紅砂巖路堤填料崩解及強度特性試驗

周德軍

文章編號：1000033X（2016）12007504

收稿日期：20160604

基金項目：貴州省交通運輸廳科學研究與技術開發、推廣項目（2011122030）

摘要：為研究筑路用紅砂巖粗粒土崩解及強度特性，對紅砂巖粗粒土進行了崩解和不同初始密度下的三軸壓縮試驗。試驗結果表明，紅砂巖粗粒土的崩解量與時間呈對數關系，其顆粒分維數隨時間先迅速增大而后逐漸趨于穩定；隨相對密度增大，峰值抗剪強度逐漸增大，試樣逐漸由應變硬化轉為應變軟化；隨圍壓增大，試樣脆性指數減小。

關鍵詞：紅砂巖；崩解；相對密度；強度

中圖分類號：U416.12文獻標志碼：B

Experimental Study on Disintegration and Strength Characteristics of Red Sandstone for Embankment

ZHOU Dejun1，2

（1. School of Electronics and Control Engineering， Changan University， Xian 710064， Shaanxi， China；

2. Department of Road and Bridge Engineering， Guizhou Jiaotong College， Guiyang 550008， Guizhou， China）

Abstract： The triaxial compression test and disintegration test were performed to study the strength and disintegration properties of coarsegrained soil of red sandstone prepared to fill the embankment. The test results show the relationship between the amount of disintegration and time were logarithm. The fractal dimension of coarsegrained soil increases rapidly at the beginning， and then gradually becomes stable. The peak shear strength increases following the increase of relative density， while the samples turn from strain hardening into strain softening. The brittleness index of samples diminishes with the increasing of confining pressure.

Key words： red sandstone； disintegration； relative density； strength

0引言

紅砂巖于白堊紀至第三紀早期形成，在中國華東、華南及西南等地區分布廣泛[1]。其強度因礦物成分和膠結物質的差異變化很大，隨著基礎建設發展，紅砂巖構成的路堤、隧道及邊坡工程問題日益凸顯[2]。因此，對紅砂巖的物理力學性質進行研究具有重要意義。

采用紅砂巖粗粒土作為路用材料，主要有2個方面的原因，其一為紅砂巖粗粒土的水活性，紅砂巖粗粒土浸水崩解的特性是其區別于其他巖類的主要特征，也是紅砂巖粗粒土作為路用材料病害產生的根本原因；其二為經過紅砂巖粗粒土強度指標須滿足作為高速公路填筑材料的要求。因此，目前針對路用紅砂巖粗粒土的研究主要集中在其崩解和抗剪強度特性，趙明華[3]等從紅砂巖的化學成與結構特征入手，對紅砂巖崩解機理進行了研究，并基于此深入研究了紅砂巖作為路堤材料的填筑技術；劉曉明[4]等則通過對砂巖崩解過程中傳遞的不同能量類型進行定量計算，并基于能量耗散原理建立了紅砂巖崩解的能量耗散模型；余宏明[5]等通過對紅色泥巖風化含礫粘土的含水率、密度及粘粒含量與抗剪強度的關系進行研究，并基于試驗結果總結出了一些經驗公式；陳曉斌通過大型三軸試驗儀[6]、單軸流變試驗儀[7]和三軸流變儀[8]，研究了紅砂巖粗粒土的剪脹性和流變特性。

天然土體初始結構特性復雜，其結構性破壞通常直觀表現為土體物理參數的變化[9]。相對密度是一個反映土體結構的主要物理參數[10]，然而，目前研究相對密度對砂土強度特性影響的較多，而研究相對密度對紅砂巖粗粒土強度特性影響尚未見報導。為此，本文對紅砂巖粗粒土進行了不同初始相對密實度下的系列常規三軸試驗，分析了初始相對密度對其應力應變曲線以及抗剪強度參數的影響。

3結語

本文通過對筑路用紅砂巖粗粒土開展的崩解和三軸壓縮試驗，對紅砂巖粗粒土崩解粒度分維特性以及相對密度對其強度的影響進行了探討，主要結論如下。

（1）紅砂巖粗粒土崩解是一個時間過程，其崩解速率與時間呈明顯對數關系。前期隨浸水天數增加，其粒度分維值增大明顯；而崩解達到一定程度時，崩解趨于停止，分維值趨于穩定。

（2）隨相對密度增大，土樣逐漸由應變硬化轉為應變軟化，這是由于密實的紅砂巖粗粒土試樣易發生剪脹現象，需吸收能量完成顆粒間攀爬與翻越，強度增大，而隨顆粒重排列完成，強度減小，表現為應變軟化。

（3）隨紅砂巖粗粒土試樣相對密度增大，峰值內摩擦角逐漸增大，而相對密度為0.8和0.9的試樣殘余內摩擦角相差不大。

（4）隨圍壓增大，試樣的脆性指數逐漸降低，且相對密度為0.9的試樣脆性指數高于相對密度為0.8的試樣。

參考文獻：

[1]趙明華，劉曉明，蘇永華.含崩解軟巖紅層材料路用工程特性試驗研究[J].巖土工程學報，2005，27（6）：667671.

[2]吳道祥，劉宏杰，王國強.紅層軟巖崩解性室內試驗研究[J].巖石力學與工程學報，2010，29（S2）：41734179.

[3]趙明華，鄧覲宇，曹文貴.紅砂巖崩解特性及其路堤填筑技術研究[J].中國公路學報，2003，16（3）：15.

[4]劉曉明，熊力，劉建華，等.基于能量耗散 原理的紅砂巖崩解機制研究[J].中南大學學報，2011，42（10）：31433149.

[5]余宏明，胡艷欣，唐輝明.紅色泥巖風化含礫粘土的抗剪強度參數與物理性質相關性研究[J].地質科技情報，2002，21（4）：9395.

[6]陳曉斌.紅砂巖粗粒土剪脹效應大型三軸試驗研究[J].巖石力學與工程學報，2010，29（S1）：31453149.

[7]陳曉斌，張家生，封志鵬.紅砂巖粗粒土流變工程特性試驗研究[J].巖石力學與工程學報，2007，26（3）：601606.

[8]陳曉斌，張家生，安關峰.路用紅砂巖粗粒土的流變特性試驗研究[J].中南大學學報，2007，38（1）：154159.

[9]龔曉南，熊傳祥，項可祥，等.粘土結構性對其力學性質的影響及形成原因分析[J].水利學報，2002，33（10）：4347.

[10]徐日慶，王興陳，朱劍鋒，等.初始相對密實度對砂土強度特性影響的試驗[J].江蘇大學學報，2012，33（3）：345349.

[責任編輯：杜衛華]