土石混合体研究现状及发展趋势

徐文杰，张海洋

(清华大学水沙科学与水利水电工程国家重点实验室，北京 100084)

土石混合体研究现状及发展趋势

徐文杰，张海洋

(清华大学水沙科学与水利水电工程国家重点实验室，北京 100084)

在总结国内外有关土石混合体方面的研究资料的基础上，分别从土石混合体的细观结构特征、抗剪强度特征、宏观弹性参数特征、渗透性特征、细观结构与强度关系及细观力学数值试验等6个方面，对土石混合体研究成果进行了综述。在此基础上，对目前有关土石混合体物理力学性质研究方面存在的不足进行了总结，分析了其未来的发展趋势，指出综合利用地质学、几何学、计算科学、图像处理技术、形态学等多学科交叉技术对土石混合体的细观结构进行三维重建和随机生成;开发适用于复杂岩土介质的数值结构模型和新型实验设备，从细观结构层面深入研究土石混合体宏观变形与破坏机制并建立其结构化本构模型是未来发展的方向。

土石混合体;岩土力学;抗剪强度;细观结构;综述

我国是一个地质条件极为复杂的国家，地质灾害在我国的发育不但数量多，而且种类全，崩塌、滑坡、泥石流等浅表生地质灾害异常突出，由此产生的由滑坡堆积、崩塌堆积、残积层、冰碛堆积、坡积层等组成的松散斜坡在我国广泛分布。与一般的土体不同，构成这类地质体的主要物质为土与块石的混合物，其中块石的粒径较大，从几厘米到数米不等，有的甚至超过数十米。由于构成这类岩土介质的“块石”及“土”物理力学性质相差悬殊，使得其细观及宏观力学性质、变形破坏特征较一般的土体或岩体(石)有很大的差异(图1)，为区别于其他一般岩土体，Medley 等［1］将其命名为 Bimsoil(block in matrix soil)，在国内油新华等［2］将其称之为“土石混合体”(soil-rock mixtures，S-RM)。

图1 土石混合体组成示意图

土石混合体不但作为一种常见的地质体存在于自然界中，而且由于其具有独特的物理力学性质而被作为一种岩土工程材料广泛应用于多种工程建设中。构成土石混合体的“块石”和“土”在粒径及物质组分上存在明显的差别，且两者在力学性质上呈现“极强”(块石)和“极弱”(土体)两个极端的差异性。这种差异性使土石混合体在物理力学性质上呈现极端的不均质性和极端的非线性特征，其宏观物理力学性质及变形破坏特征不但取决于细粒相(“土”)的物理力学性质，而且在很大程度上还取决于“块石”的含量及其空间分布、形态、粒度组成等细观结构特征。因此，总体上来讲，土石混合体是指第四纪以来形成的，由具有一定工程尺度、强度较高的块石、细粒土体及孔隙构成且具有一定含石量的极端不均匀(inhomogeneous)松散岩土介质系统［3］。

土石混合体是随着各类大规模岩土工程建设及岩土力学的发展而逐渐提出来的，它是当代岩土力学纵深发展的必然。同时由于其物理力学性质的特殊性和复杂性，基于连续介质力学理论的传统岩土力学理论体系难以描述土石混合体的力学行为特性，传统的岩土试验测试方法也面临着挑战。

为了探讨这种复杂岩土介质的物理力学特性，以更好服务于各类工程建设，国内外众多学者逐渐开展了一系列相关研究工作。本文在总结国内外大量相关文献的基础上，对目前土石混合体研究的现状及存在的不足之处进行了分析，对未来的发展趋势进行了探讨。

