瀘定大渡河橋冰磧土的結(jié)構(gòu)及現(xiàn)場(chǎng)剪切試驗(yàn)研究

程 強(qiáng),郭喜峰

(1.四川省公路規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川 成都 610041;2.長(zhǎng)江科學(xué)院重慶分院，重慶 400026)

冰磧土是冰川搬運(yùn)和堆積作用下，冰川融化后堆積的土體，多以碎石、塊石、砂礫為主。冰磧土屬于土石混合體，土石混合體的力學(xué)性質(zhì)復(fù)雜，影響因素眾多，許多學(xué)者通過(guò)原位試驗(yàn)、室內(nèi)試驗(yàn)、數(shù)值模擬等方法研究石質(zhì)含量、石質(zhì)形狀、巖性及應(yīng)力狀態(tài)等對(duì)土體強(qiáng)度和變形特性的影響[1-5]。徐文杰等[2]基于數(shù)字圖像技術(shù)分析土體內(nèi)部塊石形態(tài)，制備試驗(yàn)樣品，得到了剪切帶特性及剪切強(qiáng)度參數(shù)與含石量的關(guān)系。張曉健等[3]通過(guò)推剪試驗(yàn)研究分析了土石混合填料的剪切破壞特性。這些研究得出了石質(zhì)含量、形態(tài)等與土體剪切性能之間的關(guān)系，為相關(guān)工程設(shè)計(jì)提供了參考依據(jù)。

冰磧土的力學(xué)特性與其它成因的土石混合體有一定相似性，也有所區(qū)別。對(duì)帕隆藏布流域冰磧土、川西高原某工程冰磧土、大渡河某冰磧土的研究表明冰磧土透水性差、膠結(jié)程度高，具有較好的力學(xué)性質(zhì)和穩(wěn)定性[6-9]。張永雙等[10]提出了基于膠結(jié)程度和粒度組成的我國(guó)西南地區(qū)冰川堆積物二級(jí)分類(lèi)方案。何迎紅等[11]通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)，研究了瀑布溝冰磧土力學(xué)特性，得出了低圍壓和高圍壓下土體力學(xué)參數(shù)。上述研究表明冰磧土較其它土體膠結(jié)程度高，力學(xué)性質(zhì)較好。但冰磧土的研究以室內(nèi)試驗(yàn)為主，較難反映原狀冰磧土體的結(jié)構(gòu)特性，土體剪切強(qiáng)度特性與土體結(jié)構(gòu)的關(guān)系還缺乏較為深入的分析。

為研究冰磧土的力學(xué)特性，分析研究冰磧土結(jié)構(gòu)與剪切強(qiáng)度特性之間的關(guān)系，獲取力學(xué)參數(shù)，為特大型工程建設(shè)提供參考依據(jù)，本文結(jié)合作為特大跨懸索橋基礎(chǔ)持力層的某冰磧土，通過(guò)地質(zhì)勘察、電鏡掃描、現(xiàn)場(chǎng)剪切試驗(yàn)等研究土的結(jié)構(gòu)及剪切變形與強(qiáng)度特征，分析剪切性能與土的結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系。

1 試驗(yàn)場(chǎng)地概況及冰磧土的基本特征

瀘定大渡河橋是川藏高速公路四川省雅安至康定段控制性工程，橋梁跨越大渡河河谷，采用主跨1 100 m的懸索橋，橋梁康定岸主塔及重力錨均布設(shè)于巨厚層冰磧體上，該冰磧體屬山谷型冰川堆積物，圖1為冰磧體影像圖。由圖1可見(jiàn)冰磧體呈近似四邊形，橫向?qū)挾燃s1 800 m，縱向長(zhǎng)度約1 150 m，被溝谷分割成大小不等的三個(gè)部分，橋梁主塔及重力錨布設(shè)在冰磧體的北東側(cè)。圖2為橋梁軸線(xiàn)工程地質(zhì)剖面圖，可見(jiàn)土體前緣為閃長(zhǎng)巖體，巖土界面呈勺形，土體最大厚度187.1 m。根據(jù)鉆孔ZK3巖芯樣品ESR測(cè)年，26 m,57.7 m,68.10 m深度土的年齡分別為2.8±0.2萬(wàn)年、4.0±0.4萬(wàn)年、4.7±0.4萬(wàn)年。

