龍川縣花崗巖淺表層抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)對(duì)比研究

馮文凱， 代洪川， 白慧林， 吳義鷹， 胡 芮

(1.成都理工大學(xué)地質(zhì)災(zāi)害防治與地質(zhì)環(huán)境保護(hù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 成都 610059； 2.自然資源部丘陵山地地質(zhì)災(zāi)害重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 福州 350002； 3.福建省地質(zhì)災(zāi)害重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 福州 350002； 4.廣東省有色礦山地質(zhì)災(zāi)害防治中心， 廣州 510062)

中國東南沿海地區(qū)(廣東、福建等)華力西-印支期、燕山期花崗巖分布廣泛，由于氣候炎熱潮濕形成的花崗巖風(fēng)化結(jié)構(gòu)層在垂直剖面上風(fēng)化序列完整，一般由上至下可分為殘積土層、全風(fēng)化層、強(qiáng)風(fēng)化層、中風(fēng)化層、微風(fēng)化層、未風(fēng)化層等六個(gè)風(fēng)化層[1]。

風(fēng)化花崗巖的工程性狀較差，其透水性較大，遇水易軟化崩解，結(jié)構(gòu)性易被破壞從而強(qiáng)度降低[2]。中國東南沿海地區(qū)多屬于亞熱帶季風(fēng)氣候，全年降雨充沛，由降雨入滲導(dǎo)致花崗巖淺表層抗剪強(qiáng)度降低所引發(fā)的滑坡災(zāi)害較為普遍，造成了極大的生命財(cái)產(chǎn)損失。如廣西容縣在2010年6月1日強(qiáng)降雨作用下發(fā)生了花崗巖滑坡數(shù)百處，造成了多處房屋、道路、橋梁、電力等設(shè)施受損；福建浦城縣在2019年7月9日的強(qiáng)降雨作用下發(fā)生群發(fā)性的花崗巖滑坡、泥石流災(zāi)害；香港地區(qū)由于對(duì)花崗巖填料不夠重視，常常在雨季時(shí)發(fā)生嚴(yán)重的滑坡災(zāi)害。因此，對(duì)花崗巖淺表層在降雨作用下抗剪強(qiáng)度的變化研究有著重大意義。

前人對(duì)花崗巖淺表層的抗剪強(qiáng)度已有一些研究。許旭堂等[2]認(rèn)為閩東南地區(qū)花崗巖殘積土層的抗剪強(qiáng)度值與含水率呈負(fù)相關(guān)。李凱等[3]則表示廣西東南部花崗巖淺表層存在一個(gè)“最優(yōu)飽和度”使其抗剪強(qiáng)度達(dá)到峰值，而非簡單的負(fù)相關(guān)關(guān)系。尹松等[4]通過花崗巖殘積土層室內(nèi)直剪與原位孔內(nèi)剪切試驗(yàn)的對(duì)比，得出原位孔內(nèi)剪切試驗(yàn)所得抗剪強(qiáng)度值明顯高于室內(nèi)直剪試驗(yàn)結(jié)果。宋永山等[5]認(rèn)為黃島地區(qū)花崗巖殘積土層在8%含水率抗剪強(qiáng)度最大。陳亞洲等[6]通過對(duì)贛南地區(qū)的花崗巖淺表層原狀樣與重塑樣對(duì)比研究得出，原狀樣存在從應(yīng)變軟化到應(yīng)變硬化的轉(zhuǎn)型，重塑樣一直表現(xiàn)為應(yīng)變硬化，且原狀樣內(nèi)聚力較重塑樣略大，內(nèi)摩擦角較重塑樣略小。宋治等[7]認(rèn)為花崗巖淺表層中的細(xì)顆粒含量主要影響內(nèi)聚力，粗顆粒含量主要影響內(nèi)摩擦角。簡文彬等[8]將花崗巖殘積土進(jìn)行干濕循環(huán)，結(jié)果表明內(nèi)聚力隨干濕循環(huán)次數(shù)的增加而衰減，內(nèi)摩擦角未出現(xiàn)明顯的變化規(guī)律。陳東霞等[9]通過對(duì)廈門地區(qū)花崗巖殘積土層的研究，得出含水率對(duì)抗剪強(qiáng)度的影響體現(xiàn)在內(nèi)聚力上，對(duì)內(nèi)摩擦角影響較小。Liu等[10]認(rèn)為含水率增加會(huì)使花崗巖淺表層的黏聚力、內(nèi)摩擦角減小，且黏聚力降低幅度更大。Borana等[11]通過控制不同含水率來研究不同基質(zhì)吸力下花崗巖淺表層抗剪強(qiáng)度，得出抗剪強(qiáng)度受含水率的控制。這些研究都從不同角度認(rèn)識(shí)了花崗巖淺表層原狀樣或重塑樣的抗剪強(qiáng)度特性，而對(duì)于其現(xiàn)場試驗(yàn)與室內(nèi)試驗(yàn)對(duì)比分析鮮見報(bào)道，有必要進(jìn)行大量的數(shù)據(jù)累計(jì)和針對(duì)性分析。

