進(jìn)一步延長(zhǎng)，或者在其他部位產(chǎn)生新裂紋，然后新舊裂紋在剪切過程中延長(zhǎng)最終全部貫通。這一階段水平荷載隨剪切位移近似呈線性增長(zhǎng)。但是增長(zhǎng)的幅度沒有裂隙內(nèi)部發(fā)展階段那么明顯。

(4)剪切帶形成階段(圖4CD段)：這一階段是以剪切體表面裂隙全部貫通為起點(diǎn)，以剪切帶中碎石塊位置調(diào)整完成為終點(diǎn)。在此要說明的是，由于現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)時(shí)剪切帶中碎石塊位置調(diào)整過程無法透視，所以以水平荷載達(dá)到峰值這種宏觀現(xiàn)象作為剪切帶中碎石塊位置調(diào)整完成的表征。這一階段剪切面已經(jīng)完全形成，但是由于混合料是經(jīng)過人工破碎、拖運(yùn)、隨機(jī)拌合、碾壓、強(qiáng)夯形成，含有巖石碎塊，且?guī)r石碎塊棱角分明，其顆粒粒徑、空間分布、長(zhǎng)軸方位都具有很強(qiáng)的隨機(jī)性，剪切面形成并不意味著剪切體與下部未剪動(dòng)部分完全脫開。特別是碎塊相互嵌固的情形，剪切面形成后，水平荷載并未達(dá)到峰值，進(jìn)一步增加水平荷載使剪切面附近長(zhǎng)軸方位與所在位置剪切面方位不一致的巖石碎塊發(fā)生翻滾、移位，并擾動(dòng)周邊土體，使剪切面由一張面發(fā)展成為一個(gè)帶狀體，這就是在剪切體清理時(shí)底部有大量小粒徑碎塊的原因。這個(gè)階段水平荷載隨剪切位移呈小幅度上升，剪切位移很大，但是水平荷載上升非常有限。

(5)破壞后階段(圖4DE段)：這一階段是水平荷載達(dá)到峰值后再降低到穩(wěn)定值的過程。當(dāng)剪切帶中巖石碎塊位置調(diào)整完成后，水平荷載會(huì)急劇下降，這一過程位移很小，但是水平荷載降幅很明顯，此時(shí)剪切帶中巖石碎塊長(zhǎng)軸方向基本都和所在位置剪切面方向一致。此時(shí)剪切體已經(jīng)和下部巖土體完全脫開，后期二次加載只會(huì)導(dǎo)致上部剪切體上抬，剪切帶內(nèi)部巖石碎塊也只會(huì)沿剪切面平移，剪切體與下部巖土體之間完全呈現(xiàn)一種純摩擦的受力狀態(tài)。

在此要特別說明的是，以上水平荷載-剪切位移曲線分段只是基于試驗(yàn)曲線劃分的，并不是每個(gè)水平推剪試驗(yàn)都會(huì)經(jīng)歷這5個(gè)階段，特別是壓實(shí)階段。而且各階段的分界點(diǎn)并不是很明顯，特別是裂隙貫通階段和剪切帶形成階段分界點(diǎn)是極其模糊的，因?yàn)樵诤蟛考羟忻孢€未貫通的同時(shí)有可能前部剪切帶已經(jīng)悄然開展，具體的內(nèi)部剪切機(jī)理需要結(jié)合數(shù)值模擬的切片功能或者在試驗(yàn)時(shí)采用有機(jī)玻璃板作為側(cè)限板進(jìn)行綜合分析。