圖1 冰磧體影像圖(Google Earth 截圖)Fig.1 Image map of the moraine deposits area (Google screenshot)

圖2 典型工程地質(zhì)剖面圖(圖1中A剖面)Fig.2 Typical geological section(Section A in fig.1)

場(chǎng)地冰磧土為碎石土，石質(zhì)成分以閃長(zhǎng)巖為主，少量花崗巖。冰磧土土體密實(shí)、含水率低、透水性差。土樣密度1.99～2.35 g/cm3，平均值為2.21 g/cm3；土樣含水率2.23%～9.59%，平均值為6.36%。地質(zhì)鉆探巖芯分析表明冰磧土膠結(jié)程度較好，尤其是隨著深度的增加，逐漸呈現(xiàn)半成巖特征，測(cè)得其天然狀態(tài)單軸極限抗壓強(qiáng)度為3.0～4.02 MPa，平均值為3.46 MPa。在圖1中2條溝谷兩側(cè)冰磧土邊坡高度一般在50～110 m，坡度均在40°以上(部分65°以上)，邊坡穩(wěn)定，表明堆積體穩(wěn)定性較好。

2 冰磧土的結(jié)構(gòu)特征

土的結(jié)構(gòu)主要包括顆粒的大小及其組合、形狀和表面特征，顆粒間的排列和組合形式，顆粒間的連接關(guān)系和屬性，以及宏觀的結(jié)構(gòu)面及其組合、整體結(jié)構(gòu)等，包含了從宏觀到細(xì)觀、微觀等不同尺度的含義[12]。土的宏觀結(jié)構(gòu)主要指不同的沉積環(huán)境條件下，形成的層狀、夾層狀等結(jié)構(gòu)。土的細(xì)觀結(jié)構(gòu)主要指顆粒及其組合體的排列和組合形式。微觀結(jié)構(gòu)主要指土中礦物及其集合體的排列和組合形式。

冰磧土屬非重力分異沉積，土中巨粒、粗粒、細(xì)粒成分混雜無(wú)序堆積。宏觀結(jié)構(gòu)上，顆粒分選程度差、磨圓程度低、無(wú)成層性，局部夾透鏡狀砂礫土富集帶、團(tuán)塊狀風(fēng)化帶、懸浮狀大塊石。

根據(jù)冰磧土顆粒組成、風(fēng)化程度等，從細(xì)觀結(jié)構(gòu)上冰磧土劃分為：①骨架懸浮密實(shí)結(jié)構(gòu)：是最有代表性的結(jié)構(gòu)類(lèi)型(圖3a)，骨架顆粒呈中—微風(fēng)化狀、強(qiáng)度高，懸浮狀骨架顆粒和砂礫雜基形成的土結(jié)構(gòu)密實(shí)。②軟化骨架懸浮密實(shí)結(jié)構(gòu)：因骨架顆粒的風(fēng)化，而導(dǎo)致土骨架軟化、強(qiáng)度降低，圖3b可見(jiàn)土中的顆粒輪廓清晰，但部分土體顆粒呈全—強(qiáng)風(fēng)化狀。③砂礫土富集結(jié)構(gòu)：土體中較細(xì)的砂礫顆粒呈透鏡狀富集(圖3c)，厚度一般不大于20 cm，延伸長(zhǎng)度一般不大于5 m，延伸方向雜亂無(wú)序。一般膠結(jié)程度好，并不構(gòu)成軟弱帶。④大塊石包繞結(jié)構(gòu)：冰磧土中大塊石呈“懸浮”狀，粒徑大者可達(dá)3 m(圖3d)。

