俞旺新，董 藝，杜子文

（中國(guó)建筑第四工程局有限公司，廣東 廣州 510600）

0 引言

我國(guó)廣東地區(qū)覆蓋著廣泛而深厚的花崗巖殘積土，如珠海和深圳地區(qū)的表層厚度達(dá)20m以上[1]。隨著我國(guó)基礎(chǔ)建設(shè)日益增多，將有大量基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)在花崗巖殘積土地區(qū)，研究花崗巖的抗剪特性具有重要現(xiàn)實(shí)意義。

在花崗巖殘積土抗剪特性研究方面，袁文熠[2]發(fā)現(xiàn)不同結(jié)構(gòu)特征的土體剪切特性存在很大差異，相同試驗(yàn)參數(shù)條件下重塑土剪切破壞呈鼓狀破壞；龍志東等[3]發(fā)現(xiàn)初始干密度對(duì)花崗巖殘積土抗剪強(qiáng)度指標(biāo)具有重要影響。不同地區(qū)花崗巖殘積土的工程特性差異較大，以往對(duì)廣東花崗巖殘積土的抗剪特性研究主要是集中在香港及深圳地區(qū)[4]，對(duì)中山地區(qū)的花崗巖殘積土抗剪特性研究甚少。為清楚了解中山地區(qū)花崗巖殘積土的抗剪特性，本文選取中山地區(qū)坦洲快速公路不同干密度花崗巖殘積土通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)，對(duì)花崗巖殘積土的抗剪特性進(jìn)行研究。

1 試樣采集制備與試驗(yàn)方案

1.1 試驗(yàn)土樣

試樣取自中山地區(qū)坦洲快速公路不同施工試驗(yàn)段的花崗巖殘積土，土樣顏色為棕黃色，其物理性質(zhì)指標(biāo)如表1所示。

表1 花崗巖殘積土物理性質(zhì)指標(biāo)

1.2 試樣制備

花崗巖殘積土置于105℃烘箱烘干超過(guò)10h，將烘干土樣碾碎并過(guò)3mm篩。試樣制備采用擊樣法，分為5層擊實(shí)，每層約25擊，各層土料質(zhì)量相等，按照土樣相對(duì)應(yīng)的干密度，20%的含水率，制備尺寸高為80mm，直徑39.1mm的圓柱體重塑試樣。

1.3 試驗(yàn)方案

試驗(yàn)采用北京華勘科技有限責(zé)任公司提供的MCU液壓三軸全自動(dòng)三軸儀進(jìn)行試驗(yàn)，每組試驗(yàn)取3個(gè)相同的試樣分別在120，220，320kPa圍壓下進(jìn)行試驗(yàn)，采用固結(jié)不排水方式加載，剪切應(yīng)變速率為0.1%/min。

2 固結(jié)不排水試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線

花崗巖殘積土 TZ-1，TZ-3，TZ-5分別在 120，220，320kPa圍壓下的相同干密度不同圍壓下的應(yīng)力-應(yīng)變曲線與相同圍壓下不同干密度的應(yīng)力-應(yīng)變曲線分別如圖1～3所示。

2.1.1 相同干密度花崗巖殘積土在不同圍壓下的應(yīng)力-應(yīng)變曲線

由圖1可知，在固結(jié)不排水試驗(yàn)條件下，相同干密度花崗巖殘積土在不同圍壓下的應(yīng)力-應(yīng)變曲線均為應(yīng)變硬化型，呈塑性破壞，高圍壓（320kPa）時(shí)，應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系為強(qiáng)硬化型。同時(shí)由應(yīng)力-應(yīng)變曲線可知，完好的土樣隨著應(yīng)變?cè)龃?，其斜率也隨之增大，土體的穩(wěn)定性與強(qiáng)度有較大提高。隨著應(yīng)變繼續(xù)增大，斜率到達(dá)峰值后變小，直到變得緩平，此時(shí)隨著軸向應(yīng)變?cè)龃螅珣?yīng)力不再增大，土體結(jié)構(gòu)性被破壞喪失。