1 土石混合体细观结构特征研究

国内外众多学者从不同的角度对土石混合体内部块石的分布进行了研究，近年来Medley［4-6］基于体视学方法提出了一种利用钻孔岩芯所揭露块石的弦长来估计其内部含石量的方法，并分析了该法获取的含石量值与实际值之间的误差，认为其误差取决于块石形状、含石量、块石排列方向及研究尺度大小等因素，当块石形状近似球形时通过二维断面图像获取的含石量与其实际含石量近似相等［7］。此外，通过对Francisca地区分布的这种混合岩土体内部块石岩性、含石量、块石粒度分布等特征系统研究，Medley［8］认为其内部块石粒度分布具有良好的自相似性，并提出了其内部土-石阈值等于0.05Lc(Lc为特征工程尺度)。徐文杰等［9-10］利用现场筛分及数字图像处理技术对崩坡积型土石混合体的粒度组成分析表明:其内部粒度组成具有明显的分段分维特征，“细粒相”与“粗粒相”的粒度分界点(即阈值)为0.05～0.07Lc;内部块石在形态、空间分布等细观结构特征上呈现明显的自相似性。Coli等［11］应用统计学方法通过页岩-石灰岩混杂土石混合体的断面露头图像描述内部块石的形态和空间分布，并建立了土石混合体强度参数与描述块石形态和空间尺寸分布的图像参数间的统计关系。

众所周知，堰塞体的工程地质特征与其内部块体的粒度组成有密切的关系，Casagli等［12］综合采用现场量测、现场量测(粗粒)+筛分(细粒)、图像处理3种方法对构成意大利亚平宁北部的42个堰塞体的土石混合体内部块体粒度组成进行了研究，表明由3种方法获得的块体粒度分布较为一致，并且粒度分布呈现明显的双峰特征。

粗、细粒相间的具有明显层状结构的土石混合体层，一直受到相关研究者的关注。Harris等［13］在对加拿大Yukon区及比利时的这种层状土石混合体研究的基础上，认为两地区的堆积层结构具有明显的相似性，这与外界气候变化引起的冻融作用有关，块石的大小与原岩岩性无关，而在很大程度上取决于原岩的破坏程度。

随着地球物理探测技术的不断发展，目前地球物理探测技术已被用于土石混合体边坡内部结构及基覆面探测方面，并取得了良好的成果。Sass等［14］利用雷达探测技术对奥地利阿尔卑斯山区分布的23个崩坡积成因的土石混合体边坡内部结构特征、块石分布、基覆面埋深等进行了分析，表明内部粒度组成具有明显的成层性，其特征取决于基岩面的高差、坡度、形态等参数。

2 土石混合体力学特征研究

2.1 土石混合体抗剪强度特征

土石混合体的内部含石量控制着其相应的变形破坏发展，从而影响着其宏观的力学性能，当含石量超过某一临界值时土石混合体的宏观强度将随着含石量的增加而增加，而“块石”与“土体”之间的接触带是土石混合体中最薄弱的部位。

陈希哲［15］在多年理论及试验研究的基础上，认为粗粒土受剪切破坏面并非平面，其强度来源也非颗粒表面的内摩擦力，由于剪切面上的粗粒阻挡剪切、相互交错镶嵌产生咬合力，使得粗粒土强度大幅度提高。郭庆国［16］在对多个地区粗粒土强度特征研究的基础上，指出粗粒土的抗剪强度是由细料本身的强度、粗料的强度共同构成的。指出粗料含量30%及70%(质量分数，下同)是粗粒土的两个特征点，而含泥量10%是反映细料性质对粗粒土工程特征影响的特征点。