圖3 冰磧土的典型圖片F(xiàn)ig.3 Typical soil mini-structure picture of the moraine soil

細(xì)觀結(jié)構(gòu)尺度通常為室內(nèi)外剪切試驗(yàn)研究的尺度，本次室內(nèi)外剪切試驗(yàn)均避開(kāi)冰磧土中的大塊石，代表性樣品顆粒分析結(jié)果見(jiàn)表1。由表1可見(jiàn)冰磧土以粗粒組(0.075～60 mm)和巨粒組(>60 mm)為主，細(xì)粒組(<0.075 mm)含量少，即使在砂礫土中(S1-2，S2-2)，細(xì)粒組含量仍不足7%。

表1 典型土樣顆粒分析結(jié)果Table 1 Results of particle-size analyses of the typical soil samples

備注：表中20～60表示20 mm≤粒徑≤60 mm。

圖4 冰磧土電鏡掃描照片F(xiàn)ig.4 SEM scanning photos of the moraine soil

為研究土的微觀結(jié)構(gòu)特征，選取土樣中顆粒較細(xì)部分進(jìn)行電鏡掃描(圖4)。圖4a和圖4b可見(jiàn)土顆粒呈懸浮狀、局部點(diǎn)接觸，粒間充填雜基；顆粒分選差、粗細(xì)混雜、磨圓差，顆粒邊緣形態(tài)主要有亞圓狀、次棱角狀、棱角磨損和尖棱角狀。圖4c清晰可見(jiàn)顆粒間充填的泥質(zhì)雜基情況；圖4d可見(jiàn)泥質(zhì)向蒙脫石轉(zhuǎn)化(其它圖片還可見(jiàn)向伊利石轉(zhuǎn)化及伊蒙混層)，伊利石和蒙脫石都起到一定的膠結(jié)作用。

電鏡掃描分析表明，冰磧土在微觀結(jié)構(gòu)上與細(xì)觀結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出一致性，即不同大小的顆?；祀s、密實(shí)堆積，形成骨架懸浮密實(shí)結(jié)構(gòu)。冰磧土的這種結(jié)構(gòu)特性，是具有較好力學(xué)特性的決定因素。

3 冰磧土剪切試驗(yàn)及分析

3.1 試驗(yàn)方法及試驗(yàn)點(diǎn)布置

試驗(yàn)參照《水利水電工程粗粒土試驗(yàn)規(guī)程》(DL/T5356-2006)相關(guān)規(guī)定進(jìn)行，剪切面長(zhǎng)邊尺寸與試樣中最大顆粒粒徑之比不小于5。現(xiàn)場(chǎng)剪切試驗(yàn)主要針對(duì)骨架懸浮密實(shí)結(jié)構(gòu)和軟化骨架懸浮密實(shí)結(jié)構(gòu)的碎石土，制樣避開(kāi)大塊石。室內(nèi)剪切試驗(yàn)采用鉆孔中的砂礫土樣品。共進(jìn)行6組現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，分別布置在地表試坑、試驗(yàn)平洞、重力錨基坑內(nèi)，試驗(yàn)點(diǎn)布置見(jiàn)圖5，試驗(yàn)點(diǎn)距離地表的最大深度為72 m。

3.2 抗剪強(qiáng)度參數(shù)

試驗(yàn)獲得土的抗剪強(qiáng)度參數(shù)見(jiàn)表2，可見(jiàn)不同結(jié)構(gòu)土的抗剪強(qiáng)度參數(shù)有較大的差異。試驗(yàn)參數(shù)代表細(xì)觀結(jié)構(gòu)尺度土的剪切強(qiáng)度參數(shù)，在研究邊坡穩(wěn)定性的宏觀尺度上，土的抗剪強(qiáng)度還取決于邊坡工程范圍土的宏觀結(jié)構(gòu)，例如土是否有成層性，是否有軟弱夾層等。根據(jù)對(duì)瀘定大渡河橋冰磧土的調(diào)查及勘探，冰磧土無(wú)成層性，其中的風(fēng)化骨架和砂礫土富集帶呈透鏡狀、團(tuán)塊狀無(wú)規(guī)律分布。因此在工程設(shè)計(jì)抗剪強(qiáng)度參數(shù)選取上，依據(jù)勘探揭示不同結(jié)構(gòu)土的比例，按照加權(quán)平均的方法確定抗剪強(qiáng)度參數(shù)，建議工程設(shè)計(jì)用冰磧土天然狀態(tài)峰值內(nèi)摩擦角取36.5°，黏聚力取50 kPa。