2019年6月10—14日，廣東龍川縣出現(xiàn)持續(xù)性強(qiáng)降雨，累積降雨量近270 mm，導(dǎo)致全縣大面積受災(zāi)，其中重災(zāi)區(qū)貝嶺鎮(zhèn)米貝村發(fā)生群發(fā)性花崗巖淺表層滑坡。以廣東龍川縣米貝村地區(qū)的花崗巖殘積土層和全風(fēng)化層為研究對(duì)象，對(duì)殘積土層采用現(xiàn)場便攜式剪切儀原狀樣剪切試驗(yàn)與室內(nèi)重塑樣快剪試驗(yàn)，對(duì)全風(fēng)化層采用現(xiàn)場鉆孔剪切原位試驗(yàn)與室內(nèi)重塑樣快剪試驗(yàn)。通過以上試驗(yàn)分析花崗巖淺表層抗剪強(qiáng)度隨含水率的變化規(guī)律，同時(shí)對(duì)比現(xiàn)場試驗(yàn)與室內(nèi)試驗(yàn)所得抗剪強(qiáng)度參數(shù)的差異規(guī)律及影響機(jī)理，并通過電鏡掃描分析其微結(jié)構(gòu)特性，研究結(jié)果可對(duì)花崗巖地區(qū)的工程建設(shè)與勘察提供指導(dǎo)依據(jù)。

1 花崗巖淺表層巖土基本特性

試驗(yàn)所需花崗巖殘積土層與全風(fēng)化層取自廣東龍川縣米貝村。如圖1所示，其中殘積土層呈黃褐色，質(zhì)地較硬，內(nèi)聚力明顯，新鮮切面可見粒徑0.5～1 mm的石英顆粒和少量的細(xì)微裂隙，表現(xiàn)出明顯的砂土性質(zhì)，為砂質(zhì)黏性土；全風(fēng)化層呈紅褐色，巖石風(fēng)化劇烈，原巖結(jié)構(gòu)尚可辨，遇水易軟化、崩解。其主要物理參數(shù)如表1所示。

圖1 風(fēng)化花崗巖Fig.1 Decomposed granite

表1 風(fēng)化花崗巖基本物理參數(shù)Table 1 Basic physical parameters of decomposed granite

室內(nèi)土工篩分試驗(yàn)結(jié)果(圖2)顯示，殘積土層與全風(fēng)化層粉粒和黏粒較少，細(xì)砂及中砂含量較高，這也是該類巖土體具有黏性和砂性的雙重力學(xué)性狀的一個(gè)重要原因。

圖2 顆粒級(jí)配曲線圖Fig.2 Particle size distribution curve

另外，巖土體的礦物成分對(duì)其強(qiáng)度特性有著直接的影響。X射線衍射試驗(yàn)(圖3與表2)結(jié)果顯示，殘積土層主要礦物成分為石英和高嶺石、伊利石、綠泥石等黏土礦物，黏土礦物占比77%；全風(fēng)化層主要礦物成分為石英、長石和高嶺石、伊利石等黏土礦物，黏土礦物占比44%。對(duì)比二者可以發(fā)現(xiàn)，殘積土層中已不存在全風(fēng)化層中的原生礦物長石，說明殘積土層已高度風(fēng)化，而全風(fēng)化層風(fēng)化不完全，還存在一定的原巖結(jié)構(gòu)。

