龔 輝，郭娜娜，張乙彬

(1.貴州橋梁建設研究院有限公司，貴州 貴陽 550000；2.貴州橋梁建設集團有限責任公司，貴州 貴陽 550000)

1 引 言

土石混合料是由土和巖塊(碎石)組成的復合體?；旌狭现型恋姆N類不同，巖塊的種類及含量不同，相應強度和變形特征亦不同。其強度參數(shù)不僅取決于土料和石料本身的強度，還受混合料的空隙壓密、粗顆粒的接觸狀態(tài)、細粒的含水量等眾多因素有關，但各因素的影響機制目前并未有統(tǒng)一的結論，所以目前還沒有一種理論系統(tǒng)的闡述土石混合料的力學性質(zhì)。

為系統(tǒng)研究細料含水量對土石混合料力學特性的影響，以西南地區(qū)紅砂巖-粉質(zhì)黏土混合料為研究對象進行室大型直剪試驗，以研究細料含水量對混合料整體力學特性的影響。

2 試驗方案

本次室內(nèi)大型直剪儀的剪切盒直徑定為560 mm，剪切盒高度為500 mm。根據(jù)試樣尺寸與試樣最大粒徑之間的合理關系：D/dmax=8～12，可試驗的粗粒土最大粒徑為40～80 mm。

考慮細粒含水量對剪切力學特性的影響，其他試驗參數(shù)保持不變含石量P5=50%，含石最大粒徑dmax=120 mm，配制采用的細料干ρd=1.52 g/cm3，而細料含水量W細變化為：8%風干樣、20%(最優(yōu)含水量)、30%(液限)，40%浸水狀態(tài)。每一個含水量的土樣做四4個室內(nèi)大型直剪，法向壓力分別取90 kPa、190 kPa、390 kPa、490 kPa，配置過程中細料直接取自現(xiàn)場風干樣，粗集粒中5～10 mm粒組、10～20 mm粒組、20～40 mm粒組、40～60 mm粒組、60～80 mm粒組、80～100 mm粒組和>100 mm粒組均按細粒干質(zhì)量的14.29%配制。

3 剪切力學特性

3.1 剪應力-位移分析

不同細料含石量及不同法向應力條件下土石混合體剪應力-剪切位移曲線如圖1所示。為了研究細料含水量的影響，本次進行了同一含石量(50%)的對比性試驗。當含石量較小時，剪切主要發(fā)生了細料中，而含石量較高時，水分主要是賦存于細料中，也顯示不出影響規(guī)律，所以本課題選取含石量為50%時的混合料進行對比試驗分析。圖1顯示了紅砂巖-粉質(zhì)粘土混合料中粉質(zhì)粘土含水量對混合料剪切應力發(fā)揮的影響規(guī)律，從圖上可看出，含水量的影響極其明顯，含水量越高，相同位移對應的剪切應力越小。當細料作為粗集料間的填充物時，細料含水量增加，會“潤滑”粗集料間的接觸界面，而當粗集料作為懸浮物夾雜在細料中時，細料含水量增加在減少細料強度的同時，也削減了細料對粗集料的“包裹力”使得剪切帶中和附近的粗集料易于發(fā)生滑動、滾動。

圖1 土石混合體剪切應力-位移曲線

3.2 剪切強度分析

表1 不同含水量土石混合體剪切強度

根據(jù)莫爾庫化強度準則線性擬合到抗剪強度參數(shù)(表1)，并將其隨細料含水量的變化趨勢繪于圖2，可見摩擦角及粘聚力都隨細料含水量的增高而被不同程度的削弱，但規(guī)律略有不同，內(nèi)摩擦角在含水量從8%～22%區(qū)間內(nèi)削弱相對較慢，而22%～40%加劇削弱；而粘聚力則在細料狀態(tài)由風干狀態(tài)增濕到液限狀態(tài)這一區(qū)間內(nèi)急劇線性削弱，而當含水量達到液限后粘聚力隨含水量的衰減已可忽略。

圖2 強度參數(shù)與含水量關系

3.3 剪切破壞面分析

四種細料含水量對應的剪切后的剪切破壞面，當細料為風干樣(含水量8%)剪切過程剪切面均發(fā)生了“繞石”現(xiàn)象，并未發(fā)生“切石”的情況，整個剪切面凹凸不平。當細料含水量為最優(yōu)含水量時，剪切過程剪切面發(fā)生了“切石”現(xiàn)象，并且剪碎位置不限于靠近剪切環(huán)的位置，在試樣中間也發(fā)生大面積的剪碎。當細料含水量為液限時，紅砂巖在法向加壓過程中“吸食”了土體中部分的水分，紅砂巖顆粒間的泥質(zhì)膠結力因水分的進入發(fā)生“軟化”，在剪切面附近的紅砂巖呈土塊狀崩解。

4 結 論

(1)細料含水量對紅砂巖-粉質(zhì)黏土混合體的宏觀力學性質(zhì)影響較大，含水量越高，相同位移對應的剪切應力越小。

(2)摩擦角及粘聚力都隨細料含水量的增高而被不同程度的削弱，但規(guī)律略有不同，內(nèi)摩擦角在含水量從8%～22%區(qū)間內(nèi)削弱相對較慢，而22%～40%加劇削弱；而粘聚力則在細料狀態(tài)由風干狀態(tài)增濕到液限狀態(tài)這一區(qū)間內(nèi)急劇線性削弱，而當含水量達到液限后粘聚力隨含水量的衰減已可忽略。

(3)不同細料含水量對應的剪切面破壞面形成機理大有不同，當細料為風干樣時，剪切面發(fā)生繞石效應，當細料含水量為最優(yōu)含水量時，剪切面發(fā)生切石效應，當細料含水量為液限時，混合料中的紅砂巖由于吸水在剪切力作用下發(fā)生類土塊狀崩解。