圖5 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)點(diǎn)布置圖Fig.5 In-situ test point layout

表2 現(xiàn)場(chǎng)及室內(nèi)剪切試驗(yàn)參數(shù)匯總Table 2 Parameter summary of the field shear strength test and laboratory shear strength test

備注：S1-1～S1-4為160 mm×140 mm×150 mm的長(zhǎng)方體試件，S2-1～S2-11為直徑61.8 mm的圓柱形試件。

圖6 典型剪切面照片F(xiàn)ig.6 Typical shear plane photograph

3.3 剪切破壞特征

冰磧土的現(xiàn)場(chǎng)剪切破壞面呈波狀起伏，起伏差最小40 mm，最大220 mm，各組試驗(yàn)起伏差的平均值在102～138 mm。通過(guò)對(duì)6組現(xiàn)場(chǎng)剪切試驗(yàn)的30個(gè)試樣的觀察分析(典型剪切面照片及剪切面示意圖如圖6所示)，冰磧土的剪切面主要有如下4種形態(tài)：

(1)剪切破碎帶：石質(zhì)骨架在剪切荷載作用下翻滾、錯(cuò)動(dòng)，砂礫基質(zhì)被壓碎，剪切帶呈散體狀(圖6a)。圖6b剪切面中部可見(jiàn)剪切破壞后呈定向排列的骨架顆粒。剪切破碎帶主要出現(xiàn)在骨架懸浮密實(shí)結(jié)構(gòu)冰磧土中，T1組、T6組和T4組中的部分剪切面，呈現(xiàn)壓碎剪切特征。

(2)臺(tái)階狀剪切面：由于土體中大粒徑骨架的阻擋，剪切面呈臺(tái)階狀突變，土體中常見(jiàn)剪切裂縫(圖6b，c，e)。

(3)鋸齒狀剪切面：剪切面呈鋸齒狀，面上有少量翻轉(zhuǎn)的骨架和壓碎的基質(zhì)(圖6d)。此類(lèi)剪切面主要出現(xiàn)在膠結(jié)程度好的骨架懸浮密實(shí)結(jié)構(gòu)冰磧土中，試樣翻開(kāi)后基本呈整體狀。

(4)波狀剪切面：剪切面呈波狀起伏，擦痕明顯，可見(jiàn)剪切面切穿軟化骨架顆粒(圖6e)，此類(lèi)剪切面主要出現(xiàn)在軟化骨架懸浮密實(shí)結(jié)構(gòu)冰磧土中。

3.4 剪切變形特性分析

現(xiàn)場(chǎng)剪切試驗(yàn)得到的典型剪應(yīng)力-剪切位移關(guān)系曲線(xiàn)如圖7和圖8所示，由圖7和圖8可以看出：

(1)冰磧土剪切荷載作用下剪切剛度大、延性差，表現(xiàn)為脆性變形的特征。圖7可見(jiàn)土體初始屈服和應(yīng)變硬化階段很短，有些直接由線(xiàn)性變形階段進(jìn)入破壞階段，這表明冰磧土的剪切破壞具有突發(fā)性，工程應(yīng)用中需要考慮適當(dāng)?shù)陌踩哂唷?/p>

