固–液相变含水率区间松散土石体中细粒组分抗剪特性试验

松散土石体在泥水作用下易引发地质灾害,其中细粒组分在高含水率下的抗剪性能骤然劣化是触发相变失稳的重要因素之一。基于环剪试验,对三峡库区某滑坡松散土石体试样设计试验方案,研究细组构由软塑~流塑发展的固-液相变全过程抗剪特性演化规律。结果表明:松散土石体试样为粗细组分二元特征较强的级配不良土体介质,其中,细粒组分在原状干密度条件下的饱和含水率为23.6%,液塑限分别为27.2和18.1,据此选定含水率23.6%~29.0%范围中的5个取值制定试验方案,可完整覆盖细粒组分的软塑~流塑相变;含水率为25.0%、26.0%和27.0%时,试样处软塑状态,在低法向压力下均可顺利开展环剪试验;其中,含水率25.0%试样恰进入软塑态,较含水率23.6%试样的峰值和残余内摩擦角分别降低23.5%和18.6%,峰值和残余黏聚力均降低超过80%。含水率为28.0%和29.0%时,试样已处于流塑状态,仅在无法向压力时可顺利开展环剪试验,且抗剪强度极低,其物理意义贴近于高黏稠泥浆的黏滞性;根据试样的黏聚力c在进入软塑状态时基本丧失,而内摩擦角φ表现为在软塑区间随含水率增加而逐步降低,进而触及液限骤然丧失的特性分析,c和φ劣化过程异步;经单元体受力模式和概化分析认为,相变前软塑状态试样静止侧压力系数K0的激增缓解了φ值的大幅骤降。

基于大型叠环剪切试验的松散土石体强度及变形特性试验研究

松散土石体广泛存在于自然界及实际工程中。以强风化板岩松散碎石料为研究对象,在对松散土石体制样方法成功尝试后,采用大型叠环式剪切试验机对不同相对密度(D_r)及不同干湿状态的松散土石体开展系统力学试验,得到以下主要结论:松散土石体颗粒组构间约束效应及机械咬合弱,其应力–应变曲线无显著峰值,大变形过程主要呈现为颗粒间的滑动摩擦与翻转;对于试验中所选取的3种D_r(0.30,0.35和0.40),干燥状态下松散土石体内摩擦角由D_r=0.30时的13.18°小幅升至D_r=0.40时的13.97°,黏聚力则由6.95 kPa略降至4.90 kPa,湿润和浸水状态下亦呈现此规律,表明相同干湿状态时该松散度区间内土石体强度基本保持稳定;干燥状态松散土石体剪应力峰值显著高于湿润及浸水状态,表现出显著的水敏感性;以D_r=0.40为例,经与常规三轴试验成果对比,凸显了采用叠环式剪切试验研究松散土石体工程特性的优势与适用性。研究初步揭示了松散状态土石体强度及变形特性,其显著的水敏感性可定量解释松散堆积体、松散滑坡等受水的影响而发生大变形或失稳的机制。