宽级配坡残积砾石土压实及抗剪特性试验研究

李 忠 洪

(中国电建集团昆明勘测设计研究院有限公司,云南 昆明 650051)

宽级配坡残积砾石土压实及抗剪特性试验研究

李 忠 洪

(中国电建集团昆明勘测设计研究院有限公司,云南 昆明 650051)

结合某心墙堆石高坝所采用的坡残积砾石土心墙料，以大型击实试验和大型直剪试验为主要手段，揭示了随着大于5 mm的粗粒含量P5增加，砾石土的最大干密度增加，抗剪强度指标C值减小，φ值增大的规律，并通过回归分析得到了它们之间的关系，为该类坡残积砾石土的应用提供了参考依据。

宽级配砾石土，击实试验，直剪试验，P5含量分析

1 目的

土石坝是一种最古老的坝型，在科技飞速发展的今天，土石坝仍然是目前应用较广的一种坝型。坡残积砾石土是砾石土的一种成因类型，是坡积物和风化残积物的混合堆积物，一般分布于山坡地带，在粘粒含量满足防渗性能的同时，因具有一定的砾石含量提高了砾石土的抗剪力学性能，故在土石坝中广泛应用于心墙防渗体。粗粒含量P5对砾石土的击实和抗剪特性有着很大的影响。文章结合某水电站工程实际，随着坡残积砾石土中粗粒含量P5的不同，分别进行了6组大型击实试验和5组直剪试验，希望通过试验了解P5的增加，研究相应的砾石土压实特性和抗剪强度的变化规律。

2 击实试验

2.1 试验条件

大型击实试验配料、击实试验过程严格遵循SL 237-1999土工试验规程，试验采用的大型击实仪规格如表1所示。

表1 击实仪技术性能表

2.2 试样准备

6组大型击实试验，坡残积砾石土试样级配如表2所示。

表2 大型击实试验颗粒级配 %

2.3 试验结果

6组不同粗粒含量(P5=0%～50%)的大型击实试验成果见表3和图1。

表3 大型击实试验成果表

3 直剪试验

3.1 试验条件

坡残积砾石土直剪试验采用仪器为应力控制式大型直剪仪，试验前，仪器经精心调试、率定。

每组大型直剪试验四个试件，直剪试件的制样干密度如表2所示。每组直剪试验四个试件，施加的正应力σ分别为200 kPa,400 kPa,800 kPa,1 200 kPa。按照SL 237-1999土工试验规程，固结稳定后，起始水平剪切荷载按垂直荷载的7%施加，水平剪切荷载每20 s～30 s施加一级，并记录相应的水平百分表和垂直百分表的读数，当某级水平剪切荷载下的剪切位移超过前一级剪切位移的1.5倍时改为按5%施加剪切荷载，直至试验结束。

3.2 试样准备

坡残积砾石土直剪试验中的试验配料根据实际工程心墙填筑料的实测级配计算，并对超粒径(>60 mm)部分采用替代法处理，5组试样各级颗粒含量见表4。

表4 大型直剪试验砾石土试验级配

3.3 试验结果

图2是坡残积砾石土直剪试验典型曲线图，5组试验所得强度参数如表5所示。

4 成果分析

研究表明，随着P5含量的增加，砾石土的最大干密度增加，抗剪强度指标C值减小，内摩擦角φ值增大。通过分析认为，试验中P5≤50%时，随着粗粒含量增加，细粒减少，粗粒在砾石土中骨架作用越明显，此时细粒能完全填充粗粒形成的骨架间隙，这样击实最大干密度就会随着P5增大相应增大；直剪时，由于骨架作用的增强，直剪的内摩擦角φ值也相应增大了，而C值却由于细粒的相对减少而降低。采用大型击实试验和大型直剪试验，揭示出了坡残积砾石土的压实特性、强度指标与P5的关系。

表5 大型直剪试验成果表

4.1P5对最大干密度与最优含水率的影响

表3与图1所示的大型击实试验成果表明，P5对土的最大干密度和最优含水率都有影响，P5从0%提高到50%的过程中，获得的最大干密度从1.835 g/cm3逐步增大到2.053 g/cm3，最优含水率却从14.8%逐步降低到8.8%。将最大干密度和最优含水率随P5的变化表示在以P5为横坐标，以最大干密度和最优含水率为纵坐标的图上(见图3)，可见其关系和规律非常明显。

(1)

(2)

4.2P5对土强度指标的影响

从表5所示大型直剪试验结果不难看出，P5对土抗剪强度指标的影响是非常明显的。随着P5从19.12%逐渐提高到44.83%，砾石土的内摩擦角从21.8°逐步增大到29.3°，内聚力则从110.2 kPa逐渐降低到73.1 kPa。为揭示其定量关系，以P5为横坐标，内摩擦角和内聚力为纵坐标绘图，可得如图4所示关系曲线。

(3)

(4)

5 主要结论

通过某水电站堆石坝坡残积砾石土心墙土料击实试验和直剪试验，对试验成果分析，可以得出如下几点：1)坡残积砾石土具有良好的压实特性和强度特性，是一种很好的防渗心墙填筑料；2)通过对击实试验成果回归分析得到此土ρdmax，ωop与P5关系式，如式(1)和式(2)所示；3)通过对直剪试验成果回归分析得到此土C,φ与P5关系式，如式(3)和式(4)所示。回归分析得到的四个拟合公式在一定程度上反映了P5含量对击实和抗剪强度指标的影响，对这种坡残积砾石土的认识有一定的指导意义。

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Thetestresearchonwidegradinggravellysoilcompactionandshearresistancecharacteristics

LIZhong-hong

(KunmingSurveyDesignResearchInstituteCo.,Ltd,ChineseElectricPowerConstructionGroup,Kunming650051,China)

Combining with the used slope residual gravel soil core wall material of a core wall high rockfill dam, taking large-scale compaction test and large direct shear test as the main means, revealled with the increase of coarse grain contentP5than 5 mm, the maximum dry density increased of gravel soil, the shear resistance strength indexCvalue decreased, theφvalue increased, and through the regression analysis obtained the relationship between them, provided reference for the application of this kind of slope residual gravel soil.

wide grading gravelly soil, compaction test, direct shear test,P5content analysis

1009-6825(2014)33-0221-02

2014-09-14

李忠洪(1982- )，男，硕士，工程师

TU432

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