(2)冰磧土現(xiàn)場(chǎng)剪切試驗(yàn)的剪應(yīng)力-水平位移關(guān)系曲線(xiàn)可以劃分為如下4個(gè)階段：① 線(xiàn)彈性階段。在這個(gè)階段內(nèi)，土體的剪切變形主要表現(xiàn)為土體中骨架顆粒的剪切變形和砂礫基質(zhì)的壓縮變形，沒(méi)有出現(xiàn)土體顆粒間的翻滾、錯(cuò)動(dòng)，剪切變形量小，曲線(xiàn)近于直線(xiàn)。②初始屈服階段。由圖7可見(jiàn)初始屈服階段不明顯，多由線(xiàn)性變形直接進(jìn)入應(yīng)變硬化或破壞階段。③應(yīng)變硬化階段。隨著剪切荷載的增加，土中的骨架顆粒和砂礫基質(zhì)產(chǎn)生變形，土的強(qiáng)度不斷增長(zhǎng)。在骨架懸浮密實(shí)結(jié)構(gòu)冰磧土中，由于砂礫基質(zhì)壓碎破壞后骨架顆粒快速翻轉(zhuǎn)，剪切帶快速形成，因此表現(xiàn)為應(yīng)變硬化階段較短，甚至直接進(jìn)入破壞階段。而軟化骨架懸浮密實(shí)結(jié)構(gòu)冰磧土，由于骨架強(qiáng)度低，剪切荷載作用下裂隙逐步擴(kuò)展，表現(xiàn)出一定的強(qiáng)度緩慢增長(zhǎng)過(guò)程。④破壞階段。土達(dá)到峰值強(qiáng)度后，變形快速發(fā)展而破壞。

圖7 典型冰磧土剪應(yīng)力～水平位移曲線(xiàn)Fig.7 Relationship between shear stress and horizontal displacement of the typical marine soil

圖8 典型冰磧土剪應(yīng)力～豎向位移曲線(xiàn)Fig.8 Relationship between shear stress and vertical displacement of the typical marine soil

(3)冰磧土剪切荷載作用下的法向變形一般表現(xiàn)出先剪縮、再剪脹的特征，圖8中法向位移負(fù)值表示膨脹，正值表示壓縮。由圖8可見(jiàn)在各級(jí)正應(yīng)力下，豎向位移一般呈現(xiàn)先增大、后減小的趨勢(shì)(先剪縮、后剪脹)，一般在屈服點(diǎn)附近出現(xiàn)拐點(diǎn)，屈服后出現(xiàn)明顯的剪脹過(guò)程。而圖8a中部分樣品破壞后表現(xiàn)為剪縮，主要是剪切破壞后剪切破碎所致。冰磧土先剪縮、后剪脹的原因在于基質(zhì)被壓碎以前，土中顆粒沒(méi)有發(fā)生錯(cuò)動(dòng)、翻滾，因此表現(xiàn)為剪縮或很小的剪脹變形，一旦顆粒壓碎，土中顆粒產(chǎn)生翻滾，相互擠壓錯(cuò)動(dòng)，則會(huì)表現(xiàn)出剪脹特征。

冰磧土剪切變形與破壞特征的分析表明，骨架懸浮密實(shí)結(jié)構(gòu)土體線(xiàn)彈性階段明顯，剪切剛度大，應(yīng)變硬化階段短，剪切面上表現(xiàn)為砂礫基質(zhì)壓碎和骨架顆粒翻轉(zhuǎn)，呈現(xiàn)壓碎剪切和鋸齒狀剪切的破壞特征。而軟化骨架懸浮密實(shí)結(jié)構(gòu)剪切剛度較低，應(yīng)變強(qiáng)化階段明顯，剪切面切穿骨架顆粒，剪切破壞面呈相對(duì)平滑的波狀。

3.5 土的結(jié)構(gòu)對(duì)剪切特性的影響分析

土的結(jié)構(gòu)對(duì)冰磧土剪切特性有重要影響，可從強(qiáng)度參數(shù)、破壞模式和變形特征等方面進(jìn)一步分析。

(1)強(qiáng)度參數(shù)：由表2試驗(yàn)成果可見(jiàn)，不同結(jié)構(gòu)土的抗剪強(qiáng)度參數(shù)差異較大，主要表現(xiàn)在骨架強(qiáng)度對(duì)抗剪強(qiáng)度參數(shù)的影響。正應(yīng)力0.5～1.0 MPa時(shí)，天然狀態(tài)下軟化骨架懸浮密實(shí)結(jié)構(gòu)土的峰值抗剪強(qiáng)度為骨架懸浮密實(shí)結(jié)構(gòu)土的74.8%～77.6%。

