三峽庫(kù)區(qū)巴東組紅層泥巖崩解和強(qiáng)度弱化特性研究

鄔斌杰,徐光黎,,劉 維

(1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢) 工程學(xué)院,湖北 武漢 430074；2.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢) 地質(zhì)調(diào)查研究院,湖北 武漢 430074)

侏羅系巴東組紅層軟巖廣泛分布于三峽庫(kù)區(qū)，因其與水反應(yīng)后表現(xiàn)出較強(qiáng)的崩解和強(qiáng)度弱化特性而經(jīng)常以塊體的形式出露并被歸為致災(zāi)地層[1-3]。分布于紅層軟巖區(qū)的堆積層滑坡，如白水河滑坡、八字門(mén)滑坡等[4]，均受紅層軟巖塊體崩解和強(qiáng)度弱化的影響。紅層軟巖堆積塊體在連續(xù)性降雨、暴雨和庫(kù)水位升降條件下有不斷崩解、弱化的趨勢(shì)，導(dǎo)致紅層軟巖的強(qiáng)度存在不同程度的弱化，進(jìn)而造成滑坡穩(wěn)定性有不同程度的降低，這給附近居民和建筑物帶來(lái)了極大的安全隱患。因此，開(kāi)展三峽庫(kù)區(qū)侏羅系巴東組紅層軟巖堆積塊體崩解和強(qiáng)度弱化特性的研究，可為紅層軟巖區(qū)內(nèi)堆積層滑坡的穩(wěn)定性分析和防治工作提供一定的參考依據(jù)。

耐崩解試驗(yàn)和干濕循環(huán)試驗(yàn)是開(kāi)展軟巖塊體崩解特性研究的基本方法，一些學(xué)者為此開(kāi)展了大量的工作。如Franklin等[5]提出通過(guò)耐崩解試驗(yàn)來(lái)計(jì)算軟巖的耐崩解指數(shù)，進(jìn)而評(píng)價(jià)軟巖的易崩解程度，并據(jù)此將軟巖分為極易崩解、非常易崩解、易崩解、中等崩解、不易崩解和非常不易崩解六類(lèi)，該方法為軟巖工程性質(zhì)的快速分類(lèi)提供了一種便捷的途徑。此外，為了滿(mǎn)足不同工況的需求，Gautam等[6]和Fereidooni等[7]對(duì)比研究了軟巖塊體在室內(nèi)環(huán)境、酸性環(huán)境和天然氣候下的崩解特性。然而隨著研究的深入，越來(lái)越多的學(xué)者發(fā)現(xiàn)使用耐崩解指數(shù)來(lái)評(píng)價(jià)軟巖的崩解特性具有一定的局限性，即傳統(tǒng)的耐崩解指數(shù)由試樣經(jīng)歷耐崩解試驗(yàn)(兩次干濕循環(huán))后計(jì)算得到，并不能代表軟巖的長(zhǎng)期崩解特征，而通過(guò)干濕循環(huán)試驗(yàn)來(lái)評(píng)價(jià)軟巖的崩解特性更為可靠[8-9]。因此，一些學(xué)者嘗試通過(guò)干濕循環(huán)試驗(yàn)從能量、塊體形態(tài)、波速和分形等方面來(lái)進(jìn)一步量化軟巖的崩解特性。如Sharma等[10]研究了軟巖崩解過(guò)程中耗散能和P波波速的變化特征，并指出其可以很好地應(yīng)用于軟巖的崩解程度評(píng)價(jià)；Shen等[2]研究了崩解過(guò)程中軟巖塊體的形態(tài)和分形特征，發(fā)現(xiàn)軟巖的崩解過(guò)程與圓形度和分形維數(shù)有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系；劉曉明等[11]、潘藝等[12]和Kolay等[13]在軟巖崩解特性的量化評(píng)價(jià)方面也開(kāi)展了系統(tǒng)的研究，并取得了一些有意義的成果。另外，在對(duì)軟巖塊體的穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)不可避免地會(huì)涉及到巖石的強(qiáng)度參數(shù)，由于軟巖的強(qiáng)度參數(shù)一般較難測(cè)得，且力學(xué)試驗(yàn)耗時(shí)而昂貴，一些研究者嘗試通過(guò)耐崩解系數(shù)等特征參數(shù)來(lái)估算軟巖的力學(xué)參數(shù)。如Sharma等[14]直接通過(guò)耐崩解指數(shù)來(lái)估算軟巖的單軸抗壓強(qiáng)度；Khanlari等[15]和Hajdarwish等[16]基于耐崩解指數(shù)采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法來(lái)預(yù)測(cè)軟巖的抗剪強(qiáng)度參數(shù)；Ghasem等[17]采用模型樹(shù)方法來(lái)估算軟巖的楊氏模量和單軸抗壓強(qiáng)度。

