基于離散元法的土石混合體力學(xué)特性數(shù)值分析

摘要：【目的】探究斷層破碎帶內(nèi)部土石混合體力學(xué)特性對(duì)隧道開(kāi)挖穩(wěn)定性的影響。【方法】采用離散元軟件PFC 3D構(gòu)建黏性土石混合體精細(xì)化模型，結(jié)合大型三軸壓縮試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行細(xì)觀參數(shù)標(biāo)定，開(kāi)展系統(tǒng)性研究，分析不同因素對(duì)土石混合體的宏觀力學(xué)特性的影響。【結(jié)果】隨著含石量的增大，塊石與土體基質(zhì)逐步形成塊石-土體骨架結(jié)構(gòu)，抗剪強(qiáng)度快速增加；當(dāng)塊石傾角從0°增加到90°時(shí)，土石混合體抗剪強(qiáng)度呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢(shì)，在45°左右達(dá)到最低值；在高圍壓的作用下，不同傾角的塊石整體移動(dòng)和旋轉(zhuǎn)差異更加顯著，對(duì)試樣強(qiáng)度影響較大。【結(jié)論】無(wú)論土石混合體內(nèi)土體基質(zhì)是何種性質(zhì)，圍壓、含石量、塊石傾角對(duì)土石混合體力學(xué)特性影響均較為顯著，斷層破碎帶區(qū)域施工需結(jié)合上述因素進(jìn)行綜合分析，總結(jié)合理的超前支護(hù)方案。

關(guān)鍵詞：土石混合體；力學(xué)特性；離散元法；數(shù)值分析

中圖分類號(hào)：[U25]；TU411 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

本文引用格式：湯新，蔣亞龍，孫洋，等. 基于離散元法的土石混合體力學(xué)特性數(shù)值分析[J]. 華東交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2024，41（6）：1-10.

【研究意義】深埋長(zhǎng)隧道遭遇斷層破碎帶時(shí)，極易發(fā)生掌子面失穩(wěn)，突水涌泥，支護(hù)結(jié)構(gòu)破壞等一系列工程問(wèn)題[1-3]。斷層破碎帶在本質(zhì)上屬于Xu等[4-6]定義的土石混合體（soil-rock mixture，SRM），是一種非均質(zhì)多相材料，其力學(xué)性能往往決定了工程過(guò)程中斷層破碎帶的力學(xué)行為特征，對(duì)其進(jìn)行研究具有重要的工程意義。

【研究現(xiàn)狀】由于斷層破碎帶內(nèi)巖塊和基質(zhì)土存在顯著不同的鉆探阻力，難以取得完整的試樣。因此，國(guó)內(nèi)外學(xué)者主要通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)及數(shù)值模擬等手段對(duì)土石混合體力學(xué)特性影響因素開(kāi)展研究。

在室內(nèi)試驗(yàn)方面，Vallejo 等[7]開(kāi)展了大型室內(nèi)直剪試驗(yàn)，研究土石混合物的含石量和級(jí)配對(duì)試件抗剪強(qiáng)度、變形機(jī)制和剪切破壞特征的影響，發(fā)現(xiàn)土石混合物的抗剪強(qiáng)度與含石量關(guān)系密切。Xu等[8]對(duì)碎石進(jìn)行了大型直剪試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)塊石尺寸和比例控制著土石混合體的變形和斷裂機(jī)制。Tao 等[9]通過(guò)不同塊體含量的三軸壓縮試驗(yàn)驗(yàn)證了中尺度數(shù)值方法的有效性和合理性，結(jié)果表明，塊石可以提高土石混合體的強(qiáng)度。