(2)破環(huán)模式：骨架顆粒對(duì)土石混合體變形破壞有重要控制作用，很多學(xué)者研究認(rèn)為[2,4-5]土石混合體的剪切變形在于土體顆粒的“推擠、翻轉(zhuǎn)、咬合”作用。本次進(jìn)行的原狀冰磧土剪切試驗(yàn)表明，土的結(jié)構(gòu)對(duì)土的變形破壞有重要影響，冰磧土剪切破壞可歸納為剪切破碎帶、包繞大骨架邊界、鋸齒狀剪切、切穿軟化骨架顆粒等4種模式。

①剪切破碎帶。冰磧土呈“骨架懸浮密實(shí)結(jié)構(gòu)”，“石質(zhì)骨架”懸浮于更細(xì)小的“具有一定膠結(jié)的基質(zhì)”中，因此在剪切荷載作用下，骨架顆粒與膠結(jié)基質(zhì)的相互作用，呈現(xiàn)出“骨架擠壓—基質(zhì)壓碎”的破壞模式。圖9a表示單個(gè)骨架顆粒的情況，剪切荷載作用下，骨架顆粒因轉(zhuǎn)動(dòng)變形，在兩側(cè)形成受壓區(qū)，當(dāng)壓應(yīng)力超過(guò)基質(zhì)抗壓強(qiáng)度時(shí)，基質(zhì)被壓碎，顆粒轉(zhuǎn)動(dòng)變形，土產(chǎn)生破壞。圖9b中，在顆粒轉(zhuǎn)動(dòng)—基質(zhì)壓碎作用下，包繞骨架邊界形成剪切帶，在剪切帶內(nèi)，骨架顆粒轉(zhuǎn)動(dòng)變形、基質(zhì)壓碎，從而形成“壓碎剪切帶”。壓碎剪切帶一旦形成，則迅速破壞，因而表現(xiàn)出初始屈服和應(yīng)變硬化階段短的特點(diǎn)。

圖9 骨架顆粒與基質(zhì)相互作用示意圖Fig.9 Schematic diagram of interaction between skeleton and matrix

②包繞大骨架邊界。剪切荷載作用下很難造成大骨架顆粒翻轉(zhuǎn)，剪切面一般包繞塊石的邊界面，突起部分因骨架間摩擦而剪斷(圖6b)，有些大骨架前形成臺(tái)階，臺(tái)階周邊出現(xiàn)張裂縫(圖6c)。骨架顆粒的大小是相對(duì)試驗(yàn)剪切面的尺度而言，現(xiàn)場(chǎng)剪切試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)表明，在骨架懸浮密實(shí)結(jié)構(gòu)中，翻轉(zhuǎn)的顆粒粒徑一般在12 cm以下。而軟化骨架懸浮密實(shí)結(jié)構(gòu)中，翻轉(zhuǎn)顆粒較少，最大粒徑一般在5 cm以下。在剪切試驗(yàn)中，當(dāng)剪切面剛好穿過(guò)骨架邊界面時(shí)，可能造成試驗(yàn)強(qiáng)度偏低；當(dāng)骨架阻擋剪切面形成臺(tái)階時(shí)，則會(huì)導(dǎo)致試驗(yàn)強(qiáng)度偏高。在實(shí)際的剪切破壞中，土中的大骨架顆粒顯然有助于提高土體抗剪強(qiáng)度。

土中較大的骨架顆粒對(duì)剪脹性有較大的影響，當(dāng)剪切面有較大骨架顆粒時(shí)，往往表現(xiàn)出明顯的剪脹性，如在圖8b和圖8c中，T4組試驗(yàn)中σ=1.102 MPa樣品和T2組試驗(yàn)中σ=1.168 MPa樣品因剪切面上較大塊石影響，臨近破壞時(shí)表現(xiàn)出較強(qiáng)的剪脹性。

③鋸齒狀剪切。T4組試驗(yàn)位于基坑底部，埋深72 m。由于砂礫基質(zhì)膠結(jié)程度高，基質(zhì)壓碎比例低，土的破壞更多表現(xiàn)為砂礫基質(zhì)的剪切錯(cuò)斷破壞，剪切面上的骨架顆粒被錯(cuò)斷或拔出，剪切面以鋸齒狀為主，土樣剪斷后基本保持完整狀態(tài)(圖6d)，形成“鋸齒狀剪切”破壞模式。