2.1.2 含石量對(duì)推剪切過程的影響

由于是隨機(jī)選點(diǎn)，現(xiàn)場(chǎng)的顆粒粒徑、含石量等組成情況具有一定的離散性，圖3中的水平荷載-剪切位移曲線影響因素眾多，著重體現(xiàn)其影響因素及其規(guī)律性。從12個(gè)推剪試驗(yàn)中提取2組含水率相當(dāng)、含石量不同的推剪試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，土石混合料的變形特性受到塊石和土的聯(lián)合控制[6]。當(dāng)含石量較小時(shí)，塊石主要是“飄浮”在土體中間，塊石之間相互接觸的概率不大，變形特性主要由土的特性控制。當(dāng)含石量較大時(shí)，土體充填于塊石之間的孔隙當(dāng)中，變形特性主要由含石量控制，強(qiáng)度參數(shù)會(huì)隨含石量顯著增加，但是增加的規(guī)律并非線性[2～7]，且還與土所處的狀態(tài)有關(guān)。如圖6所示，3#和4#試驗(yàn)點(diǎn)的含水率約10%，在剪切前期水平荷載-剪切位移曲線幾近重合，當(dāng)剪切位移大于3 mm后，含石量對(duì)水平荷載-剪切位移曲線的影響才逐漸突顯。含石量越大，剪切帶中塊石含量越多，發(fā)生相同位移所需要的荷載值就越大。8#和11#試驗(yàn)點(diǎn)的含水率約23%，剪切一開始含石量對(duì)水平荷載-剪切位移曲線的影響就已經(jīng)很明顯。這是因?yàn)樗酵萍粼囼?yàn)剪切面上作用的法向應(yīng)力主要是由剪切體自重施加，量值較小，剪切帶中巖塊不易發(fā)生剪碎，大部分在荷載作用下發(fā)生重新定向，而土體作為填充物對(duì)塊石有制約。含水率較小時(shí)，土體對(duì)巖塊的約束力較大，含石量的影響相對(duì)較??；而含水率增加時(shí)，土體“軟化”了對(duì)巖塊的約束力，土體對(duì)強(qiáng)度的貢獻(xiàn)減少，導(dǎo)致水平荷載-剪切位移曲線對(duì)含石量變化的“敏感度”增加。

圖6 相近含水率不同含石量情況下的推力-剪切位移曲線Fig.6 Shear force vs displacement curves for the test with different stone content and similar water content

2.1.3 含水率對(duì)推剪切過程的影響

土在土石混合料之中充當(dāng)充填物的作用，如前所述，含水率增加軟化了土體對(duì)塊石的“包裹”力，削弱了顆粒間的相互作用，導(dǎo)致土石混合料的結(jié)構(gòu)性難于發(fā)揮，所以含水率較高的土石混合料對(duì)應(yīng)整體抵抗變形和破壞的能力相對(duì)較低(圖7)。

圖7 相近含石量不同含水率情況下的推力-剪切位移曲線Fig.7 Shear force vs displacement curves for the test with different water content and similar stone content

2.2 剪切滑動(dòng)面分析

剪切完成后，對(duì)剪切面進(jìn)行拍照取樣，并采用6 cm×6 cm的網(wǎng)格進(jìn)行平面定位，測(cè)取剪切面深度，將12條測(cè)線的結(jié)果數(shù)據(jù)采用matlab自帶spline方法三維樣條插值生成三維滑動(dòng)面見圖8～圖10(限于篇幅僅列部分滑動(dòng)面)，圖中可見剪切破壞面有一點(diǎn)輕微起伏，整體光滑平整，滑動(dòng)面附近可見塊石。剪切滑動(dòng)面在塊石處發(fā)生了“繞石”現(xiàn)象，在無法向應(yīng)力下剪切面上作用的剪切力較小，不足以切碎巖塊，而是形成一定厚度的剪切帶，存在于剪切帶內(nèi)的巖塊在受剪過程中發(fā)生滑移、翻滾。

根據(jù)徐文杰[4]提出的“平均滑面”的概念，將剖面數(shù)據(jù)沿寬度方向平均后得圖11所見的平均滑面，類似文獻(xiàn)[2]中理論計(jì)算得出的直線，并未出現(xiàn)文獻(xiàn)中明顯的“滑面上凸”[4，9～10]和“滑面下切”[11]現(xiàn)象。

