紅砂巖路堤填料崩解及強(qiáng)度特性試驗(yàn)

周德軍

文章編號(hào)：1000033X（2016）12007504

收稿日期：20160604

基金項(xiàng)目：貴州省交通運(yùn)輸廳科學(xué)研究與技術(shù)開發(fā)、推廣項(xiàng)目（2011122030）

摘要：為研究筑路用紅砂巖粗粒土崩解及強(qiáng)度特性，對(duì)紅砂巖粗粒土進(jìn)行了崩解和不同初始密度下的三軸壓縮試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，紅砂巖粗粒土的崩解量與時(shí)間呈對(duì)數(shù)關(guān)系，其顆粒分維數(shù)隨時(shí)間先迅速增大而后逐漸趨于穩(wěn)定；隨相對(duì)密度增大，峰值抗剪強(qiáng)度逐漸增大，試樣逐漸由應(yīng)變硬化轉(zhuǎn)為應(yīng)變軟化；隨圍壓增大，試樣脆性指數(shù)減小。

關(guān)鍵詞：紅砂巖；崩解；相對(duì)密度；強(qiáng)度

中圖分類號(hào)：U416.12文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

Experimental Study on Disintegration and Strength Characteristics of Red Sandstone for Embankment

ZHOU Dejun1，2

（1. School of Electronics and Control Engineering， Changan University， Xian 710064， Shaanxi， China；

2. Department of Road and Bridge Engineering， Guizhou Jiaotong College， Guiyang 550008， Guizhou， China）

Abstract： The triaxial compression test and disintegration test were performed to study the strength and disintegration properties of coarsegrained soil of red sandstone prepared to fill the embankment. The test results show the relationship between the amount of disintegration and time were logarithm. The fractal dimension of coarsegrained soil increases rapidly at the beginning， and then gradually becomes stable. The peak shear strength increases following the increase of relative density， while the samples turn from strain hardening into strain softening. The brittleness index of samples diminishes with the increasing of confining pressure.

Key words： red sandstone； disintegration； relative density； strength

0引言

紅砂巖于白堊紀(jì)至第三紀(jì)早期形成，在中國華東、華南及西南等地區(qū)分布廣泛[1]。其強(qiáng)度因礦物成分和膠結(jié)物質(zhì)的差異變化很大，隨著基礎(chǔ)建設(shè)發(fā)展，紅砂巖構(gòu)成的路堤、隧道及邊坡工程問題日益凸顯[2]。因此，對(duì)紅砂巖的物理力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行研究具有重要意義。

采用紅砂巖粗粒土作為路用材料，主要有2個(gè)方面的原因，其一為紅砂巖粗粒土的水活性，紅砂巖粗粒土浸水崩解的特性是其區(qū)別于其他巖類的主要特征，也是紅砂巖粗粒土作為路用材料病害產(chǎn)生的根本原因；其二為經(jīng)過紅砂巖粗粒土強(qiáng)度指標(biāo)須滿足作為高速公路填筑材料的要求。因此，目前針對(duì)路用紅砂巖粗粒土的研究主要集中在其崩解和抗剪強(qiáng)度特性，趙明華[3]等從紅砂巖的化學(xué)成與結(jié)構(gòu)特征入手，對(duì)紅砂巖崩解機(jī)理進(jìn)行了研究，并基于此深入研究了紅砂巖作為路堤材料的填筑技術(shù)；劉曉明[4]等則通過對(duì)砂巖崩解過程中傳遞的不同能量類型進(jìn)行定量計(jì)算，并基于能量耗散原理建立了紅砂巖崩解的能量耗散模型；余宏明[5]等通過對(duì)紅色泥巖風(fēng)化含礫粘土的含水率、密度及粘粒含量與抗剪強(qiáng)度的關(guān)系進(jìn)行研究，并基于試驗(yàn)結(jié)果總結(jié)出了一些經(jīng)驗(yàn)公式；陳曉斌通過大型三軸試驗(yàn)儀[6]、單軸流變試驗(yàn)儀[7]和三軸流變儀[8]，研究了紅砂巖粗粒土的剪脹性和流變特性。

天然土體初始結(jié)構(gòu)特性復(fù)雜，其結(jié)構(gòu)性破壞通常直觀表現(xiàn)為土體物理參數(shù)的變化[9]。相對(duì)密度是一個(gè)反映土體結(jié)構(gòu)的主要物理參數(shù)[10]，然而，目前研究相對(duì)密度對(duì)砂土強(qiáng)度特性影響的較多，而研究相對(duì)密度對(duì)紅砂巖粗粒土強(qiáng)度特性影響尚未見報(bào)導(dǎo)。為此，本文對(duì)紅砂巖粗粒土進(jìn)行了不同初始相對(duì)密實(shí)度下的系列常規(guī)三軸試驗(yàn)，分析了初始相對(duì)密度對(duì)其應(yīng)力應(yīng)變曲線以及抗剪強(qiáng)度參數(shù)的影響。

3結(jié)語

本文通過對(duì)筑路用紅砂巖粗粒土開展的崩解和三軸壓縮試驗(yàn)，對(duì)紅砂巖粗粒土崩解粒度分維特性以及相對(duì)密度對(duì)其強(qiáng)度的影響進(jìn)行了探討，主要結(jié)論如下。

（1）紅砂巖粗粒土崩解是一個(gè)時(shí)間過程，其崩解速率與時(shí)間呈明顯對(duì)數(shù)關(guān)系。前期隨浸水天數(shù)增加，其粒度分維值增大明顯；而崩解達(dá)到一定程度時(shí)，崩解趨于停止，分維值趨于穩(wěn)定。

（2）隨相對(duì)密度增大，土樣逐漸由應(yīng)變硬化轉(zhuǎn)為應(yīng)變軟化，這是由于密實(shí)的紅砂巖粗粒土試樣易發(fā)生剪脹現(xiàn)象，需吸收能量完成顆粒間攀爬與翻越，強(qiáng)度增大，而隨顆粒重排列完成，強(qiáng)度減小，表現(xiàn)為應(yīng)變軟化。

（3）隨紅砂巖粗粒土試樣相對(duì)密度增大，峰值內(nèi)摩擦角逐漸增大，而相對(duì)密度為0.8和0.9的試樣殘余內(nèi)摩擦角相差不大。

（4）隨圍壓增大，試樣的脆性指數(shù)逐漸降低，且相對(duì)密度為0.9的試樣脆性指數(shù)高于相對(duì)密度為0.8的試樣。

參考文獻(xiàn)：

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[6]陳曉斌.紅砂巖粗粒土剪脹效應(yīng)大型三軸試驗(yàn)研究[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2010，29（S1）：31453149.

[7]陳曉斌，張家生，封志鵬.紅砂巖粗粒土流變工程特性試驗(yàn)研究[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2007，26（3）：601606.

[8]陳曉斌，張家生，安關(guān)峰.路用紅砂巖粗粒土的流變特性試驗(yàn)研究[J].中南大學(xué)學(xué)報(bào)，2007，38（1）：154159.

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[責(zé)任編輯：杜衛(wèi)華]