盡管上述學(xué)者采用室內(nèi)試驗(yàn)的手段，在研究斷層破碎帶土石混合體力學(xué)性能影響因素方面取得了一定的成果。但斷層破碎帶內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，室內(nèi)試驗(yàn)得出的結(jié)論往往只適用于個(gè)別特定工況，且可研究的影響因素有限。數(shù)值試驗(yàn)成為一種新興的試驗(yàn)手段深受國(guó)內(nèi)外研究者的青睞[10-12]，其為進(jìn)一步研究土石混合體的細(xì)觀力學(xué)行為和變形破壞機(jī)制提供了有力手段。赫建明等[13]建立了土石混合體的二維顆粒流隨機(jī)結(jié)構(gòu)模型，分析了結(jié)構(gòu)效應(yīng)對(duì)土石混合體變形破壞的影響。徐文杰等[14]基于石混合體隨機(jī)細(xì)觀結(jié)構(gòu)模型生成技術(shù)開(kāi)發(fā)了分析軟件R-SRM-2D。張佩等[15]采用有限差分軟件FLAC，將土石混合體視為由塊石和土體基質(zhì)組成的兩相復(fù)合材料，采用橢圓形描述塊石，建立土石混合體細(xì)觀分析模型，分析塊石長(zhǎng)軸傾角對(duì)主應(yīng)力差值、內(nèi)摩擦角、黏聚力的變化規(guī)律，并提出了塊石長(zhǎng)軸傾角描述主應(yīng)力差值、內(nèi)摩擦角、黏聚力發(fā)展關(guān)系的公式。Napoli 等[16- 17]采用二維有限元（finite elementmethod，F(xiàn)EM）分析方法，對(duì)土石混合體塊石含量、塊石傾角等因素對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響進(jìn)行了廣泛的統(tǒng)計(jì)研究。

總的來(lái)說(shuō)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)采用室內(nèi)試驗(yàn)及數(shù)值模擬的手段研究了含石量、塊石傾角、塊石尺寸等因素對(duì)土石混合體力學(xué)性能的影響，但仍存在以下問(wèn)題：

1）斷層破碎帶內(nèi)部塊石尺寸較大，粒徑約為25～270 mm[18]，采用常規(guī)三軸壓縮試驗(yàn)必然會(huì)出現(xiàn)由于尺寸效應(yīng)帶來(lái)的誤差，需要開(kāi)展更大尺度的三軸壓縮試驗(yàn)；

2）土石混合體試樣制備過(guò)程中，塊石傾角難以精準(zhǔn)控制，試驗(yàn)準(zhǔn)確性不足，需要開(kāi)展不同塊石傾角的數(shù)值分析進(jìn)行補(bǔ)充；

3）目前研究尚未將砂性與黏性土石混合體進(jìn)行對(duì)比分析，兩者宏觀力學(xué)特性具有一定差異，有必要針對(duì)其力學(xué)特性進(jìn)行對(duì)比分析。

【創(chuàng)新特色】綜上，本研究的特色在于采用離散元軟件PFC 3D構(gòu)建土石混合體精細(xì)化數(shù)值模型，基于大型三軸壓縮試驗(yàn)結(jié)果標(biāo)定模型細(xì)觀參數(shù)并與已有學(xué)者研究[19]的砂性?shī)A泥巖體宏觀力學(xué)特性進(jìn)行對(duì)比。【關(guān)鍵問(wèn)題】研究不同塊石含量、不同傾角等因素對(duì)黏性?shī)A泥巖體力學(xué)性能的影響，總結(jié)土石混合體宏觀力學(xué)性能的影響因素及變化規(guī)律。

1 大型三軸壓縮試驗(yàn)

以膨潤(rùn)土及水泥為骨料，配以拌和水，制備高強(qiáng)度漿體作為基質(zhì)，與塊石混合制備黏性土石混合體，開(kāi)展尺寸為500 mm×1 000 mm（直徑×高度）的大型三軸壓縮試驗(yàn)。研究圍壓、含石量（PBV，塊石體積分?jǐn)?shù)）、塊石傾角對(duì)土石混合體力學(xué)性質(zhì)的影響，同時(shí)將試驗(yàn)得到的偏應(yīng)力-軸向應(yīng)變曲線為參考依據(jù)，對(duì)后續(xù)模型的細(xì)觀參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定。

圖1 為塊石傾角為30°時(shí)，不同圍壓條件下各含石量的偏應(yīng)力-軸向應(yīng)變曲線。由圖1 可以看出，所有曲線均呈現(xiàn)出應(yīng)變硬化特征。隨圍壓增加，各含石量試樣的主應(yīng)力差值均有所提升，其中含石量為0.6 的試樣增加最為明顯，這可能是因?yàn)槠鋬?nèi)部塊石含量較多，在高圍壓條件下的塊石咬合碰撞現(xiàn)象更加劇烈[20]，主應(yīng)力差值也隨之增加。當(dāng)含石量從0.2 增加至0.4 時(shí)，主應(yīng)力差值增量較少，而當(dāng)含石量增加至0.6 時(shí)，主應(yīng)力差值大幅提升，這符合部分學(xué)者[21-22]提出的S 形強(qiáng)度曲線的結(jié)論。出現(xiàn)這種情況的原因可能是PBV達(dá)到0.4 后，其與土體基質(zhì)逐步形成塊石-土體骨架結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)相對(duì)土體基質(zhì)來(lái)說(shuō)，抵抗荷載的能力更強(qiáng)。