盡管一些學(xué)者在軟巖的崩解特性和強(qiáng)度預(yù)測(cè)方面開(kāi)展了大量的研究，但這些研究很少能直接測(cè)試得到不規(guī)則軟巖塊體的強(qiáng)度參數(shù)，也未對(duì)軟巖塊體崩解過(guò)程中強(qiáng)度參數(shù)的弱化機(jī)理做相應(yīng)的分析。因此，本文以三峽庫(kù)區(qū)巴東組紅層泥巖塊體為研究對(duì)象，通過(guò)干濕循環(huán)試驗(yàn)、點(diǎn)荷載強(qiáng)度試驗(yàn)和顆粒直剪試驗(yàn)研究了干濕循環(huán)試驗(yàn)過(guò)程中紅層泥巖塊體點(diǎn)荷載強(qiáng)度、單軸抗壓及抗拉強(qiáng)度的變化特征，并進(jìn)一步分析了紅層泥巖塊體抗剪強(qiáng)度參數(shù)的弱化規(guī)律，以期為軟巖區(qū)內(nèi)堆積塊體的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)提供參考。

1 研究思路與方法

1. 1 研究的技術(shù)路線(xiàn)

三峽庫(kù)區(qū)巴東組紅層泥巖崩解和強(qiáng)度弱化特性研究的技術(shù)路線(xiàn)，見(jiàn)圖1。

圖1 三峽庫(kù)區(qū)巴東組紅層泥巖塊體的崩解和強(qiáng)度弱化 特性研究的技術(shù)路線(xiàn)Fig.1 Technological route of the study on the disinte- gration and strength weakening characteristics of red-bed mudstone in Badong Formation in the Three Gorges Reservoir Region

1. 2 研究方法

試樣為巴東組紅層泥巖，取自三峽庫(kù)區(qū)巴東縣城某邊坡(見(jiàn)圖2)，主要成分為綠泥石、伊利石、長(zhǎng)石，天然含水率為0.5%，天然密度為2.45 g/cm3。本研究通過(guò)干濕循環(huán)試驗(yàn)、點(diǎn)荷載試驗(yàn)和顆粒直剪試驗(yàn)研究了紅層泥巖塊體試樣的崩解和強(qiáng)度弱化特性。

圖2 研究區(qū)域和取樣位置Fig.2 Research region and sampling site of the study

1.2.1 干濕循環(huán)試驗(yàn)

干濕循環(huán)試驗(yàn)作為研究軟巖崩解特性的一種常用試驗(yàn)方法，已被列入巖石試驗(yàn)規(guī)范[18]中。將現(xiàn)場(chǎng)取得的紅層泥巖塊體密封保存，在室內(nèi)測(cè)得其基本物理參數(shù)后，并制備成符合試驗(yàn)規(guī)范[18]的試樣開(kāi)展干濕循環(huán)試驗(yàn)。干濕循環(huán)試驗(yàn)的主要步驟如下：

(1) 試樣的制備。用鋼鋸和鑿子打磨出30塊厚度約為65 mm±5 mm、長(zhǎng)度約為125～150 mm 的巖塊，切割除去試樣的雜質(zhì)部分；然后將試樣平分為6組，每一組包含5塊試樣(見(jiàn)圖3)；將6組試樣分別放置于6個(gè)金屬盤(pán)中，并于烘箱中(110 ℃)干燥24 h，自然冷卻。