Miller等［17-18］通过对黏土和粗砂所构成的混合物的三轴压缩试验探讨了粗颗粒含量对其宏观黏聚力及内摩擦角的影响，表明当粗粒含量增加到50% ～70%时内摩擦角将迅速增加，而黏聚力则随着粗粒含量的增加而降低。Patwardhan等［19］通过对含砾石黏土的大型直剪试验研究了含石量对其宏观抗剪强度的影响，表明当含石量较低时(＜40%)抗剪强度随着含石量的增加呈现缓慢增加的趋势，而当含石量超过40%时其抗剪强度将急剧增加。Shakoor等［20］通过对含砾石黏土的大型直剪试验表明随着含石量的增加其无侧限抗压强度将呈降低趋势。Savely［21］通过大型现场试验研究了卵砾石含量对宏观抗剪强度的影响，认为宏观材料的黏聚力与卵砾石的含量无关，其值近似等于基质材料的黏聚力;而内摩擦角则随着含石量的增加而增加。田永铭等［22］通过室内三轴试验研究了宏观各向同性混杂岩土体的宏细观力学行为，认为混杂岩土体的黏聚力随着块石体积含量的增加而降低，内摩擦角则呈上升趋势。

Lindquist等［23-24］采用水泥土等作为填充材料、块石作为骨料按照一定的含石量及定向性制作试样进行三轴剪切试验研究，以探讨这类岩土介质内部细观结构上的各向异性对其宏观强度及变形特征的影响。Fragaszy等［25-26］通过理论及试验研究认为超径颗粒增加了碎石土的孔隙比，进而影响其相对密度，且碎石土的密度是土体及超径颗粒相对密度的函数;通过研究超径颗粒的大小、形状、含石量及粒度分布等对碎石与砂的混合物抗剪强度特征的影响，发现超径颗粒的含量是影响其抗剪强度特征的主要因素。Kim等［27］在对1996—1997年发生在加利福尼亚Francisca地区的土石混合体滑坡运动状态野外调查分析的基础上，基于反分析提出了一种用于评价这类复杂岩土体力学强度参数的反演方法。Vallejo等［28-29］研究分析了土石混合体内部含石量对抗剪强度及孔隙比的影响。Bagherzadeh-Khalkhali等［30］采用数值和室内直剪试验研究了不同尺度和级配曲线处理方法下的粗粒土力学特征，认为颗粒尺寸对粗粒土抗剪强度有重要影响，随着颗粒尺寸的增大内摩擦角和试样的剪胀现象增加，试样尺度增加使得表观黏聚力减小。Dondi等［31］采用三轴试验研究沥青混合物中骨料形状、棱角性和尺寸分布对填充物特征的影响，认为颗粒棱角性增加有助于颗粒间更好地咬合。

在非饱和状态下由于基质吸力的存在使得土石混合体内部抗剪强度大于饱和状态相应的抗剪强度。Springman等［32］通过现场人工降雨试验、现场直剪试验、室内大型三轴试验对Gruben(瑞典)某冰水堆积体进行了研究，探讨了这类堆积体在降雨条件下的失稳机理。时卫民等［33-36］采用直剪试验对碎石土的抗剪强度与含石量、含水量等的关系进行了研究。张文举等［37］通过对泥石流砾石土的抗液化强度的动三轴试验研究，表明饱和度对其动强度有显著的影响，且随着含水量的增加抗液化强度将明显降低。李维树等［38］基于库区水位涨落引起土石混合体含水率变化的特点，建立了不同含石量下抗剪强度参数随含水率变化的弱化公式。程展林等［39］认为颗粒间的位置排列和粒间作用对粗粒土的力学性质有重要影响，并且认为许多问题都涉及到粗粒土的组构问题。油新华等［40］采用野外水平推剪试验对三峡库区分布的土石混合体进行了试验研究。此外，李树武等［41］采用土石混合体边坡的休止角来近似作为土石混合体内摩擦角。

徐文杰等［42-47］提出了水下土石混合体野外水平推剪试验及大尺度直剪试验的方法，在大量的试验基础上认为:浸水后由于水流作用将内部细粒组分带走使得其黏聚力急剧降低而内摩擦角略呈增大趋势;土石混合体的抗剪强度在很大程度上取决于其内部含石量特征，随着含石量的增加其内摩擦角呈明显增大趋势，并在含石量30% ～70%时呈明显的线性增大趋势，而黏聚力随着含石量的增加呈现降低趋势;当含石量一定时其黏聚力主要取决于内部细粒组分;循环荷载作用下由于剪切带附近的块石旋转、定向排列甚至发生破碎，使得其抗剪强度大幅度降低。