圖8 1#水平推剪試驗(yàn)剪切面現(xiàn)場(chǎng)采集和三維網(wǎng)絡(luò)Fig.8 In-situ photo and 3D grid graph of the shear face of 1#

圖9 8#水平推剪試驗(yàn)剪切面現(xiàn)場(chǎng)采集和三維網(wǎng)絡(luò)Fig.9 In-situ photo and 3D grid graph of the shear face of 8#

圖10 10#水平推剪試驗(yàn)剪切面現(xiàn)場(chǎng)采集和三維網(wǎng)絡(luò)Fig.10 In-situ photo and 3D grid graph of the shear face of 10#

圖11 水平推剪試驗(yàn)的平均剪切面方向Fig.11 The average profile of the shear face of the horizontal push-shear test

對(duì)比三維網(wǎng)格圖可發(fā)現(xiàn)，采用文獻(xiàn)[4]中提出的平均滑面在一定程度上可以反映真實(shí)的三維破壞面，通過采用三維極限平衡理論推導(dǎo)發(fā)現(xiàn)，采用平均滑面代替三維破壞面計(jì)算試樣內(nèi)摩擦角偏小6%，黏聚力基本一致[12]，所以采用平均滑面計(jì)算強(qiáng)度參數(shù)是偏于安全可行的。

2.3 剪切強(qiáng)度分析

水平推剪試驗(yàn)計(jì)算強(qiáng)度參數(shù)計(jì)算公式如下[1]：

(1)

(2)

式中：Pmax，Pmin——最大、最小水平推力/kN；G——剪切體重力/kN；gi——各條塊每單位寬度土的重力/(kN·m)；ai——第i條塊滑動(dòng)面與水平面夾角/(°)；li——第i條塊滑動(dòng)線長(zhǎng)度/m；B——滑動(dòng)體的寬度/m。

在剪切加載過程中，加荷壓力表讀數(shù)不僅不增加，反而下降，此時(shí)即認(rèn)為試樣已被剪壞，記錄壓力表上的最大推力值，即為Pmax。文獻(xiàn)中對(duì)Pmax的取值是統(tǒng)一的。但是對(duì)Pmin的確定則有3個(gè)值：(1)觀測(cè)試樣剛開始出現(xiàn)裂隙時(shí)的壓力表讀數(shù)；(2)千斤頂加壓到Pmax后，即停止加壓，使油壓表讀數(shù)后退并達(dá)到的穩(wěn)定值；(3)當(dāng)千斤頂加壓Pmax后，松開油閥，然后關(guān)上油閥重新加壓后所能確定的峰值。

第一條由于在加載過程中分級(jí)加荷，表面裂隙有可能開展時(shí)處于兩級(jí)荷載之間，不易讀取準(zhǔn)確的荷載值。而且通常試樣在試驗(yàn)前半程中自身發(fā)生側(cè)向擠壓變形就會(huì)出現(xiàn)裂縫，此時(shí)剪切體后部并未完全脫開，其黏聚力并未完全發(fā)揮，取此時(shí)的荷載值作為Pmin偏小，代入式(2)中計(jì)算得出的黏聚力偏大；第二條和第三條則是假定剪切面貫通后，剪切體已和下部巖土體完全脫開，所以目前水平推剪的Pmin值取值原則存在一定的問題，會(huì)造成得出的Pmin值偏大、計(jì)算得出的黏聚力值偏小。本次試驗(yàn)結(jié)果分析中取第二條和第三條中的較小值作為Pmin來計(jì)算強(qiáng)度參數(shù)。

將泥質(zhì)頁巖-粉質(zhì)黏土混合料的試驗(yàn)條件和計(jì)算得到的強(qiáng)度參數(shù)統(tǒng)計(jì)如表2所示，由于現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)變化因素很多，含石量、含水率、最大顆粒直徑、密實(shí)度會(huì)對(duì)剪切試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生綜合性影響，再結(jié)合表1和圖2進(jìn)行分析，天然狀態(tài)下2#試驗(yàn)對(duì)應(yīng)的含石量最小，僅29.14%，塊石“漂浮”在土中，相互接觸概率小，推剪試驗(yàn)得到的內(nèi)摩擦角最小。而其他6個(gè)天然狀態(tài)下的水平推剪試驗(yàn)得到的內(nèi)摩擦角均在28°～37°，黏聚力普遍較低，為6.64～10.85 kPa。