(2) 試樣的浸泡。將6組試樣分別置于6個(gè)透明水缸中，并將純凈水沿水缸內(nèi)壁緩慢倒入至完全浸沒(méi)試樣；然后遮擋水缸口部并將水缸置于室內(nèi)，靜置12 h。

(3) 試樣的干燥。將浸泡后的6組試樣濾水取出，分別置于6個(gè)金屬盤(pán)中，并于烘箱中(70 ℃)干燥12 h，自然冷卻。

(4) 干濕循環(huán)試驗(yàn)后試樣的分組。上述步驟(2)和(3)為一次干濕循環(huán)，干濕循環(huán)示意圖見(jiàn)圖4。重復(fù)步驟(2)和(3)，直至6組試樣分別經(jīng)歷5次、10次、15次、20次、25次和30次干濕循環(huán)；然后，將6組試樣分別篩分，依據(jù)篩分結(jié)果將每一組試樣按粒徑≤50 mm和粒徑>50 mm分為2個(gè)亞組(見(jiàn)圖5)，以便進(jìn)行后期的顆粒直剪試驗(yàn)和點(diǎn)荷載強(qiáng)度試驗(yàn)。

圖4 試樣干濕循環(huán)示意圖Fig.4 Schematic diagram of the cyclic wet-dry test of the samples

圖5 試樣干濕循環(huán)試驗(yàn)后的分組Fig.5 Grouping of the samples after the cyclic wet-dry test

1.2.2 點(diǎn)荷載強(qiáng)度試驗(yàn)

圖6 點(diǎn)荷載強(qiáng)度試驗(yàn)儀器Fig.6 Apparatus for point loading strength test

點(diǎn)荷載強(qiáng)度試驗(yàn)是測(cè)試巖石點(diǎn)荷載強(qiáng)度指數(shù)、進(jìn)而估算巖石強(qiáng)度參數(shù)的一種常用試驗(yàn)方法，該方法具有便攜、操作簡(jiǎn)單和成本低等優(yōu)點(diǎn)，且在測(cè)定不規(guī)則巖石的強(qiáng)度參數(shù)方面尚未有其他可替代的方法。根據(jù)《公路工程巖石試驗(yàn)規(guī)程》(JTG E41—2005)[19]中有關(guān)巖石點(diǎn)荷載強(qiáng)度試驗(yàn)的要求，本文從干濕循環(huán)后6組粒徑>50 mm的試樣中的6個(gè)亞組試樣各挑選7塊巖塊，用以開(kāi)展點(diǎn)荷載強(qiáng)度試驗(yàn)(見(jiàn)圖6)。需要指出的是，為了驗(yàn)證由點(diǎn)荷載強(qiáng)度指數(shù)計(jì)算得到的巖石強(qiáng)度參數(shù)的可靠性，補(bǔ)充了1組0次干濕循環(huán)后的試樣用以開(kāi)展點(diǎn)荷載強(qiáng)度試驗(yàn)，由于該組試樣未經(jīng)崩解，其強(qiáng)度參數(shù)的計(jì)算結(jié)果可與實(shí)際力學(xué)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。點(diǎn)荷載強(qiáng)度試驗(yàn)流程見(jiàn)文獻(xiàn)[19]，試驗(yàn)過(guò)程中需記錄試樣的破壞荷載、加載點(diǎn)間距以及通過(guò)兩加載點(diǎn)最小截面的寬度。試樣的點(diǎn)荷載強(qiáng)度指數(shù)按下式計(jì)算：

(1)

式中:Is為試樣的點(diǎn)荷載強(qiáng)度指數(shù)(MPa);P為試樣的破壞荷載(N);De為試樣的等效直徑(mm)，其計(jì)算公式為

(2)

其中：b為試樣通過(guò)兩加載點(diǎn)最小截面的寬度(mm)；D為試樣加載點(diǎn)間距(mm)。

由于試樣較少，需對(duì)試樣的點(diǎn)荷載強(qiáng)度指數(shù)進(jìn)行修正，修正后的試樣點(diǎn)荷載強(qiáng)度指數(shù)可表示為