2 離散元數(shù)值模型構(gòu)建

2.1 PFC 3D土體顆粒及塊體填充

試驗(yàn)用基質(zhì)的粒徑設(shè)置為0.1～5 mm。在PFC3D軟件模型中，選擇球體（Ball）來(lái)模擬基質(zhì)黏土顆粒，剛性塊（Rblock）則代表塊體。

對(duì)于黏土顆粒，PFC 3D主要通過(guò)調(diào)節(jié)孔隙率來(lái)控制顆粒數(shù)目。相對(duì)密實(shí)度Dr，孔隙比e 以及孔隙率n之間的關(guān)系如

式中：e 為基質(zhì)孔隙比，emax為基質(zhì)最大孔隙比；emin為基質(zhì)最小孔隙比；Dr為基質(zhì)相對(duì)密實(shí)度；n 為基質(zhì)孔隙率。本試驗(yàn)取Dr=0.3，n=0.43，均為無(wú)量綱。

針對(duì)塊石而言，本研究設(shè)計(jì)一個(gè)長(zhǎng)寬高比為2∶1∶1 的Rblock長(zhǎng)方體塊體模板，如圖2。通過(guò)類似顆粒生成技術(shù)，可以控制Rblock的長(zhǎng)軸為8 mm。塊石孔隙率nclump 與含石量w之間存在以下關(guān)系

nclump =1-w （3）

2.2 柔性顆粒膜伺服

在PFC 3D 模型中，有兩種伺服方式：剛性伺服和柔性顆粒膜伺服。在顆粒流模擬研究中，通常使用剛性墻體施加圍壓，這種建模方式相對(duì)簡(jiǎn)單，但會(huì)限制試樣的橫向變形。為盡可能真實(shí)地模擬實(shí)際情況，參照室內(nèi)三軸試驗(yàn)中使用乳膠模擬物施加圍壓的方法，選用柔性顆粒膜伺服方法（圖3）。

2.3 施加恒定圍壓及加載

為了確保試樣受到穩(wěn)定的側(cè)向壓力，必須通過(guò)PFC 3D軟件模型的伺服控制系統(tǒng)精確調(diào)控墻體移動(dòng)的速度，以達(dá)到預(yù)定側(cè)向壓力。

當(dāng)圍壓達(dá)到預(yù)定值后，通過(guò)控制上下加載板速度，實(shí)現(xiàn)軸向加載。具體流程如下：① 創(chuàng)建剛性墻體；② 生成分層顆粒樣本并進(jìn)行壓縮；③ 使用預(yù)壓達(dá)到設(shè)定值；④ 移除剛性墻，生成柔性膜，⑤ 軸向加載。黏性土石混合體三軸數(shù)值模型如圖4 所示。

2.4 加載速率確定

PFC 3D數(shù)值模型中的顆粒較小，過(guò)快的加載速率可能會(huì)增加模型的慣性效應(yīng)，從而影響模型的準(zhǔn)靜態(tài)平衡；反之，過(guò)慢的加載速率可能會(huì)導(dǎo)致計(jì)算時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。在數(shù)值試驗(yàn)中，需確保試樣在加載過(guò)程中處于準(zhǔn)靜態(tài)狀態(tài)，進(jìn)而忽略加載速率帶來(lái)的影響。為了提高計(jì)算效率，數(shù)值試驗(yàn)的加載速率通常大于室內(nèi)試驗(yàn)的加載速率。在本研究中，本文選擇了5 種不同的加載速率，即0.25，0.20，0.15，0.10，0.05 m/s。在保持其他參數(shù)一致的情況下，進(jìn)行的三軸試驗(yàn)?zāi)M結(jié)果如圖5 所示。結(jié)果表明，當(dāng)加載速率大于等于0.20 m/s 時(shí)，試樣的抗剪強(qiáng)度顯著增加。而在加載速率為0.15，0.10，0.05 m/s 時(shí)，模型計(jì)算結(jié)果的差異相對(duì)較小。為平衡模型計(jì)算精度和計(jì)算時(shí)間，本模型選擇0.15 m/s 的加載速率進(jìn)行模擬。