2.2 土石混合体本构关系

岩土体的本构模型研究一直是岩土力学研究中比较热门的课题，国内外研究者已提出了多种数学本构模型，但是针对土石混合体的本构模型研究较少，大部分应用于土石混合体的本构模型是在黏土或砂土本构模型基础之上改进的。目前粗粒土计算中应用较为广泛的本构模型有邓肯-张模型(包括E-ν模型和E-B模型)、K-G模型、椭圆-抛物双屈服面模型等非线性弹性模型和弹塑性模型。由于邓肯-张模型具有参数少、物理意义明确、容易推求并能够反映其非线性特征等优点而在土石坝工程计算中应用最为广泛，但因邓肯-张模型存在不能反映土的剪胀性、软化特性、各向异性及加卸荷判断不明确等不足［48］，在实际计算中常存在较大的误差，国内外研究者对此从不同的方面进行了相应的改进［49-50］。

2.3 土石混合体宏观弹性参数特征

如何通过材料的细观结构特征来获取其相应的宏观力学行为是材料力学研究者一直以来所探索的问题。1910年Voigt将复合材料视为一组并联弹簧，提出了复合材料宏观弹性模量的上限表达式;相反地，1929年Reuss将复合材料视为一组串联弹簧，提出了复合材料宏观弹性模量的下限表达式。

Hashin等［51］等利用变分原理推导了用于宏观各向同性颗粒加强复合材料的宏观弹性参数，即H-S模型。Hill［52］在假定复合材料内部任一块体的受力状况可以代表材料内部所有块体的受力状况而不考虑块体间相互作用的前提下，推导了多相复合材料的宏观弹性模量参数，即Self-consistent scheme法。

由于复合材料的宏观力学特征可以表示为内部块体含量的函数，Mclaughlin［53］根据各向异性材料的相关理论提出了两种颗粒加强复合材料的宏观弹性模量的差分方程。田永铭等［22］通过对红土-砾石及泥岩-碎石混杂岩土体的室内三轴试验结果分析表明:单轴压缩试验获取的宏观弹性模量值介于HS模式下限值与Reuss串联模式之间;通过三轴试验获取的宏观弹性模量则一般介于Mclaughlin差分模式与H-S模式下限值之间;泊松比以Reuss串联模式所求值最为符合。Hashin［54］根据弹性体的最小势能及最小余能理论提出内部含有刚性颗粒的复合材料弹性参数计算公式。为了研究含块石黏土(clay-rock mixtures)的弹性参数，Vallejo等［55］将Hashin的理论成果应用于不饱和含块石黏土的弹性参数获取，并通过大量的室内试验研究及统计分析表明采用Hashin法可以较为准确地获取含块石黏土的弹性参数。

此外，国内外有些学者还探讨了颗粒形态特征、密度、试验加载方式等对土石混合体宏观弹性模量的影响。Kokusho等［56］认为菱角状人工碎石料在固结压力下，颗粒间接触点容易破碎，形成较强的颗粒构造，其初始剪切模量大于河卵石料。贾革续［57］认为相同密度下随着试验用料粒径变小初始剪切模量有下降的趋势。

3 土石混合体渗透特征研究

渗透系数是岩土工程渗流分析中非常重要的计算参数，也是用来评价岩土介质性质的一个重要参数。含石量及内部填充“土体”性质是决定土石混合体渗透特征的主要因素。此外，由于土石混合体的高度不均质性造成其抗渗透能力较差，在水流作用下极易发生管涌及流土等渗透破坏。由于对这类介质渗透稳定性特征认识上的不足，常给工程造成极大的影响，如美国Teton坝的溃决、Fontenelle坝的渗透破坏等。土石混合体的渗透稳定性问题是反映土石混合体渗透特征的另一个重要指标，通常采用水力破坏坡降对土体渗透稳定性做出定量的分析。