圖3 風(fēng)化花崗巖X射線衍射圖譜Fig.3 XRD patterns of decomposed granite

表2 礦物成分統(tǒng)計(jì)Table 2 Mineral composition statistics

2 抗剪強(qiáng)度特性

花崗巖殘積土層現(xiàn)場原狀樣抗剪強(qiáng)度測試采用便攜式剪切儀，全風(fēng)化層采用原位鉆孔剪切儀，并分別開展了室內(nèi)重塑樣試驗(yàn)，在此基礎(chǔ)上將試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析。

2.1 花崗巖殘積土層

殘積土層現(xiàn)場原狀樣剪切試驗(yàn)采用成都理工大學(xué)地質(zhì)災(zāi)害防治與地質(zhì)環(huán)境保護(hù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室XJ-2型便攜式剪切儀(圖4)，在選定的3個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)(CD1～CD3)地形相對(duì)平坦處挖掉上覆根植土，通過噴壺對(duì)每個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)的4個(gè)取樣區(qū)進(jìn)行均勻噴灑，使其含水率分別為19%、24%、27%、30%，各含水率制備4個(gè)原狀樣，共48個(gè)，分別控制正應(yīng)力為50、100、200、300 kPa。

圖4 XJ-2型便攜式剪切儀Fig.4 XJ-2 portable shear apparatus

殘積土層室內(nèi)重塑樣快剪試驗(yàn)采用DJY-4L四聯(lián)等應(yīng)變直剪儀，試驗(yàn)中以塑料薄膜代替濾紙，設(shè)置含水率梯度為10%、15%、19%、22%、24%、26%、28%、30%，垂向正應(yīng)力同上。為便于研究，將含水率為19%視為殘積土層天然含水率。

2.2 花崗巖全風(fēng)化層

全風(fēng)化層現(xiàn)場原位鉆孔剪切試驗(yàn)采用法國Phicometre原位鉆孔剪切儀，其試驗(yàn)原理與室內(nèi)直剪類似，該儀器主要有實(shí)現(xiàn)剪切功能的剪切探頭、提供正應(yīng)力的控制系統(tǒng)、提供剪應(yīng)力的液壓千斤頂、剪切力測量系統(tǒng)及附屬部分組成[12-14]，如圖5所示。

圖5 Phicometre 鉆孔剪切儀Fig.5 Borehole shear test of Phicometre

在選取的5個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)(QD1～QD5)采用手持鉆機(jī)成孔，每個(gè)點(diǎn)位4個(gè)孔分別對(duì)應(yīng)4個(gè)不同的正應(yīng)力，共20個(gè)孔。受試驗(yàn)條件限制，原位鉆孔剪切試驗(yàn)僅做了全風(fēng)化層天然含水率下的強(qiáng)度參數(shù)測試。

全風(fēng)化層室內(nèi)重塑樣快剪試驗(yàn)所采用的儀器與方法同上，設(shè)置含水率梯度為10%、15%、20%、22%、24%，垂向正應(yīng)力同上。為便于研究，將含水率為20%視為全風(fēng)化層天然含水率。

3 試驗(yàn)結(jié)果及對(duì)比分析

3.1 殘積土層試驗(yàn)結(jié)果

3.1.1 現(xiàn)場攜剪試驗(yàn)結(jié)果

通過對(duì)3個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)(CD1～CD3)共48個(gè)原狀樣進(jìn)行剪切，得到殘積土層抗剪強(qiáng)度參數(shù)與含水率的關(guān)系，如圖6與表3所示。整體而言，試樣內(nèi)聚力C隨著含水率ω的增加呈大幅度減小趨勢，至最高含水率30%時(shí)，C減小幅度均大于50%；內(nèi)摩擦角φ隨含水率ω的增加呈小幅度減小趨勢，至最高含水率30%時(shí)，φ減小幅度均小于15%。在同一含水率條件下，3個(gè)點(diǎn)的抗剪強(qiáng)度參數(shù)接近，離散性小。

圖6 原狀殘積土層含水率與抗剪強(qiáng)度的關(guān)系Fig.6 Relationship between water content and shear strength of undisturbed residual soil layer

表3 原狀殘積土層各點(diǎn)抗剪強(qiáng)度參數(shù)Table 3 Shear strength parameters of undisturbed residual soil at various points