2.5 黏性土石混合體數(shù)值模型建立

構(gòu)建PBV=0.4，塊石傾角為30°的黏性土石混合體三軸數(shù)值模型，考慮顆粒流模型的宏觀和微觀參數(shù)影響規(guī)律，基于大型三軸壓縮試驗(yàn)結(jié)果標(biāo)定模型細(xì)觀參數(shù)，如表1 所示。標(biāo)定完成后，將模型計(jì)算結(jié)果與室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，設(shè)置15%為軸向應(yīng)變終止值，得到一系列數(shù)值模擬結(jié)果，如圖6 所示。由圖6 可知數(shù)值試驗(yàn)得到的試樣偏應(yīng)力-軸向應(yīng)變曲線與室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果吻合，試樣破壞形態(tài)與室內(nèi)試驗(yàn)也基本一致。

3 塊石含量差異下試樣力學(xué)指標(biāo)的變化特征

3.1 不同含石量應(yīng)力應(yīng)變影響

構(gòu)建塊石傾角0°的黏土石混合體試樣。圍壓控制為400 kPa，開(kāi)展大型三軸數(shù)值仿真，記錄仿真數(shù)據(jù)，繪制不同含石量條件下偏應(yīng)力-軸向應(yīng)變曲線圖（圖7），與已有學(xué)者[21]對(duì)應(yīng)條件下針對(duì)砂性土石混合體的研究結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析。

分析偏應(yīng)力-軸向應(yīng)變曲線可知，含石量對(duì)土石混合體的剪切特性有較大影響。具體表現(xiàn)為：當(dāng)含石量不大于0.2 時(shí)，曲線近乎重合。土石混合體力學(xué)特性由基質(zhì)主導(dǎo)，當(dāng)含石量大于0.2 時(shí)，偏應(yīng)力峰值強(qiáng)度隨含石量的比例增大而增大。隨著試樣含石量的增加，曲線初始斜率也逐漸增大，這表明試樣的變形模量逐步增加，并且相應(yīng)地可以達(dá)到更大的偏應(yīng)力峰值。

對(duì)比相同條件下的砂性土石混合體模擬，相較于黏性基質(zhì)，砂性基質(zhì)的土石混合體試樣產(chǎn)生的峰值應(yīng)力遠(yuǎn)大于黏性基質(zhì)下的土石混合體產(chǎn)生的峰值應(yīng)力，將會(huì)導(dǎo)致更為不利的影響。在黏性基質(zhì)試樣中，一旦達(dá)到峰值強(qiáng)度，就會(huì)出現(xiàn)應(yīng)變硬化現(xiàn)象，而砂性土石混合體加載曲線則會(huì)呈現(xiàn)應(yīng)變軟化。這表明黏性基質(zhì)試樣的彈性模量較小，在受力增加時(shí)雖然彈性模量也會(huì)增大，但始終小于砂性基質(zhì)試樣，黏性基質(zhì)的峰值應(yīng)力反而更低。當(dāng)含石量為0.7 及以上時(shí)，在局部曲線上出現(xiàn)了明顯應(yīng)力跳躍的現(xiàn)象，經(jīng)過(guò)分析發(fā)現(xiàn)，這是因?yàn)楹枯^高，導(dǎo)致內(nèi)部空隙較大。在壓實(shí)過(guò)程中，塊石與塊石之間突然卸載，從而引起結(jié)構(gòu)重組。

3.2 不同含石量接觸力鏈影響

圖8 展示了圍壓為400 kPa，塊石傾角為0°時(shí)，各含石量下試驗(yàn)接觸力玫瑰圖。從圖8 可以看出，隨著含石量的增加，黏性土石混合體的微觀結(jié)構(gòu)特征發(fā)生了顯著變化，其力學(xué)性質(zhì)也發(fā)生了明顯改變。

1）當(dāng)試樣的PBV小于0.2 時(shí)，其性質(zhì)近似等同土體基質(zhì)，各傾向力鏈均勻分布。

2）針對(duì)PBV在0.2～0.6 之間的黏性土石混合體試樣，各傾向力鏈逐步由均勻轉(zhuǎn)變?yōu)檩S向力變大，符合基礎(chǔ)由土體基質(zhì)承擔(dān)荷載轉(zhuǎn)變?yōu)閴K石土體共同承擔(dān)外部荷載的情況。

3）當(dāng)PBV增大至0.7 或更高水平時(shí)，黏性土石混合體試樣中承擔(dān)荷載的主要是塊石。此時(shí)，塊石相互接觸形成骨架-空隙結(jié)構(gòu)，塊石間的空隙變大，而空隙則由土體基質(zhì)填充。由于試樣內(nèi)絕大部分為塊石，可以將塊石視為基質(zhì)，因而接觸力鏈出現(xiàn)類似純土體基質(zhì)力鏈的現(xiàn)象，呈現(xiàn)均勻分布。