Is(50)=FIs

(3)

式中:Is(50)為修正后的試樣點(diǎn)荷載強(qiáng)度指數(shù)(MPa);F為試樣尺寸修正系數(shù)，其計(jì)算公式為

(4)

其中:m為修正系數(shù)，一般取值為0.45。

因巖石的點(diǎn)荷載強(qiáng)度指數(shù)與其單軸抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度有較強(qiáng)的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系，故巖石的點(diǎn)荷載強(qiáng)度指數(shù)一般也可用來(lái)計(jì)算不規(guī)則巖石的強(qiáng)度參數(shù)[20]。

《工程巖體分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 50218—2014)[21]中建議采用下式計(jì)算巖石的單軸抗壓強(qiáng)度：

Rc=22.82Is(50)

(5)

式中:Rc為巖石的單軸抗壓強(qiáng)度(MPa)。

文獻(xiàn)[20]建議采用下式計(jì)算巖石的抗拉強(qiáng)度：

Rt=1.25Is(50)

(6)

式中:Rt為巖石的抗拉強(qiáng)度(MPa)。

1.2.3 顆粒直剪試驗(yàn)

直剪試驗(yàn)是確定巖石抗剪強(qiáng)度參數(shù)的常用試驗(yàn)方法，但是，當(dāng)前有關(guān)巖石直剪試驗(yàn)的規(guī)范均是針對(duì)較大尺寸的規(guī)則試樣(如尺寸為150 mm×150 mm×150 mm的立方體試樣)，對(duì)于不規(guī)則巖塊甚至巖石顆粒尚未有明確的試驗(yàn)規(guī)范。一些學(xué)者在顆粒直剪試驗(yàn)方面開(kāi)展了嘗試性的工作，如Han等[22]、Winter等[23]和Louati等[24]開(kāi)展了不同形態(tài)、壓實(shí)度和含水率條件下顆粒抗剪強(qiáng)度的研究，但當(dāng)前有關(guān)軟巖崩解過(guò)程中顆粒抗剪強(qiáng)度參數(shù)演化過(guò)程的研究尚不充分。本文將干濕循環(huán)后6組粒徑≤50 mm的試樣中6個(gè)亞組試樣分別進(jìn)行篩分，篩分粒徑分別為20 mm、10 mm、5 mm、2.5 mm、1 mm、0.5 mm、0.25 mm和0.075 mm，然后將每一亞組中篩分后的各粒徑組平分為4份，進(jìn)而將每一亞組中各粒組中的一份均勻混合，得到每一亞組中用于開(kāi)展顆粒直剪試驗(yàn)的4組試樣。6個(gè)亞組試樣均進(jìn)行軸壓分別為0.2 MPa、0.4 MPa、0.8 MPa和1.2 MPa的直剪試驗(yàn)(見(jiàn)圖7)。若試樣不足以充滿(mǎn)剪切盒，則在剪切盒底端墊置適配的多尺寸鐵塊。試驗(yàn)過(guò)程中主要記錄試樣的剪切位移與剪切應(yīng)力值。

圖7 直剪試驗(yàn)儀器Fig.7 Apparatus for direct shear test

2 研究結(jié)果與分析

2. 1 干濕循環(huán)試驗(yàn)結(jié)果與分析

將6組試樣在分別經(jīng)歷5次、10次、15次、20次、25次和30次干濕循環(huán)后，結(jié)束干濕循環(huán)試驗(yàn)，并對(duì)各組試樣進(jìn)行篩分處理，其篩分處理結(jié)果見(jiàn)圖8。

圖8 不同干濕循環(huán)試驗(yàn)后試樣的顆粒級(jí)配曲線(xiàn)Fig.8 Curves of the grain gradation of samples after the cyclic wet-dry tests

由圖8可見(jiàn)，崩解過(guò)程中，試樣的級(jí)配逐漸變好而分選性逐漸變差；試樣崩解過(guò)程主要集中在前20次干濕循環(huán)，且崩解過(guò)程中粒徑大于50 mm的試樣仍然占據(jù)主要部分。