3.1.2 室內(nèi)快剪試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)前文既定的含水率配土水，用環(huán)刀制樣后剪切，得到其不同含水率在各級(jí)正應(yīng)力下的剪應(yīng)力與剪切位移關(guān)系曲線，此處選取了兩個(gè)具有典型代表意義的曲線(圖7)，同時(shí)得到其抗剪強(qiáng)度參數(shù)與含水率的關(guān)系(圖8與表4)。

表4 重塑殘積土層各含水率抗剪強(qiáng)度參數(shù)Table 4 Shear strength parameters of each water content in remolded residual soil layer

如圖7所示，在ω=19%時(shí)，低正應(yīng)力(50、100 kPa)條件下，重塑殘積土層剪應(yīng)力隨剪應(yīng)變呈現(xiàn)先增大后減小的過程，曲線表現(xiàn)為應(yīng)變軟化特征，存在峰值點(diǎn)；隨著正應(yīng)力的增大，剪應(yīng)力隨剪應(yīng)變呈現(xiàn)陡增而后平緩的過程，應(yīng)變軟化特征減弱，當(dāng)正應(yīng)力達(dá)到300 kPa時(shí)，應(yīng)變軟化特征消失，曲線呈現(xiàn)出應(yīng)變硬化特征。另外，在試樣剪切變形2 mm內(nèi)，不同正應(yīng)力下各試樣剪應(yīng)力交錯(cuò)增長，并未表現(xiàn)出同一變形節(jié)點(diǎn)處剪應(yīng)力隨正應(yīng)力增大而增大的特征。在ω=24%時(shí)，在各正應(yīng)力下，剪應(yīng)力隨剪應(yīng)變呈現(xiàn)陡增而后平緩的過程，曲線均呈現(xiàn)出應(yīng)變硬化特征，應(yīng)變軟化特征消失，這是由于含水率增加，更多的水分子充填入土顆粒間，促使土顆粒之間粘結(jié)作用變大。同時(shí)也未表現(xiàn)出同一變形節(jié)點(diǎn)處剪應(yīng)力隨正應(yīng)力增大而增大的特征，在剪切變形1 mm內(nèi)，不同正應(yīng)力下各試樣剪應(yīng)力交錯(cuò)增長。

圖7 重塑殘積土層剪應(yīng)力與剪切位移的關(guān)系Fig.7 Relationship between shear stress and strain of remolded residual soil layer

圖8 重塑殘積土層含水率與抗剪強(qiáng)度的關(guān)系Fig.8 Relationship between water content and shear strength of remolded residual soil layer

如圖8與表4所示，重塑殘積土層試樣的內(nèi)聚力С隨著含水率ω的增加先增大而后減小。余剛[15]對(duì)于花崗巖殘積土層的研究，證實(shí)了內(nèi)聚力С與含水率ω之間存在著一定的函數(shù)關(guān)系，經(jīng)多次比較，發(fā)現(xiàn)二者的關(guān)系接近于二次多項(xiàng)式函數(shù)，即

С=-0.23ω2+9.9ω-49.87

(1)

重塑殘積土層試樣的內(nèi)摩擦角φ隨著含水率ω的增加而減小，經(jīng)多次比較發(fā)現(xiàn)，可將二者關(guān)系擬合為對(duì)數(shù)函數(shù)，即

φ=-12.24lnω+62.32

(2)

3.2 殘積土層現(xiàn)場攜剪與室內(nèi)快剪對(duì)比分析

將現(xiàn)場試驗(yàn)與室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比(圖9)，雖然二者含水率關(guān)系受試驗(yàn)條件影響并非完全對(duì)應(yīng)，但也可以看出二者試驗(yàn)結(jié)果具有明顯差異。

圖9 現(xiàn)場攜剪與室內(nèi)快剪強(qiáng)度對(duì)比Fig.9 Comparison between field carrying shear and indoor rapid shear strength