4）隨含石量不斷增加，接觸力鏈逐步由均勻分布，變?yōu)檩S向分布為主，再呈現(xiàn)均勻分布，極好地展現(xiàn)了土石混合體承載荷載主要載體的轉(zhuǎn)變。

4 塊石傾角差異下試樣力學(xué)指標(biāo)的變化特征

4.1 不同塊石傾角應(yīng)力應(yīng)變影響

設(shè)置PBV=0.4，構(gòu)建不同塊石傾角α的黏性土石混合體試樣。圍壓控制為400 kPa，開(kāi)展大型三軸數(shù)值仿真，如圖9所示。

繪制相應(yīng)的偏應(yīng)力-軸向應(yīng)變曲線（圖10），與前人研究[21]中對(duì)應(yīng)圍壓下的砂性土石混合體進(jìn)行對(duì)比分析。

分析各偏應(yīng)力-軸向應(yīng)變曲線，可以發(fā)現(xiàn)，在加載條件一致的情況下，塊石傾角對(duì)土石混合體的剪切特性有著較大影響。在中等含石量（PBV=0.4）時(shí)，隨著塊石傾角從0°逐漸增加至90°，主應(yīng)力差先減后增，展示了抗剪強(qiáng)度先下降后上升的趨勢(shì)。當(dāng)塊石長(zhǎng)軸與最大主應(yīng)力面（即水平面）平行或正交時(shí)，抗剪強(qiáng)度較高；而當(dāng)與主應(yīng)力軸夾角在45°到60°之間時(shí)，抗剪強(qiáng)度相對(duì)較低，在45°時(shí)抗剪強(qiáng)度達(dá)到最低值。依據(jù)已有學(xué)者研究成果[17]可知，試樣往往會(huì)沿著基質(zhì)剪切破壞角αs=45°+φs/2 的方向破壞（φs為基質(zhì)內(nèi)摩擦角），當(dāng)塊石的傾角趨近αs，破裂面貫穿時(shí)遇到的塊石阻礙越少。峰值應(yīng)力及彈性模量隨圍壓增大，并且峰值應(yīng)力對(duì)應(yīng)的軸向應(yīng)變也會(huì)增加。對(duì)比黏性土石和砂性土石混合體，砂性土石混合體在最低抗剪強(qiáng)度時(shí)的塊石傾角較大，峰值應(yīng)力也遠(yuǎn)大于黏性土石混合體。

圖11 為PBV=0.4，圍壓400 kPa 下0°～90°塊石傾角下黏性土石混合體的位移云圖。土石混合體在不同塊石傾角下其剪切路徑及變形破壞形式是不一致的。當(dāng)含石量處于中含石量（PBV 為0.3～0.7）時(shí)，塊石和土體之間相互作用會(huì)產(chǎn)生一種類似圖12中的結(jié)構(gòu)效應(yīng)。當(dāng)外部加載作用于塊石骨架時(shí)，結(jié)構(gòu)性土體會(huì)首先達(dá)到土體基質(zhì)的抗剪強(qiáng)度，從而引發(fā)剪切破壞。在多個(gè)位置發(fā)生剪切破裂，并在角度αs的方向延伸。當(dāng)破裂面擴(kuò)展時(shí)遇到塊石時(shí)，剪切路徑被阻礙，開(kāi)始沿塊石和土體基質(zhì)的交界面發(fā)展，最終穿越非結(jié)構(gòu)性土體。因此，當(dāng)塊石傾角接近于αs時(shí)，塊石轉(zhuǎn)動(dòng)情況并不明顯，當(dāng)塊石傾角與αs相差較大（如0°和90°），塊石則會(huì)出現(xiàn)較為明顯的轉(zhuǎn)動(dòng)。