④切穿軟化骨架顆粒。當(dāng)土中骨架強(qiáng)度較低時(shí)，顆粒的骨架作用變?nèi)?，?dǎo)致其抗剪強(qiáng)度參數(shù)降低，延性增大。剪切面較為平滑，面上可見(jiàn)軟化石質(zhì)骨架被剪斷(圖6e)，形成“切穿軟化骨架”破壞模式。

(3)剪切變形特征：張曉鍵等[3]、徐文杰等[13]通過(guò)頁(yè)巖-黏土混合料及斜坡碎石土的剪應(yīng)力-剪切位移關(guān)系曲線(xiàn)分析，表明土體在彈性變形階段前有明顯的壓密階段。冰磧土結(jié)構(gòu)密實(shí)，因此現(xiàn)場(chǎng)剪切試驗(yàn)得到的剪應(yīng)力-剪切位移關(guān)系曲線(xiàn)上沒(méi)有呈現(xiàn)明顯的壓密變形階段。

圖10為不同結(jié)構(gòu)土的代表性剪應(yīng)力-水平位移曲線(xiàn)對(duì)比，可見(jiàn)T2組試驗(yàn)代表的軟化骨架懸浮密實(shí)結(jié)構(gòu)土的剪切剛度較低，線(xiàn)彈性階段較短，表現(xiàn)出更明顯的應(yīng)變硬化階段，剪切變形量大。T6和T4組試驗(yàn)曲線(xiàn)代表的骨架懸浮密實(shí)結(jié)構(gòu)冰磧土，曲線(xiàn)近似呈折線(xiàn)狀，表明土從初始破裂到最終破壞發(fā)展較快，尤其是膠結(jié)程度較好的T4組試驗(yàn)，剪切剛度更大，破壞更突然。

圖10 不同結(jié)構(gòu)土體剪切變形特性對(duì)比圖Fig.10 Contrast charts of shear deformation characteristics of soils with different structures

4 結(jié)論

(1)冰磧土顆粒以粗粒、巨粒粒組為主，土的骨架顆粒呈懸浮狀，混雜、無(wú)序堆積，骨架間充填雜基、無(wú)孔隙，形成骨架懸浮密實(shí)結(jié)構(gòu)。

(2)顆粒骨架和具有一定膠結(jié)的雜基形成的懸浮密實(shí)結(jié)構(gòu)，是土的強(qiáng)度與變形特性的內(nèi)在控制因素。剪切荷載作用下，除骨架顆粒間的相互作用外，更多表現(xiàn)為骨架顆粒與膠結(jié)基質(zhì)的相互作用，呈現(xiàn)出“骨架擠壓—基質(zhì)壓碎”的破壞模式。剪切破壞時(shí)表現(xiàn)為基質(zhì)的壓碎與骨架的翻轉(zhuǎn)，使冰磧土表現(xiàn)為剪切強(qiáng)度高、延性差、先剪縮后剪脹的特性。

(3)冰磧土剪切破壞模式主要有剪切破碎帶、包繞大骨架邊界、鋸齒狀剪切、切穿軟化骨架等4種模式。骨架顆粒強(qiáng)度、大骨架顆粒分布、基質(zhì)膠結(jié)程度等都對(duì)冰磧土強(qiáng)度和變形特性構(gòu)成一定的影響。土的抗剪強(qiáng)度、剪切剛度和剪脹性隨骨架強(qiáng)度和基質(zhì)膠結(jié)程度的提高而增大，而延性隨之變差。

(4)研究表明冰磧土的結(jié)構(gòu)密實(shí)、剪切強(qiáng)度參數(shù)較高，根據(jù)冰磧土的結(jié)構(gòu)分析和現(xiàn)場(chǎng)剪切試驗(yàn)，堆積體和重力錨基坑穩(wěn)定性計(jì)算用的剪切強(qiáng)度參數(shù)取值為c=50 kPa，φ=36.5°。