岩土力学 ›› 2020, Vol. 41 ›› Issue (12): 3919-3928.doi: 10.16285/j.rsm.2019.1824

• 基础理论与实验研究 • 上一篇    下一篇

含石量和颗粒破碎对土石混合料强度的影响研究

涂义亮1, 2, 3, 4，刘新荣5，任青阳1, 2，柴贺军3，王军保4，余佳玉1   

  1. 1. 重庆交通大学 省部共建山区桥梁及隧道工程国家重点实验室，重庆 400074；2. 重庆交通大学 土木工程学院，重庆 400074； 3. 招商局重庆交通科研设计院有限公司，重庆 400067；4. 西安建筑科技大学 陕西省岩土与地下空间工程重点实验室，陕西 西安 710055； 5. 重庆大学 土木工程学院，重庆 400045
  • 收稿日期:2019-10-23 修回日期:2020-08-10 出版日期:2020-12-11 发布日期:2021-01-15
  • 作者简介:涂义亮，男，1989年生，博士，副教授，硕士生导师，主要从事土力学和岩土工程方面的教学科研工作
  • 基金资助:
    国家自然科学基金（No.51808083）；中国博士后科学基金（No.2020M673110）；重庆市基础研究与前沿探索项目（No.cstc2018jcyjAX0491）；重庆市教委科学技术研究项目（No.KJQN201800713）；省部共建山区桥梁及隧道工程国家重点实验室开放基金（No.SKLBT-19-011）；陕西省岩土与地下空间工程重点实验室开放基金（No.YT201904）

Effects of rock contents and particle breakage on strength characteristics of soil-rock aggregate

TU Yi-liang1, 2, 3, 4, LIU Xin-rong5, REN Qing-yang1, 2, CHAI He-jun3, WANG Jun-bao4, YU Jia-yu1   

  1. 1. State Key Laboratory of Mountain Bridge and Tunnel Engineering, Chongqing Jiaotong University, Chongqing, 400074, China; 2. School of Civil Engineering, Chongqing Jiaotong University, Chongqing 400074, China; 3.China Merchants Chongqing Communications Research & Design Institute Co., Ltd., Chongqing 400067, China; 4. Shaanxi Key Laboratory of Geotechnical and Underground Space Engineering, Xi’an University of Architecture and Technology, Xi’an, Shaanxi 710055, China; 5. College of Civil Engineering, Chongqing University, Chongqing 400045, China
  • Received:2019-10-23 Revised:2020-08-10 Online:2020-12-11 Published:2021-01-15
  • Supported by:
    This work was supported by the National Natural Science Foundation of China(51808083), the China Postdoctoral Science Foundation(2020M673110), the Basic Research and Frontier Exploration Project of Chongqing, China(cstc2018jcyjAX0491), the Science and Technology Research Program of Chongqing Municipal Education Commission(KJQN201800713), the Opening Foundation of State Key Laboratory of Mountain Bridge and Tunnel Engineering(SKLBT-19-011) and the Opening Foundation of Shaanxi Key Laboratory of Geotechnical and Underground Space Engineering(YT201904).

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摘要： 采用室内大型直剪试验、颗粒标记观察试验和颗粒筛分试验分别从宏、细观角度对6种含石量的土石混合料在6种法向压力条件下的颗粒破碎特征和剪切强度特性展开研究，并建立宏观剪切强度特性与细观颗粒破碎特征之间的联系，从而更深入地揭示含石量和颗粒破碎对土石混合料剪切强度特性的影响机制。结果表明：（1）颗粒破碎主要发生在剪切面附近，破坏形态可分为表面研磨、局部破裂、完全破裂和完全破碎4种，是颗粒间不均匀的接触力作用产生应力集中的结果；（2）颗粒破碎造成细粒组含量升高、粗粒组含量降低和中间粒组含量波动变化；（3）颗粒相对破碎率Br随着法向压力?n或含石量P5的增大而增大，且符合一定的二元函数关系式；（4）随着法向压力?n的增大，抗剪强度τ呈非线性增长规律，满足修正的M-C强度准则；（5）当含石量P5增大时，土石混合料的黏聚力c0减小、内摩擦角?0增大、非线性参数Δ??增大；（6）颗粒破碎是造成土石混合料强度非线性特征的直接原因。

关键词: 土石混合料, 颗粒破碎, 含石量, 剪切强度特性, 直剪试验

Abstract: The characteristics of particle breakage and shear strength of soil-rock aggregate with six rock contents under six normal pressures were studied from macro and mecro perspectives by large-scale direct shear test, particle observation test and particle sieving test. The relationship between macroscopic shear strength properties and mecroscopic particle breakage characteristics was established, thus further revealing the influence mechanism of rock content and particle breakage on the shear strength characteristics of soil-rock aggregate. The results showed that particle breakage mainly occurred near the shear plane. The breakage morphology can be divided into surface grinding, local fracture, complete fracture and complete breakage, resulting from the stress concentration caused by uneven contact forces between particles. Due to particle breakage, the content of fine particles increased, coarse grains decreased, and intermediate grains fluctuated. The relative particle breakage Br increased with the increase of normal pressure ?n or rock content P5, which accorded with the function of two variables. With the increase of normal pressure ?n, the shear strength τ increased nonlinearly and met the modified M-C strength criterion. When the rock content P5 increased, the cohesive force c0 of soil-rock aggregate decreased, the internal friction angle ?0 of soil-rock aggregate increased, and the non-linear parameter Δ? increased. Particle breakage was the direct cause of non-linear strength characteristics of soil-rock aggregate.

Key words: soil-rock aggregate, particle breakage, rock content, shear strength characteristic, direct shear test

中图分类号: TU411.3
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