圖1 相同干密度花崗巖殘積土在不同圍壓下的應(yīng)力-應(yīng)變曲線

從圖2可知：花崗巖殘積土在相同含水率和干密度情況下，隨著軸向應(yīng)變的增加應(yīng)力逐漸增大，應(yīng)力應(yīng)變之間近似成二次多項(xiàng)式關(guān)系。通過(guò)多項(xiàng)式擬合得到主應(yīng)力差（σ1-σ3）與軸向應(yīng)變?chǔ)?的關(guān)系，如表2所示。

圖2 相同干密度花崗巖殘積土在不同圍壓下的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線擬合結(jié)果

從表2可看出：主應(yīng)力差（σ1-σ3）與軸向應(yīng)變?chǔ)?呈良好的二次多項(xiàng)式相關(guān)，相關(guān)性顯著。

表2 參數(shù)取值

2.1.2 相同圍壓下不同干密度花崗巖殘積土的應(yīng)力-應(yīng)變曲線

由圖3可知，隨著圍壓的增加，3種不同干密度花崗巖殘積土的應(yīng)力應(yīng)變曲線間距越來(lái)越小。在低圍壓（120kPa）時(shí)，TZ-3與TZ-5在應(yīng)變初期與應(yīng)變后期，其應(yīng)力變化受?chē)鷫河绊戄^小，兩者較接近。在中圍壓（220kPa）時(shí)，TZ-1與TZ-3在應(yīng)變初期，TZ-1與TZ-5在應(yīng)變后期，其應(yīng)力變化受?chē)鷫河绊戄^小，兩者較接近。在高圍壓（320kPa）時(shí)，三者的應(yīng)力應(yīng)變曲線間距小。

圖3 相同圍壓下不同干密度花崗巖殘積土的應(yīng)力-應(yīng)變曲線

2.2 干密度對(duì)抗剪強(qiáng)度參數(shù)的影響

三軸CU試驗(yàn)中的試樣采用3種不同的干密度，其干密度與抗剪強(qiáng)度參數(shù)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表3所示。所做試樣的總抗剪強(qiáng)度的黏聚力均不小于有效抗剪強(qiáng)度黏聚力，有效抗剪強(qiáng)度的內(nèi)摩擦角均大于總抗剪強(qiáng)度的內(nèi)摩擦角。

表3 干密度與抗剪強(qiáng)度參數(shù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)

從圖4可看出，在相同含水率不同干密度條件下，黏聚力隨著干密度的增大先增大后減小，內(nèi)摩擦角隨著干密度的增大先減小后增大，且近似成曲線關(guān)系，分別存在某種干密度的花崗巖殘積土黏聚力或內(nèi)摩擦角最大，通過(guò)多項(xiàng)式擬合得到干密度和黏聚力、內(nèi)摩擦角關(guān)系，如表4所示。

表4 參數(shù)取值

圖4 干密度和黏聚力、內(nèi)摩擦角關(guān)系曲線

從表4可知，干密度和黏聚力、內(nèi)摩擦角關(guān)系的擬合方程的相關(guān)系數(shù)均為1，所有的點(diǎn)均在多項(xiàng)式曲線方程上，擬合程度良好，相關(guān)性顯著。

3 結(jié)語(yǔ)

1）主應(yīng)力差（σ1-σ3）與軸向應(yīng)變 ε1之間呈二次多項(xiàng)式關(guān)系。隨著圍壓增加，不同干密度花崗巖殘積土的應(yīng)力應(yīng)變曲線間距越來(lái)越小，數(shù)值越來(lái)接近。

2）在相同含水率不同干密度條件下，黏聚力隨著干密度的增大先增大后減??；內(nèi)摩擦角隨著干密度的增大先減小后增大。不同干密度花崗巖殘積土的干密度與黏聚力、內(nèi)摩擦角之間均呈二次多項(xiàng)式關(guān)系。