3.1 土石混合体的渗透系数

对于粗粒土渗透系数特征的研究，西方国家处于领先地位，我国起步相对较晚［58］。在对多个工程实例分析的基础上，郭庆国［16］指出当粗粒含量P5(粒径大于5 mm颗粒的质量分数)＜30%时，粗颗粒在粗粒土中只起填充作用，粗粒土渗透系数主要取决于细粒物质，渗透系数随着含石量的增加将有所减小，渗流规律符合达西定律;当P5＞75%时粗粒在粗粒土中起到骨架作用，由于细粒物质填充不满骨架间的孔隙，使得渗透系数突然增加，此时粗粒土的渗透系数主要取决于粗料性质，渗流规律将不再符合达西定律。

Bolton［59］通过对黏土与砂的混合物(clay/sand mixture)渗透性特征的研究表明:该类岩土体的渗透性不但与有效应力有关，而且与土体的固结状态及有效应力是否随着围压(或孔隙流体压力)的增大而增大有关。Borgesson等［60］研究了用于地下核废料储藏室回填的斑脱土与碎石混合物，认为由于斑脱土与碎石的混合不均匀造成混合填料的膨胀力及渗透性较理论值高。

周中等［61］采用室内正交试验研究表明，砾石含量越多渗透系数越大，孔隙比越大渗透系数越大，颗粒磨圆度越大渗透系数越小，并给出了土石混合体渗透系数与三者的关系表达式。许建聪等［62］采用数理统计的方法对碎石土的渗透性进行了分析研究，表明碎块石的含量和以粉粒、黏粒为主的细粒土的含量对碎石土渗透系数影响最为显著，碎石土的渗透系数随土中碎块砾石含量的增加而呈自然指数规律增大，随土中小于0.1 mm粒径的细粒土含量的增加而呈自然指数规律降低。魏进兵等［63］采用双套环法对三峡库区泄滩滑坡区分布的土石混合体饱和渗透系数进行了原位试验，并采用相关经验公式分析了土层孔隙率、颗粒级配等因素对试验参数的影响。

徐文杰［3］通过对不同含石量、不同粒度组成及不同块石形态的土石混合体渗透性数值试验分析表明，土石混合体的宏观渗透系数位于 Maxwell-Eucken模型计算值kS-RM(ME)与有效介质理论模型计算值kS-RM(EMT)之间，即

式中:kup、klow分别为土石混合体宏观渗透系数上、下限值;k、C分别代表各组分的渗透系数及体积分数，下标S-RM、S、R分别代表土石混合体、“土体”及“块石”。kS-RM(EMT)通过隐式方程计算求得:

3.2 土石混合体的渗透稳定性

为了研究这类岩土介质的渗透稳定性特征，国内外许多学者在含石量对水力破坏坡降的影响方面进行了大量的试验研究［64］。郭庆国［16］认为水力破坏坡降与含石量有着密切的关系，当含石量大于70%时粗粒土的水力破坏坡降显著减小，其渗流破坏形式主要为管涌。朱崇辉等［65］认为粗粒土的渗透破坏坡降与不同范围内的不均匀系数、曲率系数存在不同形式的相关性，并且对于含有一定细粒组分且级配良好的粗粒土渗透破坏坡降比级配不良的粗粒土渗透破坏坡降普遍要高。

4 土石混合体细观力学数值试验研究

随着现代计算技术、数值分析技术及岩土力学的不断发展，基于数值分析技术的岩土介质细观力学试验作为一门新兴的试验方法深受国内外研究者的青睐，为研究这类复杂介质的细观力学行为及变形破坏机理提供了有力的手段［66-69］。