2. 2 點(diǎn)荷載強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果與分析

不同干濕循環(huán)試驗(yàn)后試樣的修正點(diǎn)荷載強(qiáng)度指數(shù)分布點(diǎn)圖，見(jiàn)圖9。

圖9 不同干濕循環(huán)試驗(yàn)后試樣的修正點(diǎn)荷載強(qiáng)度 指數(shù)分布點(diǎn)圖Fig.9 Point diagram of distribution of modified point loading strength index of samples after the cyclic wet-dry tests

由圖9可見(jiàn)，試樣的修正點(diǎn)荷載強(qiáng)度指數(shù)主要集中在0.25～4 MPa之間；按試驗(yàn)規(guī)范[19]剔除各組的最大值與最小值后，得到0次(驗(yàn)證組)、5次、10次、15次、20次、25次和30次干濕循環(huán)后試樣的修正點(diǎn)荷載強(qiáng)度指數(shù)平均值分別為2.89 MPa、2.69 MPa、1.99 MPa、1.84 MPa、1.69 MPa、0.93 MPa與0.68 MPa。

為了進(jìn)一步驗(yàn)證公式(5)應(yīng)用于本文試樣的可行性，計(jì)算了0次干濕循環(huán)后試樣的單軸抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度，其結(jié)果分別為65.95 MPa、3.61 MPa，該結(jié)果與文獻(xiàn)[25]中巴東組紅層軟巖單軸抗壓強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度的測(cè)試值63.34 MPa和3.47 MPa基本接近(相對(duì)誤差分別為4.12%、4.03%)，因此采用公式(5)計(jì)算本文紅層泥巖塊體的單軸抗壓強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度具有可行性。由公式(3)、(5)、(6)計(jì)算得到試樣的點(diǎn)荷載強(qiáng)度指數(shù)、單軸抗壓強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度值，并繪制其隨干濕循環(huán)次數(shù)變化的曲線(xiàn)，見(jiàn)圖10。

圖10 試樣的修正點(diǎn)荷載強(qiáng)度指數(shù)、單軸抗壓強(qiáng)度和 抗拉強(qiáng)度隨干濕循環(huán)次數(shù)的變化曲線(xiàn)Fig.10 Curves of the modified point loading strength index,unixial compressive strength and tensile strength of samples versus cycles

由圖10可見(jiàn)，試樣的修正點(diǎn)荷載強(qiáng)度指數(shù)、單軸抗壓強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度均隨干濕循環(huán)次數(shù)的增加呈下降趨勢(shì)，且表現(xiàn)出較高擬合度的負(fù)線(xiàn)性關(guān)系，其線(xiàn)性擬合關(guān)系式表示如下：

(7)

式中:n為干濕循環(huán)次數(shù)。

該線(xiàn)性擬合關(guān)系式可為試樣強(qiáng)度參數(shù)的估計(jì)提供參考。

2. 3 顆粒直剪試驗(yàn)結(jié)果與分析

由剪切試驗(yàn)過(guò)程中記錄的試樣剪切位移與剪切應(yīng)力值，得到5次、10次、15次、20次、25次和30次干濕循環(huán)后試樣的剪切應(yīng)力-位移曲線(xiàn)，見(jiàn)圖11。

由圖11可見(jiàn)，試樣的剪切應(yīng)力值在初始變形階段(1 mm剪切位移內(nèi))增長(zhǎng)較快，其后增長(zhǎng)緩慢并最終趨于穩(wěn)定；同一干濕循環(huán)條件下，試樣的剪切應(yīng)力值隨著軸向壓力的增大而逐漸增強(qiáng)；相同軸向壓力條件下，試樣的剪切應(yīng)力值隨著干濕循環(huán)次數(shù)的增加而逐漸降低；0.4～0.8 MPa軸向壓力條件下，試樣的剪切應(yīng)力值增長(zhǎng)更快；在前15次干濕循環(huán)條件下，試樣的整體剪切應(yīng)力值處于0.8～1.4 MPa之間，而在后15次干濕循環(huán)條件下，試樣的整體剪切應(yīng)力值降低，處于0.6～1.2 MPa之間，這與試樣在前15次干濕循環(huán)過(guò)程中崩解程度較高相對(duì)應(yīng)。

