红砂岩路堤填料崩解及强度特性试验

周德军

文章编号：1000033X（2016）12007504

收稿日期：20160604

基金项目：贵州省交通运输厅科学研究与技术开发、推广项目（2011122030）

摘要：为研究筑路用红砂岩粗粒土崩解及强度特性，对红砂岩粗粒土进行了崩解和不同初始密度下的三轴压缩试验。试验结果表明，红砂岩粗粒土的崩解量与时间呈对数关系，其颗粒分维数随时间先迅速增大而后逐渐趋于稳定；随相对密度增大，峰值抗剪强度逐渐增大，试样逐渐由应变硬化转为应变软化；随围压增大，试样脆性指数减小。

关键词：红砂岩；崩解；相对密度；强度

中图分类号：U416.12文献标志码：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

红砂岩于白垩纪至第三纪早期形成，在中国华东、华南及西南等地区分布广泛[1]。其强度因矿物成分和胶结物质的差异变化很大，随着基础建设发展，红砂岩构成的路堤、隧道及边坡工程问题日益凸显[2]。因此，对红砂岩的物理力学性质进行研究具有重要意义。

采用红砂岩粗粒土作为路用材料，主要有2个方面的原因，其一为红砂岩粗粒土的水活性，红砂岩粗粒土浸水崩解的特性是其区别于其他岩类的主要特征，也是红砂岩粗粒土作为路用材料病害产生的根本原因；其二为经过红砂岩粗粒土强度指标须满足作为高速公路填筑材料的要求。因此，目前针对路用红砂岩粗粒土的研究主要集中在其崩解和抗剪强度特性，赵明华[3]等从红砂岩的化学成与结构特征入手，对红砂岩崩解机理进行了研究，并基于此深入研究了红砂岩作为路堤材料的填筑技术；刘晓明[4]等则通过对砂岩崩解过程中传递的不同能量类型进行定量计算，并基于能量耗散原理建立了红砂岩崩解的能量耗散模型；余宏明[5]等通过对红色泥岩风化含砾粘土的含水率、密度及粘粒含量与抗剪强度的关系进行研究，并基于试验结果总结出了一些经验公式；陈晓斌通过大型三轴试验仪[6]、单轴流变试验仪[7]和三轴流变仪[8]，研究了红砂岩粗粒土的剪胀性和流变特性。

天然土体初始结构特性复杂，其结构性破坏通常直观表现为土体物理参数的变化[9]。相对密度是一个反映土体结构的主要物理参数[10]，然而，目前研究相对密度对砂土强度特性影响的较多，而研究相对密度对红砂岩粗粒土强度特性影响尚未见报导。为此，本文对红砂岩粗粒土进行了不同初始相对密实度下的系列常规三轴试验，分析了初始相对密度对其应力应变曲线以及抗剪强度参数的影响。

3结语

本文通过对筑路用红砂岩粗粒土开展的崩解和三轴压缩试验，对红砂岩粗粒土崩解粒度分维特性以及相对密度对其强度的影响进行了探讨，主要结论如下。

（1）红砂岩粗粒土崩解是一个时间过程，其崩解速率与时间呈明显对数关系。前期随浸水天数增加，其粒度分维值增大明显；而崩解达到一定程度时，崩解趋于停止，分维值趋于稳定。

（2）随相对密度增大，土样逐渐由应变硬化转为应变软化，这是由于密实的红砂岩粗粒土试样易发生剪胀现象，需吸收能量完成颗粒间攀爬与翻越，强度增大，而随颗粒重排列完成，强度减小，表现为应变软化。

（3）随红砂岩粗粒土试样相对密度增大，峰值内摩擦角逐渐增大，而相对密度为0.8和0.9的试样残余内摩擦角相差不大。

（4）随围压增大，试样的脆性指数逐渐降低，且相对密度为0.9的试样脆性指数高于相对密度为0.8的试样。

参考文献：

[1]赵明华，刘晓明，苏永华.含崩解软岩红层材料路用工程特性试验研究[J].岩土工程学报，2005，27（6）：667671.

[2]吴道祥，刘宏杰，王国强.红层软岩崩解性室内试验研究[J].岩石力学与工程学报，2010，29（S2）：41734179.

[3]赵明华，邓觐宇，曹文贵.红砂岩崩解特性及其路堤填筑技术研究[J].中国公路学报，2003，16（3）：15.

[4]刘晓明，熊力，刘建华，等.基于能量耗散 原理的红砂岩崩解机制研究[J].中南大学学报，2011，42（10）：31433149.

[5]余宏明，胡艳欣，唐辉明.红色泥岩风化含砾粘土的抗剪强度参数与物理性质相关性研究[J].地质科技情报，2002，21（4）：9395.

[6]陈晓斌.红砂岩粗粒土剪胀效应大型三轴试验研究[J].岩石力学与工程学报，2010，29（S1）：31453149.

[7]陈晓斌，张家生，封志鹏.红砂岩粗粒土流变工程特性试验研究[J].岩石力学与工程学报，2007，26（3）：601606.

[8]陈晓斌，张家生，安关峰.路用红砂岩粗粒土的流变特性试验研究[J].中南大学学报，2007，38（1）：154159.

[9]龚晓南，熊传祥，项可祥，等.粘土结构性对其力学性质的影响及形成原因分析[J].水利学报，2002，33（10）：4347.

[10]徐日庆，王兴陈，朱剑锋，等.初始相对密实度对砂土强度特性影响的试验[J].江苏大学学报，2012，33（3）：345349.

[责任编辑：杜卫华]