粗颗粒含量对川西崩坡积混合土颗粒破碎及强度特性试验研究

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1、国内图书分类号：TU411.8密级：公开国际图书分类号：西南交通大学研究生学位论文粗颗粒含量对川西崩坡积混合土颗粒破碎及强度特性试验研究年级二〇一五级.姓名李永奎.申请学位级别工学硕士.专业岩土工程.指导老师崔凯教授.二○一八年五月ClassifiedIndex:TU411.8U.D.C：SouthwestJiaotongUniversityMasterDegreeThesisEXPERIMENTALRESEARCHONPARTICLEBREAKAGEANDSTRENGTHCHARACTERISTI

2、CSOFCHUANXITALUSMIXEDSOILWITHDIFFERENTCOARSE-GRAINCONTENTSGrade:2015Candidate:LiYongkuiAcademicDegreeAppliedfor:MasterinEngineeringSpecialty:GeotechnicalEngineeringSupervisor:Prof.CuiKaiMay,2018西南交通大学硕士研究生学位论文第I页摘要四川西部地区广泛分布着一种由粗颗粒与细颗粒混合而成的混合土，由于这种混合土特

3、有的组成形式，导致其在应力作用下常发生颗粒破碎现象，而颗粒破碎又会改变颗粒粒径、颗粒级配、密实程度、颗粒间的接触应力等，从而使颗粒间接触应力重新分布调整，使接触压力变得均匀化，降低了剪胀的影响效果，从而降低了岩土材料的抗剪强度，造成实际工程中的设计抗剪强度低于土体的自身抗剪强度，增大了土体产生失稳破坏的风险，因此系统研究川西地区混合土的颗粒破碎现象及其破碎后的强度特性十分必要。本文以川西某崩坡积混合土在不同高度处的六种粗颗粒含量存在明显差异的土样作为研究对象，基于大型静粗颗粒土三轴试验仪器，系统的研

4、究了粗颗粒含量对混合土颗粒破碎和及其破碎后抗剪强度的影响，并分析其影响机理。本文取得主要成果及结论如下：首先，对6种土样进行常规物理试验，包括筛分试验、天然含水量、晾晒含水量、浸泡含水量以及天然密度的测定，对其筛分试验结果分析发现，6种混合土的粗颗粒含量存在明显差异，并根据粗颗粒含量从低到高的顺序，命名为1-6号土，其中1号土的粗颗粒含量为12.15%，6号土的粗颗粒含量为84.22%。其次，对6种土样在7组围压下进行大型静粗粒土三轴固结试验，对试验后的土样进行筛分试验，以相对破碎率??为指标研究颗

5、粒破碎程度。对试验数据整理可得6种土样在7组围压下的相对破碎率??值，绘制出其与围压之间的关系图。分析发现，6种土样的相对破碎率??均随着围压的增加而增大，同一固结围压下，粗颗粒含量越高，相对破碎率??就越大；相对破碎率??的增加速率呈动态变化，粗颗粒含量超过42.71%后，相对破碎率??增长速率加快，混合土骨架由细颗粒控制完成了向粗颗粒控制转变，细颗粒仅起填充作用，随着粗颗粒含量的增加，颗粒之间接触点数量逐渐减少，颗粒容易形成应力集中，导致相对破碎率??明显增加；当围压超过600kPa后，颗粒之间

6、单位面上的应力不断增加，达到了更多颗粒的抗剪强度，为了能够承载不断增加的应力，颗粒之间通过破碎来增加接触面积，导致相对破碎率??快速增加，因此粗颗粒含量42.71%和围压600kPa为相对破碎率??速率变化的两个拐点值。然后，对3号土（粗颗粒含量为42.71%）和5号土（粗颗粒含量为73.94%）进行了三个含水量下的固结试验，川西混合土细颗粒中存在大量粘土矿物，容易与碳酸盐在粗颗粒间形成胶结体，细颗粒含量越高就越丰富，胶结作用就越显著，而3号土与5西南交通大学硕士研究生学位论文第II页号土相比其细颗

7、粒含量更高，因此就存在更大的胶结作用，所以试验选定含水量和晾晒含水量下的?3-??关系曲线相对平行，而5号土胶结作用有限，当固结围压较小时两条?3-??关系曲线基本平行，随着固结围压的不断增加，有限的胶结作用对颗粒破碎现象的影响逐渐减小，颗粒破碎曲线趋于重合。浸泡含水量下的?3-??关系曲线明显与另外两个含水量下的关系曲线相离，且当固结围压超过400kPa时，相对破碎率??的变化速率就出现了明显的突变，即固结围压临界值变小，表明将土样浸泡后其自身结构发生了细微变化，强度明显降低。因此含水量对混合土颗

8、粒破碎存在较大影响，并且这种影响程度还与粗颗粒含量密切相关。最后，对6种土样在7组围压下的剪切试验结果进行了分析，发现偏应力随着围压和粗颗粒含量的增加均增大，并对6种土样的粘聚力和内摩擦角进行了分析，结果显示随着粗颗粒含量的增加，粘聚力出现无明显规律变化，而内摩擦角不断增大，将粗颗粒含量与内摩擦角关系曲线进行线性分段拟合，发现当粗颗粒含量在0~35%区间内时，内摩擦角随粗颗粒含量增加而缓慢增大，在35%~75%区间内时，内摩擦角随粗颗粒含量增加而快速增大，在大于75%