圖11 不同軸向壓力條件下5次、10次、15次、20次、25次和30次干濕循環(huán)后試樣的剪切應(yīng)力-位移曲線(xiàn)Fig.11 Curves of the shear stress versus shear displacement of samples under different axial pressure conditions after 5,10,15,20,25,30 cycles

此外，由圖11可見(jiàn)，盡管試樣的剪切應(yīng)力值隨剪切位移的變化曲線(xiàn)在宏觀上表現(xiàn)為先增長(zhǎng)后穩(wěn)定的變化規(guī)律，但實(shí)際上在達(dá)到峰值強(qiáng)度的過(guò)程中存在一段波動(dòng)的過(guò)程，這一過(guò)程中試樣會(huì)不分先后順序地出現(xiàn)輕微的剪切應(yīng)力增加、減小和平穩(wěn)三個(gè)階段(見(jiàn)圖12)。這一現(xiàn)象與試樣顆粒的剪切過(guò)程相關(guān)：在初始剪切階段，試樣的運(yùn)動(dòng)方式主要以壓密為主，其剪切應(yīng)力-位移曲線(xiàn)在這一階段表現(xiàn)出較快的增長(zhǎng)趨勢(shì)；在試樣的密實(shí)度達(dá)到一定程度后，剪切過(guò)程趨于平緩，剪切應(yīng)力值逐漸達(dá)到穩(wěn)定；此后，隨著剪切位移的持續(xù)增加，試樣的運(yùn)動(dòng)方式主要表現(xiàn)為顆粒間的壓裂或顆粒的旋轉(zhuǎn)，顆粒間的壓裂作用導(dǎo)致剪切應(yīng)力值局部降低而顆粒的旋轉(zhuǎn)效應(yīng)對(duì)剪切應(yīng)力的影響不明顯，由于此時(shí)試樣整體達(dá)到穩(wěn)定，剪切應(yīng)力的局部變化對(duì)試樣抗剪強(qiáng)度的影響較為輕微。

圖12 剪切過(guò)程中試樣的運(yùn)動(dòng)方式示意圖Fig.12 Schematic diagram of the movement models of samples in the shear process

為了進(jìn)一步分析崩解過(guò)程中試樣黏聚力和內(nèi)摩擦角的變化規(guī)律，使用摩爾-庫(kù)侖準(zhǔn)則擬合試樣抗剪強(qiáng)度與軸向壓力的線(xiàn)性關(guān)系，見(jiàn)圖13。

圖13 不同干濕循環(huán)條件下試樣抗剪強(qiáng)度隨軸向壓力的 變化曲線(xiàn)Fig.13 Curves of the shear strength of samples versus axial stress under different cyclic dry-wet tests

由圖13可見(jiàn)，不同干濕循環(huán)條件下試樣的抗剪強(qiáng)度與軸向壓力具有較好的線(xiàn)性關(guān)系，其線(xiàn)性擬合關(guān)系式可表示如下：

(8)

式中：τ1、τ2、τ3、τ4、τ5、τ6分別為5次、10次、15次、20次、25次和30次干濕循環(huán)后試樣的抗剪強(qiáng)度(MPa);σn為所施加的軸向壓力(MPa)。

試樣黏聚力和內(nèi)摩擦角(以正切值表示)隨干濕循環(huán)次數(shù)的變化曲線(xiàn)，見(jiàn)圖14。

圖14 試樣黏聚力和內(nèi)摩擦角(正切值)隨干濕循環(huán) 次數(shù)的變化曲線(xiàn)Fig.14 Curves of the cohesion and internal friction angle (tangent value) versus cycles