如圖9(a)所示，兩種試驗(yàn)手段所得內(nèi)聚力C隨含水率ω變化分布規(guī)律相似。在含水率為19%時(shí)(天然含水率)，現(xiàn)場試驗(yàn)C均大于室內(nèi)試驗(yàn)C；當(dāng)含水率增大為24%、27%與30%時(shí)(偏離天然含水率)，現(xiàn)場試驗(yàn)C與室內(nèi)試驗(yàn)C差異減小并極為接近。兩種試驗(yàn)結(jié)果都表明，在含水率由19%增加到30%的過程中，C都隨著含水率的增加而減小，且隨著含水率的逐漸增大，兩種試驗(yàn)手段結(jié)果之間的差異呈現(xiàn)為逐漸減小的趨勢。根據(jù)楊世文等[16]的研究，非飽和土抗剪強(qiáng)度受基質(zhì)吸力所影響，含水率的增加勢必會(huì)使得土體孔隙內(nèi)的水量增加而孔隙氣壓降低，這就會(huì)導(dǎo)致基質(zhì)吸力的降低，從而降低了抗剪強(qiáng)度。

在一般情況下，土體中的游離氧化物以微晶、包膜或覆蓋等形式把土顆粒膠結(jié)起來，形成較強(qiáng)的結(jié)構(gòu)聯(lián)接，且該物質(zhì)越多，聯(lián)結(jié)力越強(qiáng)。在天然含水率時(shí)，土顆粒之間的膠結(jié)性好，故其C較大；而現(xiàn)場試驗(yàn)C較室內(nèi)試驗(yàn)更大的原因是，室內(nèi)試驗(yàn)的重塑樣結(jié)構(gòu)已經(jīng)被改變，土體內(nèi)經(jīng)風(fēng)化淋溶作用形成的殘余化學(xué)鍵、膠結(jié)作用已經(jīng)極其微弱。在含水率偏離天然含水率增大時(shí)，游離的氧化物幾乎都已溶于水，土體之間的膠結(jié)性幾乎被完全破壞，原狀樣與重塑樣二者性質(zhì)已經(jīng)接近，都不再具有結(jié)構(gòu)性，故二者C極為接近。

如圖9(b)所示，兩種試驗(yàn)手段所得內(nèi)摩擦角φ隨含水率ω變化分布規(guī)律相似。在含水率為19%與24%時(shí)，現(xiàn)場試驗(yàn)φ與室內(nèi)試驗(yàn)φ極為接近；當(dāng)含水率增大為27%與30%時(shí)，現(xiàn)場試驗(yàn)φ大于室內(nèi)試驗(yàn)；整體而言現(xiàn)場試驗(yàn)φ均在室內(nèi)試驗(yàn)的含水率ω與內(nèi)摩擦角φ關(guān)系擬合曲線的上方，但二者相差不大，這是由于內(nèi)摩擦角主要反映土體顆粒之間的摩擦特性，原狀樣與重塑樣二者并未改變其本身的顆粒粗糙程度，所以φ相差不大。

綜上所述，在含水率由19%增長到30%的過程中，兩種試驗(yàn)手段都是隨著含水率的增加而抗剪強(qiáng)度降低，但現(xiàn)場試驗(yàn)原狀樣存在的結(jié)構(gòu)性是室內(nèi)試驗(yàn)重塑樣所不具有的，從而導(dǎo)致了一些差異。從本質(zhì)上來說，隨著含水率的增加，造成土顆粒濕潤軟化，使其破碎變形并重新排列，該變化對(duì)土體是一種微觀結(jié)構(gòu)上的破壞，在抗剪強(qiáng)度中主要體現(xiàn)在內(nèi)聚力С的減小，而內(nèi)摩擦角φ所受的影響較小。

3.3 全風(fēng)化層試驗(yàn)結(jié)果

3.3.1 原位鉆孔剪切試驗(yàn)結(jié)果

通過對(duì)20個(gè)孔的原位剪切，得到全風(fēng)化層的原位抗剪強(qiáng)度如表5與圖10所示。原位鉆孔剪切對(duì)全風(fēng)化層的擾動(dòng)極小，每個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)位的數(shù)據(jù)相關(guān)系數(shù)R2>0.98，且各點(diǎn)的全風(fēng)化層工程性質(zhì)較為接近，數(shù)據(jù)離散性較小。點(diǎn)位QD2與QD3之間內(nèi)聚力С相差最大為21.45 kPa，點(diǎn)位QD2與QD1之間內(nèi)摩擦角φ相差最大為4.6°，五個(gè)點(diǎn)位QD1～QD5的平均內(nèi)聚力С=51.9 kPa，平均內(nèi)摩擦角φ=27.0°。