4.2 主應(yīng)力峰值強(qiáng)度

通過(guò)數(shù)值模擬探究塊石傾角對(duì)土石混合體主應(yīng)力差峰值的影響，繪制不同塊石傾角下土石混合體主應(yīng)力差峰值曲線，如圖13 所示。由圖13 可知，在400 kPa 的較低圍壓環(huán)境中，塊石傾角對(duì)黏性土石混合體的主應(yīng)力差影響程度較低，但仍可以看出，當(dāng)塊石傾角為45°時(shí)，主應(yīng)力差峰值最低。而隨圍壓增加至1 600 kPa，塊石傾角對(duì)主應(yīng)力差的影響程度逐漸凸顯。根據(jù)觀察結(jié)果，推測(cè)在低圍壓環(huán)境下，圍壓對(duì)三軸試樣的側(cè)向限制作用不顯著。塊石在基質(zhì)土中的移動(dòng)與旋轉(zhuǎn)程度相對(duì)一致，導(dǎo)致塊石傾角對(duì)主應(yīng)力差峰值強(qiáng)度影響較小。在高圍壓條件下，圍壓增加會(huì)加強(qiáng)對(duì)試驗(yàn)樣本的側(cè)向限制，更嚴(yán)格控制基質(zhì)土內(nèi)塊石的形態(tài)變化。不同傾角的塊石在土體中的移動(dòng)難度存在差異，在側(cè)限壓力的作用下，塊石的整體移動(dòng)和旋轉(zhuǎn)差異更加顯著，塊石傾角在高圍壓環(huán)境下對(duì)試樣承受的主應(yīng)力差峰值強(qiáng)度影響較大。

隨著塊石傾角的增大，不論何種基質(zhì)材料性質(zhì)，其主應(yīng)力差峰值皆先減后增，塊石傾角趨近于45°時(shí)主應(yīng)力差峰值最小。在相同的塊石傾角下，砂性土石混合體的最大主應(yīng)力差明顯高于黏性土石混合體，且砂性土石混合體也更易受塊石角度的影響。

4.3 彈性模量

由圖14 可知，對(duì)于黏性土石混合體，初始彈性模量隨塊石傾角的變化趨勢(shì)與主應(yīng)力差基本相似。隨著塊石傾角增大，初始彈性模量呈現(xiàn)出先減后增的趨勢(shì)，在45°時(shí)達(dá)到最小值。比較不同基質(zhì)土石混合體可以看出，砂性基質(zhì)的初始彈性模量大于黏性基質(zhì)。

5 結(jié)論

本文使用PFC 3D建立三軸試驗(yàn)?zāi)Ｐ停ㄟ^(guò)室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果，標(biāo)定得到黏性土石混合體的模型細(xì)觀參數(shù)。根據(jù)模擬結(jié)果，分析了含石量、塊石傾角等因素對(duì)黏性土石混合體剪切特性的影響，得到以下結(jié)論。

1）當(dāng)含石量從0.2 增加至0.4 時(shí)，主應(yīng)力差值增速緩慢，而當(dāng)含石量增加至0.6 時(shí)，主應(yīng)力差值大幅提升，符合S 形強(qiáng)度曲線的結(jié)論。隨著含石量的增大，塊石與土體基質(zhì)逐步形成塊石-土體骨架結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)相對(duì)土體基質(zhì)來(lái)說(shuō)，其抵抗荷載的能力更強(qiáng)，宏觀上反映為抗剪強(qiáng)度的快速增加。

2）無(wú)論土石混合體內(nèi)土體基質(zhì)是何種性質(zhì)，塊石傾角都會(huì)顯著影響其力學(xué)特性。當(dāng)塊石傾角介于0°到90°之間時(shí)，黏性土石混合體和砂性土石混合體的抗剪強(qiáng)度呈現(xiàn)先減后增的趨勢(shì)，在45°左右達(dá)到最低值。

3）塊石傾角在高圍壓環(huán)境下對(duì)試樣承受的主應(yīng)力差峰值強(qiáng)度影響較大。在高圍壓條件下，圍壓的增加會(huì)加強(qiáng)對(duì)試樣的側(cè)向限制，更嚴(yán)格控制基質(zhì)土體內(nèi)塊石的旋轉(zhuǎn)和移動(dòng)，不同傾角的塊石在土體中的移動(dòng)難度存在差異。

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第一作者：湯新（2000—），男，博士研究生，研究方向?yàn)樗淼拦こ獭-mail：1374766680@qq.com。

通信作者：蔣亞龍（1991—），男，教授，博士，博士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)樗淼拦こ獭-mail：yalongjiang@whu.edu.cn。

（責(zé)任編輯：姜紅貴）

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（41972291，52468023）；國(guó)鐵集團(tuán)研發(fā)計(jì)劃重點(diǎn)課題（N2023G040）；江西省自然科學(xué)基金項(xiàng)目（20224BAB204064）；江西省交通運(yùn)輸廳科技項(xiàng)目（2022Z0001，2022Z0002）；江西省教育廳科學(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目（GJJ2200607）