中山地区花岗岩残积土抗剪特性相关性研究

俞旺新，董 艺，杜子文

（中国建筑第四工程局有限公司，广东 广州 510600）

0 引言

我国广东地区覆盖着广泛而深厚的花岗岩残积土，如珠海和深圳地区的表层厚度达20m以上[1]。随着我国基础建设日益增多，将有大量基础设施建设在花岗岩残积土地区，研究花岗岩的抗剪特性具有重要现实意义。

在花岗岩残积土抗剪特性研究方面，袁文熠[2]发现不同结构特征的土体剪切特性存在很大差异，相同试验参数条件下重塑土剪切破坏呈鼓状破坏；龙志东等[3]发现初始干密度对花岗岩残积土抗剪强度指标具有重要影响。不同地区花岗岩残积土的工程特性差异较大，以往对广东花岗岩残积土的抗剪特性研究主要是集中在香港及深圳地区[4]，对中山地区的花岗岩残积土抗剪特性研究甚少。为清楚了解中山地区花岗岩残积土的抗剪特性，本文选取中山地区坦洲快速公路不同干密度花岗岩残积土通过室内试验，对花岗岩残积土的抗剪特性进行研究。

1 试样采集制备与试验方案

1.1 试验土样

试样取自中山地区坦洲快速公路不同施工试验段的花岗岩残积土，土样颜色为棕黄色，其物理性质指标如表1所示。

表1 花岗岩残积土物理性质指标

1.2 试样制备

花岗岩残积土置于105℃烘箱烘干超过10h，将烘干土样碾碎并过3mm筛。试样制备采用击样法，分为5层击实，每层约25击，各层土料质量相等，按照土样相对应的干密度，20%的含水率，制备尺寸高为80mm，直径39.1mm的圆柱体重塑试样。

1.3 试验方案

试验采用北京华勘科技有限责任公司提供的MCU液压三轴全自动三轴仪进行试验，每组试验取3个相同的试样分别在120，220，320kPa围压下进行试验，采用固结不排水方式加载，剪切应变速率为0.1%/min。

2 固结不排水试验结果与分析

2.1 应力-应变关系曲线

花岗岩残积土 TZ-1，TZ-3，TZ-5分别在 120，220，320kPa围压下的相同干密度不同围压下的应力-应变曲线与相同围压下不同干密度的应力-应变曲线分别如图1～3所示。

2.1.1 相同干密度花岗岩残积土在不同围压下的应力-应变曲线

由图1可知，在固结不排水试验条件下，相同干密度花岗岩残积土在不同围压下的应力-应变曲线均为应变硬化型，呈塑性破坏，高围压（320kPa）时，应力应变关系为强硬化型。同时由应力-应变曲线可知，完好的土样随着应变增大，其斜率也随之增大，土体的稳定性与强度有较大提高。随着应变继续增大，斜率到达峰值后变小，直到变得缓平，此时随着轴向应变增大，但应力不再增大，土体结构性被破坏丧失。

图1 相同干密度花岗岩残积土在不同围压下的应力-应变曲线

从图2可知：花岗岩残积土在相同含水率和干密度情况下，随着轴向应变的增加应力逐渐增大，应力应变之间近似成二次多项式关系。通过多项式拟合得到主应力差（σ1-σ3）与轴向应变ε1的关系，如表2所示。

图2 相同干密度花岗岩残积土在不同围压下的应力-应变关系曲线拟合结果

从表2可看出：主应力差（σ1-σ3）与轴向应变ε1呈良好的二次多项式相关，相关性显著。

表2 参数取值

2.1.2 相同围压下不同干密度花岗岩残积土的应力-应变曲线

由图3可知，随着围压的增加，3种不同干密度花岗岩残积土的应力应变曲线间距越来越小。在低围压（120kPa）时，TZ-3与TZ-5在应变初期与应变后期，其应力变化受围压影响较小，两者较接近。在中围压（220kPa）时，TZ-1与TZ-3在应变初期，TZ-1与TZ-5在应变后期，其应力变化受围压影响较小，两者较接近。在高围压（320kPa）时，三者的应力应变曲线间距小。

图3 相同围压下不同干密度花岗岩残积土的应力-应变曲线

2.2 干密度对抗剪强度参数的影响

三轴CU试验中的试样采用3种不同的干密度，其干密度与抗剪强度参数的试验数据如表3所示。所做试样的总抗剪强度的黏聚力均不小于有效抗剪强度黏聚力，有效抗剪强度的内摩擦角均大于总抗剪强度的内摩擦角。

表3 干密度与抗剪强度参数试验数据

从图4可看出，在相同含水率不同干密度条件下，黏聚力随着干密度的增大先增大后减小，内摩擦角随着干密度的增大先减小后增大，且近似成曲线关系，分别存在某种干密度的花岗岩残积土黏聚力或内摩擦角最大，通过多项式拟合得到干密度和黏聚力、内摩擦角关系，如表4所示。

表4 参数取值

图4 干密度和黏聚力、内摩擦角关系曲线

从表4可知，干密度和黏聚力、内摩擦角关系的拟合方程的相关系数均为1，所有的点均在多项式曲线方程上，拟合程度良好，相关性显著。

3 结语

1）主应力差（σ1-σ3）与轴向应变 ε1之间呈二次多项式关系。随着围压增加，不同干密度花岗岩残积土的应力应变曲线间距越来越小，数值越来接近。

2）在相同含水率不同干密度条件下，黏聚力随着干密度的增大先增大后减小；内摩擦角随着干密度的增大先减小后增大。不同干密度花岗岩残积土的干密度与黏聚力、内摩擦角之间均呈二次多项式关系。