表2 頁巖混合料水平推剪試驗(yàn)強(qiáng)度分析Table 2 Strength analysis of the horizontal push-shear test on the politic shale-silt clay mixture

暴雨致使含水率升高，強(qiáng)度參數(shù)普遍降低，其中10#和11#由于含水率高達(dá)30%，土石混合料中土體基本處于軟塑狀態(tài)，推剪時(shí)試樣主要發(fā)生壓縮變形而非剪切，強(qiáng)度較低。而8#、9#和12#試樣的含水率均有不同程度的增加，增至20%～24%之間，推剪試驗(yàn)得到的內(nèi)摩擦角減小，為20.50°～26.41°，而黏聚力略有上升。

3 結(jié)論及建議

(1)泥質(zhì)頁巖-粉質(zhì)黏性土混合填料的水平推剪水平荷載-剪切位移曲線可根據(jù)剪切過程中的宏觀現(xiàn)象分為5個(gè)階段：壓密階段、裂隙內(nèi)部開展階段、裂隙貫通階段、剪切帶形成階段、破壞后階段。壓密階段出現(xiàn)與否或壓密階段的長(zhǎng)度與混合料的整體含水率有關(guān)。

(2)由于混合填料大小塊石混雜，小尺寸塊石可在剪切帶發(fā)生滑動(dòng)、翻滾、重定向排列，但是剪切面無法切過尺寸塊石，剪切滑動(dòng)面與理論推導(dǎo)得出的圓弧形有出入。

(3)本次12個(gè)滑動(dòng)面平緩規(guī)整，可采用“平均滑動(dòng)面”來計(jì)算強(qiáng)度參數(shù)。

(4)混合料的整體內(nèi)摩擦角、整體黏聚力受含石量、含水率、壓實(shí)度等因素的綜合影響，具體影響規(guī)律還需大量的試驗(yàn)驗(yàn)證，并結(jié)合數(shù)值模擬分析，探明混合料內(nèi)部的破壞機(jī)制。

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責(zé)任編輯：張明霞

Research on horizontal push-shear in-situ test ofpelitic shale-silty clay mixture

ZHANG Xiaojian, GONG Hui, AI Chuanjing, SHANG Siliang, XU Yanbing

(CentralSouthernChinaElectricPowerDesignInstituteofChinaPowerEngineeringConsultingGroup,Wuhan,Hubei430071，China)

Rock-soil aggregate is a special kind of engineering geological body. The type and content of soil or rock can influence the shear failure characteristics of the mixture. Since the mechanism of shear failure is not clear enough, it is difficult to determine the strength parameters of such fillers. Twelve in-situ push shear tests were carried out on the pelitic shale-silty clay mixture in order to further ascertain the rock-soil mixture shear failure characteristics, and some significant results were obtained. Through the in-situ tests, the complete load-displacement curves can be divided into five stages. Meanwhile, the 3D grid graph of the shear failure surface was obtained to establish the foundation of further research on the internal failure mechanism of rock-soil mixture.

soil-rock mixture; horizontal push-shear test; nature state; rainstorm state; shear failure surface

2016-11-08;

2016-12-26

中南電力設(shè)計(jì)院大型科研課題項(xiàng)目資助(40-1A-KY201510-G01) ；國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目資助(41630643)；國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目資助(41272305)

張曉健(1979-)，男，博士，主要從事巖土工程勘察和設(shè)計(jì)工作。E-mail：zhangxiaojian@csepdi.com

10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.2017.03.12

TU413.1

A

1000-3665(2017)03-0079-07