Kaneko等［70］将离散元及有限元进行耦合建立了用于粒状岩土材料的宏观及细观两种尺度的数值分析方法，并对其相应的整体-局部剪切带发育特征进行了相应的研究。Kristensson等［71］基于计算机并行技术对砂土内部含有坚硬块石(stiff gravel)及软黏土(soft clay)两种情况时内部剪切带的发育特征进行了细观力学数值试验研究，认为块石(或黏土颗粒)形状对其宏观力学响应影响不大，但对这两类混合岩土介质(sand-gravel，sand-clay)内部应变局部化发育特征有很大的差异性影响。

油新华［2］、廖秋林［72］分别采用规则几何体(圆形、正多边形)对土石混合体的随机结构进行了二维随机生成，并对其力学性质及变形破坏机理进行了相关研究。李世海等［73］基于离散元数值分析方法对随机生成的土石混合体三维结构模型(颗粒为球形)进行了单向加载试验模拟研究，认为土石混合体的混合比和岩石块度大小是影响其变形和破坏特性的两个重要因素。

徐文杰等［3，74-76］采用数字图像处理及随机生成技术分别生成了土石混合体随机细观(图2)及真实结构模型(图3)，并进行了一系列的数值试验研究，结果表明:土石混合体内部剪切带的形成很大程度上取决于其内部块石空间分布特征，并在细观层次上呈3种损伤模式(塑性区单向绕石、塑性区分岔并双向绕石及塑性区穿石);土石混合体的宏观弹性模量主要取决于其含石量，并随含石量的增加呈递增趋势;土-石界面特征对土石混合体的宏观力学性能有明显的影响，尤其是在低围压条件下其影响更为显著。

图2 土石混合体随机结构模型(含石量为50%)

Mollon等［77］基于傅里叶描述因子和Voronoi棋盘划分法生成了任意形状的颗粒材料二维密实离散模型用于细观力学数值试验研究。Lee等［78］采用多面体单元模拟真实颗粒，进行了不同围压和不同初始孔隙率下的三轴压缩数值试验，所得偏差应力曲线和体应变曲线证明了多面体单元应用于数值模拟实验的可行性。

5 土石混合体研究发展趋势

图3 基于数字图像的土石混合体真实结构模型

土石混合体是随着当今大规模基础工程建设及岩土力学的纵深发展，而逐渐从传统岩土介质中分离出来的一类复杂岩土介质系统。构成土石混合体的细粒相(“土体”)及粗粒相(“块石”)在物理力学性质上具有极端的差异性，从而使得其物理力学性质在细观尺度上具有明显的各向异性，进而影响着其宏观的性质及变形破坏机理。

纵观当今国内外众多学者对土石混合体的研究，虽然取得了一定的成果，但是由于土石混合体是一种复杂的岩土介质，影响其物理力学性质的因素很多，且由于目前技术及测试手段的限制，对这类岩土介质的物理力学性质的研究工作还需不断深化。

a.由于土石混合体内部含有粒径较大且强度较高的块石，现有试验手段难于满足精确获取物理力学参数的要求，以致常常造成相应工程建设资金浪费，甚至由于参数选择的不合理造成工程建设的失败。开发这类复杂岩土介质物理力学参数精确获取的新技术、新方法(室内、野外)及研制相应设备以研究其在复杂环境下(高压、动力及饱和、非饱和等)的物理力学性质，并建立其结构化本构模型是目前亟待解决的问题。

b.目前随着各类无损探测技术及图像获取技术的不断发展，尤其是CT断层扫描技术的发展并在医学三维重建中得到了广泛的应用，这为土石混合体三维结构特征的研究提供了可靠的技术支持。基于土石混合体CT断层扫描技术的三维结构特征研究、三维几何重建技术、软件系统的研发及相应的细观力学试验研究，将具有广泛的发展前景。

c.目前对土石混合体物理力学性质的研究大都没有考虑到“块石”的破碎情况，而在实际工程中由于“块石”的强度较低或者外部荷载较高，导致土石混合体在变形破坏过程中不但伴随着块石的转动、咬合等运动，而且还伴有块石的破碎现象，从而导致其力学性质更为复杂，开展相关研究也是土石混合体力学研究的重要方向。