由圖14可見(jiàn)，試樣的摩擦角(以正切值表示)、黏聚力分別在0.37～0.43、0.66～0.81 MPa之間變化。試樣產(chǎn)生的黏聚力主要來(lái)自?xún)蓚€(gè)方面：①用于開(kāi)展顆粒直剪試驗(yàn)的試樣顆粒粒徑介于0～50 mm之間，直剪過(guò)程中有大粒徑顆粒被剪斷，使得試樣表現(xiàn)出部分黏聚力；②高黏土礦物含量的試樣顆粒受擠壓后容易聚集成塊，在直剪的過(guò)程中也表現(xiàn)出一定的黏聚力。試樣的內(nèi)摩擦角和黏聚力均隨干濕循環(huán)次數(shù)的增加而逐漸減小至穩(wěn)定，并主要表現(xiàn)出三個(gè)變化階段：試樣的黏聚力在前15次干濕循環(huán)中緩慢減小，在第15次至20次干濕循環(huán)中快速減小，之后趨于穩(wěn)定；試樣的內(nèi)摩擦角在前10次干濕循環(huán)中減小較慢，在第10次至20次循環(huán)中快速減小，之后趨于穩(wěn)定。此外，由圖14還可見(jiàn)，試樣的崩解程度在第20次干濕循環(huán)時(shí)已基本趨于穩(wěn)定，且試樣的摩擦角和黏聚力與干濕循環(huán)次數(shù)有較好的玻爾茲曼(Boltzmann)函數(shù)擬合關(guān)系，其擬合關(guān)系式可表示如下：

(9)

式中:c為試樣的黏聚力(MPa);tanφ為試樣的內(nèi)摩擦角正切值。

該函數(shù)關(guān)系式可為試樣抗剪強(qiáng)度參數(shù)的估計(jì)提供參考。

3 結(jié) 論

株羅系巴東組紅層軟巖廣泛分布于三峽庫(kù)區(qū)，區(qū)內(nèi)堆積層滑坡的穩(wěn)定性受該紅層泥巖堆積塊體崩解和強(qiáng)度弱化的影響而出現(xiàn)較大的不確定性。本文以三峽庫(kù)區(qū)某邊坡開(kāi)挖過(guò)程中出露的巴東組紅層泥巖塊體為研究對(duì)象，通過(guò)干濕循環(huán)試驗(yàn)、點(diǎn)荷載試驗(yàn)和顆粒直剪試驗(yàn)研究了紅層泥巖塊體試樣的崩解特性和強(qiáng)度弱化特性，并主要得到以下結(jié)論：

(1) 崩解過(guò)程中，試樣的級(jí)配逐漸變好而分選性逐漸變差；試樣崩解過(guò)程主要集中在前20次干濕循環(huán)，且崩解過(guò)程中粒徑大于50 mm的試樣仍然占據(jù)主要部分。

(2) 試樣的修正點(diǎn)荷載強(qiáng)度指數(shù)主要集中在0.25～4 MPa之間；采用本文公式(5)、(6)計(jì)算紅層泥巖塊體的單軸抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度，經(jīng)驗(yàn)證具有較好的可行性；試樣的點(diǎn)荷載強(qiáng)度指數(shù)、單軸抗壓強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度均隨干濕循環(huán)次數(shù)的增加呈下降趨勢(shì)，且表現(xiàn)出較高擬合度的負(fù)線(xiàn)性關(guān)系。

(3) 試樣的剪切應(yīng)力值在初始變形階段(1 mm剪切位移內(nèi))增長(zhǎng)較快，其后增長(zhǎng)緩慢并最終趨于穩(wěn)定；試樣的抗剪強(qiáng)度隨著軸向壓力的增大而逐漸增強(qiáng)，隨著干濕循環(huán)次數(shù)的增加而逐漸降低；在0.4～0.8 MPa的軸向壓力條件下，試樣的抗剪強(qiáng)度增長(zhǎng)更快；試樣的剪切過(guò)程可分為壓密、壓裂和旋轉(zhuǎn)三個(gè)階段；試樣的內(nèi)摩擦角和黏聚力均隨干濕循環(huán)次數(shù)的增加而逐漸減小并趨于穩(wěn)定，且表現(xiàn)出較好的玻爾茲曼函數(shù)擬合關(guān)系。