土石混合料与岩石接触面强度特性模拟试验研究

艾英钵, 徐阳阳, 邱维邦.2020.土石混合料与岩石接触面强度特性模拟试验研究[J].工程地质学报, 28(3):450-458.doi:10.13544/j.cnki. jeg.2019-532
引用本文: 艾英钵, 徐阳阳, 邱维邦.2020.土石混合料与岩石接触面强度特性模拟试验研究[J].工程地质学报, 28(3):450-458.doi:10.13544/j.cnki. jeg.2019-532
Ai Yingbo, Xu Yangyang, Qiu Weibang.2020.Experimental study of strength behavior of gravel and rock interface[J].Journal of Engineering Geology, 28(3):450-458.doi: 10.13544/j.cnki.jeg.2019-532
Citation: Ai Yingbo, Xu Yangyang, Qiu Weibang.2020.Experimental study of strength behavior of gravel and rock interface[J].Journal of Engineering Geology, 28(3):450-458.doi: 10.13544/j.cnki.jeg.2019-532

土石混合料与岩石接触面强度特性模拟试验研究

doi: 10.13544/j.cnki.jeg.2019-532
基金项目: 填埋场热生成对垃圾堆体和防渗衬垫变形强度特性影响机理(资助号:515030811),中国交通建设股份有限公司科技研发项目(资助号:2012-ZJKJ-11)
详细信息
  • 中图分类号: TU458

EXPERIMENTAL STUDY OF STRENGTH BEHAVIOR OF GRAVEL AND ROCK INTERFACE

Funds: This research is supported by the Mechanism of Influence of Landfill Heat Generation on Deformation Strength Characteristics of Garbage Pile and Anti-seepage Liner(Grant No.515030811) and Science and Technology R & D Project of China Communications Construction Co., Ltd. (Grant No. 2012-ZJKJ-11)
  • 摘要: 本文以土-岩接触面滑坡为工程背景,釆用中砂、硅粉、水泥等不同配合比材料,制成不同表面形状、不同抗压强度试件模拟岩石的表面凸起形状及风化程度,进行室内大型叠环单剪试验研究土石混合料与岩石接触面强度特性。结果表明:表面形状不同,土-岩接触面抗剪强度相差很大。表面起伏越大,抗剪强度越高,越接近土石混合料的抗剪强度。锯齿状(h=20 mm)>锯齿状(h=10 mm)>平直面(h=0);同一起伏高度下,土-岩接触面抗剪强度表现为水波状>阶梯状≈锯齿状>单点凸起,但较起伏高度影响小。模拟岩石抗压强度不同反映岩石的风化程度不同,剪切过程中发生破损的程度就不同,破损使得土-岩接触面强度发生变化,岩石的风化程度是影响土-岩接触面抗剪强度的重要因素。综合分析岩石表面形状和风化程度对土-岩接触面抗剪强度特性的影响,引入结构面表面形状参数和损伤参数,给出土石混合料与岩石接触面的抗剪强度估算公式,为土-岩混合边坡的稳定性分析提供理论依据。
  • 图  1  大型单剪直剪仪剪切盒示意图

    Figure  1.  Schematic diagram of the monotonic shear apparatus

    图  2  原状土及缩尺后土样粒径

    Figure  2.  Soil size of undisturbed soil and the soil size after scale

    图  3  不同模拟岩石形状(单位:mm)

    Figure  3.  Shapes of different simulated rock (unit: mm)

    图  4  不同岩石形状的剪应力-位移关系

    Figure  4.  Relations of the shear-stress and the shear-displacement of different shapes

    图  5  不同岩石形状的接触面抗剪强度线

    Figure  5.  Shear strength of contact surface of different rock shape

    图  6  不同表面形状粗糙度R和摩擦角的关系

    Figure  6.  Relationship between roughness R and friction angle of different surface shapes

    图  7  接触面为锯齿状b1的剪应力-位移关系

    Figure  7.  Relations of the shear-stress and the shear-displacement in serrate structure b1

    图  8  锯齿接触面剪切后粗糙度的变化

    Figure  8.  Roughness change after shearing of serrate structure

    图  9  剪切后不同模拟岩石粗糙度与抗剪强度的关系

    Figure  9.  Relationship between roughness and shear strength of different rock sample

    图  10  接触面为锯齿状b1的抗剪强度包线

    Figure  10.  Shear strength fitting curves of serrate structure b1

    图  11  接触面为平直面a的剪应力-位移曲线

    Figure  11.  Relations of the shear-stress and the shear-displacement in straight face

    图  12  平直接触面剪切后粗糙度变化

    Figure  12.  Roughness change after shearing of straight face

    图  13  剪切后不同模拟岩石粗糙度与抗剪强度的关系

    Figure  13.  Relationship between roughness and shear strength of different rock sample

    图  14  接触面为平直面a的抗剪强度线

    Figure  14.  Shear strength fitting curves of straight face

    表  1  岩石坚硬程度分类

    Table  1.   Rock strength classification

    坚硬程度 坚硬岩 较硬岩 较软岩 软岩 极软岩
    饱和单轴抗压强度/MPa fr>60 60≥fr>30 30≥fr>15 15≥fr>5 fr≤5
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    表  2  不同岩石形状接触面粗糙度R

    Table  2.   The roughness R of contact surface of different rock shape

    形状 平直状a 锯齿状b1 锯齿状b2 阶梯状c 水波状d 单点凸起e
    粗糙度R 0 4.25 mm 8.36 mm 4.26 mm 4.46 mm 2.56 mm
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    表  3  不同岩石形状接触面的抗剪强度指标

    Table  3.   Shear strength index of contact faces of different rock shape

    形状 平直状a 锯齿状b1 锯齿状b2 阶梯状c 水波状d 单点凸起e
    黏聚力c 22.87 40.35 52.34 40.46 40.83 43.57
    内摩擦角φ/(°) 23.77 31.27 34.34 31.31 31.56 28.71
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    表  4  抗剪强度拟合结果

    Table  4.   Fitting result of shear strength

    抗压强度/MPa A B C/kPa 拟合度R2
    2.5 0.689 0.794 38 0.978
    5.0 0.714 0.839 38 0.963
    7.5 0.692 0.913 38 0.985
    10.0 0.667 0.928 38 0.984
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出版历程
  • 收稿日期:  2018-11-30
  • 修回日期:  2019-07-30
  • 刊出日期:  2020-06-25

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