d.由于土石混合体内部块石形态非常复杂，随着各门学科及各项技术的不断融合发展，充分利用地质学、数学、几何学、计算科学、图像处理技术、体视学、形态学等多学科的交叉技术来实现对土石混合体近似真实结构的随机生成，对于土石混合体细观结构力学的深入研究将具有重要意义。

e.随着计算力学理论、数值计算技术的发展，基于土石混合体结构模型体系的细观结构力学研究将成为必然，也是深入认识其力学性质及变形破坏机制的重要方法。探索适合土石混合体细观结构乃至跨尺度结构力学分析的有效的数值计算方法(如有限元法、离散元法等)，同时充分利用现行高速计算分析技术(并行计算、GPU等)，开展大规模、多尺度的精细结构力学计算分析具有广阔的发展前景。

f.土石混合体内部尺度较大的块石在某种程度上控制着其宏观的变形和破坏，发展高精度探测技术对由土石混合体构成地质体(如边坡、地基等)的细观结构(尤其是巨型块石的形态及空间位置)进行定量分析，对其稳定分析及加固处理技术具有重要的意义。

6 结语

土石混合体是自然界中广泛存在的也是工程中常见的一类复杂岩土材料，由于这类特殊的岩土介质在空间结构上表现出高度的不均匀性，给土石混合体物理力学性质的研究带来了很大的困难。随着各类大规模工程建设的不断发展，越来越多的工程问题与土石混合体的工程性质密切相关，这将不断促使岩土工程及地质工程研究者开展各种相关研究工作。土石混合体工程地质力学性质的研究，已成为当今工程建设亟待解决的问题，也是当今岩土力学及工程地质学发展的必然。

本文在对近十几年来国内外在土石混合体这类岩土介质方面的研究成果分析的基础上，对土石混合体的细观结构特征、抗剪强度特征、宏观弹性参数特征、渗透性特征、细观结构与强度关系及细观力学数值试验等6个方面的研究成果进行了系统的分析，并对其中存在的问题进行了探讨。最后针对目前对土石混合体的研究现状，并结合现有的技术手段对土石混合体今后几年的研究趋势进行了论述。

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Research status and development trend of soil-rock mixture

XU Wenjie，ZHANG Haiyang(State Key Laboratory of Hydroscience and Hydraulic Engineering，Tsinghua University，Beijing10084，China)

Based on research data on soil-rock mixtures at home and abroad，the research status of soil-rock mixtures was analyzed in terms of meso-structure properties，shear strength properties，macro-elastic parameters，permeation properties，the relationship between meso-structure properties and shear strength properties，and the numerical tests of meso-mechanics of soil-rock mixtures.The deficiency of studies of physical and mechanical properties of soil-rock mixtures were summarized and its development trend was also analyzed on the basis of the research status of soil-rock mixtures.An interdisciplinary technology integrating geology，geometry，computational science，image processing technology，and morphology was used to three dimensions reconstruct and to randomly generate the meso-structure of the soil-rock mixture.The numerical structural model and new laboratory equipment applicable to the complex geotechnical media should be developed.The macroscopic deformation and failure mechanisms of soil-rock mixture should be studied in-depth at meso-structure level and the trend of development should move toward the establishment of a structural constitutive model.

soil-rock mixture(S-RM);rock and soil mechanics;shear strength;meso-structure;review

TU43;TU45

A

1006-7647(2013)01-0080-09

10.3880/j.issn.1006-7647.2013.01.019

国家自然科学基金青年科学基金(51109117);清华大学自主科研计划(20111081125);地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室开放基金(SKLGP2011K015，GZ2007－10)

徐文杰(1978—)，男，山东日照人，讲师，博士，主要从事地质灾害、地质工程等研究。E-mail:wenjiexu@tsinghua.edu.cn

2012-04-09 编辑:熊水斌)