表5 全風(fēng)化層鉆孔剪切抗剪強(qiáng)度參數(shù)Table 5 Shear strength parameters of boreholes in completely decomposed granite

圖10 各點(diǎn)位正應(yīng)力和剪應(yīng)力的關(guān)系Fig.10 Relationship of normal stress and shear stress of points

3.3.2 室內(nèi)快剪試驗(yàn)結(jié)果

同3.1.2節(jié)操作步驟得到其抗剪強(qiáng)度參數(shù)與含水率的關(guān)系如表6與圖11所示。重塑全風(fēng)化層試樣的內(nèi)聚力С隨著含水率ω的增加先增大而后減小，經(jīng)多次比較，發(fā)現(xiàn)二者的關(guān)系接近于二次多項(xiàng)式函數(shù)，即

圖11 重塑全風(fēng)化層樣含水率與抗剪強(qiáng)度的關(guān)系Fig.11 Relationship between moisture content and shear strength of remoulded completely decomposed granite

C=-0.45ω2+15.9ω-98.2

(3)

重塑全風(fēng)化層試樣的內(nèi)摩擦角φ隨著含水率ω的增加而減小，經(jīng)多次比較發(fā)現(xiàn)，可將二者擬合為對(duì)數(shù)函數(shù)，即

φ=-7.07lnω+47.97

(4)

3.4 全風(fēng)化層現(xiàn)場原位剪切與室內(nèi)快剪對(duì)比分析

對(duì)比現(xiàn)場試驗(yàn)與室內(nèi)試驗(yàn)在天然含水率20%時(shí)的試驗(yàn)結(jié)果，如圖12(a)所示。兩種試驗(yàn)手段所得內(nèi)聚力C差異明顯，現(xiàn)場試驗(yàn)C均大于室內(nèi)試驗(yàn)C。室內(nèi)試驗(yàn)C與點(diǎn)位QD2的C達(dá)最大差距57.8%，與點(diǎn)位QD3的C為最小差距7.3%，與五個(gè)點(diǎn)位平均C相差22.4%。

如圖12(b)所示，兩種試驗(yàn)手段所得內(nèi)摩擦角φ極為接近，室內(nèi)試驗(yàn)φ與現(xiàn)場試驗(yàn)五個(gè)點(diǎn)位平均φ僅相差0.5°。總體而言，現(xiàn)場原位鉆孔剪切試驗(yàn)與室內(nèi)快剪試驗(yàn)所得抗剪強(qiáng)度參數(shù)差異主要表現(xiàn)為內(nèi)聚力C的不同，對(duì)內(nèi)摩擦角φ影響很小。

通過上述對(duì)比分析可知，現(xiàn)場原位鉆孔剪切與室內(nèi)快剪所得試驗(yàn)結(jié)果有著明顯差異。結(jié)合花崗巖全風(fēng)化層的形成過程、原狀樣與重塑樣之間的差異以及對(duì)試樣的剪切手段，認(rèn)為造成現(xiàn)場與室內(nèi)試驗(yàn)之間的差異原因如下。

(1)花崗巖全風(fēng)化層在微觀結(jié)構(gòu)上具有獨(dú)特的構(gòu)造，根據(jù)對(duì)全風(fēng)化層電鏡掃描(scanning electron microscope，SEM)微結(jié)構(gòu)圖像(圖13)的研究，其整體大、中孔隙發(fā)育，結(jié)構(gòu)疏松。由于花崗巖的本身特性與濕熱的氣候條件，全風(fēng)化層是花崗巖經(jīng)過強(qiáng)烈化學(xué)作用與淋濾作用形成，風(fēng)化物以高嶺石為主，在其松散的結(jié)構(gòu)間還存在殘余化學(xué)鍵強(qiáng)度與較高含量的游離氧化物，游離氧化物又以膠結(jié)作用加強(qiáng)顆粒之間的結(jié)構(gòu)連接，進(jìn)而提高土體強(qiáng)度。室內(nèi)快剪所用的重塑樣，需要對(duì)原狀樣進(jìn)行烘干、碾碎，再加水配比至試驗(yàn)所需含水率，而殘余的化學(xué)鍵與膠結(jié)作用在上述制樣的過程后幾乎已不存在?？傮w而言，宏觀上的抗剪強(qiáng)度變化都是由微觀結(jié)構(gòu)引起的，重塑樣不存在初始結(jié)構(gòu)，故室內(nèi)快剪的C更低；而內(nèi)摩擦角主要反映顆粒之間的摩擦特性，原狀樣與重塑樣二者并未改變其本身的顆粒粗糙程度，所以φ相差不大。

(2)現(xiàn)場原位鉆孔剪切與室內(nèi)快剪都是先對(duì)試樣施加一定的正應(yīng)力，再施加剪應(yīng)力使其剪切破壞，二者在原理上相近，但試驗(yàn)過程中剪切邊界條件及試樣的應(yīng)力狀態(tài)仍有所差異。室內(nèi)快剪試驗(yàn)的試樣被上下剪切盒所固定，剪切過程中試樣的剪切面基本固定在上下剪切盒的接觸面；而在原位鉆孔剪切試驗(yàn)過程中，試樣與剪切探頭接觸部位視為固定端，受壓試樣與周圍巖土體連接，并未被分割為單獨(dú)的塊體，故二者的剪切邊界條件與試樣的應(yīng)力狀態(tài)存在差異。另外，室內(nèi)快剪試驗(yàn)過程中，隨著上剪切盒的移動(dòng)，剪切盒內(nèi)試樣偏心受力，有效剪切面上的垂直應(yīng)力并非均勻分布，隨著剪切位移的不斷增大，試樣主應(yīng)力方向?qū)l(fā)生偏轉(zhuǎn)且角度不斷增大；而現(xiàn)場原位鉆孔剪切試驗(yàn)剪切過程中，被剪切的巖土體與剪切探頭間未產(chǎn)生相對(duì)位移，應(yīng)力狀態(tài)較為一致。

4 結(jié)論及建議

(1)廣東龍川縣花崗巖殘積土層具有砂土性質(zhì)，含有一定量的石英，主要黏土礦物為高嶺石、伊利石；全風(fēng)化層呈砂土狀，含有一定量的石英與未風(fēng)化的長石，存在一定原巖結(jié)構(gòu)，主要黏土礦物為高嶺石。殘積土層內(nèi)的黏土礦物含量多于全風(fēng)化層，前者風(fēng)化更完全。

(2)殘積土層與全風(fēng)化層二者在含水率大于天然含水率時(shí)，隨著含水率的增大都會(huì)導(dǎo)致抗剪強(qiáng)度的降低。含水率的增大使得土顆粒濕潤軟化，造成土顆粒破碎變形并重新排列，該變化對(duì)土體是微觀結(jié)構(gòu)上的破壞，在抗剪強(qiáng)度中表現(xiàn)為內(nèi)聚力C的大幅度減小，而內(nèi)摩擦角φ降低幅度較小。

(3)殘積土層的現(xiàn)場試驗(yàn)與室內(nèi)試驗(yàn)二者結(jié)果的不同，是源于原狀樣與重塑樣在結(jié)構(gòu)性上存在差異，重塑樣的制樣過程已將土體中較為敏感的殘余化學(xué)鍵及膠結(jié)構(gòu)架破壞；而全風(fēng)化層的現(xiàn)場原位試驗(yàn)與室內(nèi)試驗(yàn)二者結(jié)果的不同，除了上述原因，還與試樣在剪切過程中剪切邊界條件及試樣的應(yīng)力狀態(tài)有關(guān)。整體而言，現(xiàn)場試驗(yàn)得到的抗剪強(qiáng)度值高于室內(nèi)試驗(yàn)得到的抗剪強(qiáng)度值。

(4)花崗巖淺表層無論是殘積土層還是全風(fēng)化層，均具有較強(qiáng)的結(jié)構(gòu)性，室內(nèi)重塑樣試驗(yàn)結(jié)果往往不能真實(shí)反映土體的抗剪強(qiáng)度，室內(nèi)重塑土試驗(yàn)所得到的抗剪強(qiáng)度值偏低，采用該方法所得到的工程設(shè)計(jì)及施工參數(shù)較為保守，有必要結(jié)合現(xiàn)場試驗(yàn)合理評(píng)價(jià)其強(qiáng)度性能。

表6 重塑全風(fēng)化層樣各含水率抗剪強(qiáng)度參數(shù)Table 6 Shear strength parameters of each moisture content of completely decomposed granite