第二章 土石复合介质工程特性的试验研究
土、石介质电阻率特性及有关方法技术的运用
土、石介质电阻率特性及有关方法技术的运用发表时间：2019-06-04T14:10:25.600Z 来源：《防护工程》2019年第4期作者：党亚茹[导读] 电阻率法、电阻率层析成像技术在各类工程上的运用现状进行概述。
重庆交通大学河海学院重庆 400074摘要：首先对各种土以及多相土石复合介质等电阻率的影响因素，以及这些因素对电阻率的影响规律进行了特性现状总结；之后对电阻率测试技术、电阻率法、电阻率层析成像技术在各类工程上的运用现状进行概述。
关键词：电阻率特性；技术运用；研究现状1引言国内外各种土、石介质的电阻率的影响因素的研究，为探索其电阻率特性提供了坚实的基础，利用电阻率方法、测试技术、成像技术在渗漏的诊断测试、岩石的结构性、水泥土深层搅拌法工程、土石填方的工程、堤坝隐患、路基压实质量和病害等工程上的应用，解决了许多工程上的难题。
2电阻率特性的研究现状自Archie提出土和砂岩的电阻率定律[1]；刘松玉等根据影响电阻率的因素,归纳了国内外土的电阻率测试的内容[2]；刘国华等在电阻率层析成像理论基础上,进行室内试验,得出影响土电阻率变化的主要因素，并得出电阻率与土的物理指标有关及黏土的电阻率模型[3]。
于小军等根据水泥土电阻率特性,得出影响水泥土电阻率的因素；其电阻率与龄期、水泥掺入比的变化成正比；与水泥土含水率、饱和度、水灰比的变化成负相关；水泥土电阻率与水泥土抗压强度、标贯击数有关[4]；严明良等由室内实验，得出水泥土电阻率与水泥量、无侧限抗压强度存在线性关系[5]；查甫生等由非饱和土电阻率、土电阻率结构性参数与体积含水率之间的关系，发现压力差与电阻率结构参数之间存在抛物线关系[6]；查甫生，杜延军等研究了含水率、孔隙液化学成分、饱和度以及温度对电阻率变化的关系，得到土的电阻率与其变化成反比；刘松玉利用黏土导电特性，得出非饱和黏性土的电阻率结构模型及土电阻率的影响因素，分析这些因素对膨胀土电阻率变化的影响，得其电阻率基本特性；汪魁等[10]建立土石混合体电阻率结构模型,得出影响土石混合体电阻率特性的主要因素；赵明阶等分析物理参数对土石复合介质电阻率的变化，得出多相土石复合介质电阻率随含水量的增加呈幂函数衰减，与击实次数成负相关，与含石量成正比；何叶等[8]路基内病危区域的电阻率图像中会产生异常变化区与之对应，得出病危区与电阻率异常变化区对应、病害不同，电阻率异常变化幅度也各不相同。
第二章粘性土的物理化学性质
2.2粘土矿物颗粒的结晶结构 ZH2.粘性土的物理化学性质 ZH2.粘性土的物理化学性质 §2.2粘土矿物颗粒的结晶结构 三种主要 三种主要 粘土矿物的 结晶构造： 结晶构造：
1:1的两 的两 层晶格 结构 高岭 石微粒
Al Al Si Si
• 晶层间通过氢键联结，联结力强，晶 晶层间通过氢键联结，联结力强， 格不能自由活动， 格不能自由活动，水难以进入晶格间 高岭石 蒙脱石 伊利石 • 能组叠很多晶层，多达百个以上，成 能组叠很多晶层，多达百个以上， 为一个颗粒。颗粒长宽约0.3-4µm， 为一个颗粒。颗粒长宽约 µ ， 厚约0.05-5µm。 厚约 µ 。 • 主要特征：颗粒较粗，亲水能力差, 主要特征：颗粒较粗，亲水能力差 不容易吸水膨胀和失水收缩。 不容易吸水膨胀和失水收缩。
2.2粘土矿物颗粒的结晶结构 ZH2.粘性土的物理化学性质 ZH2.粘性土的物理化学性质 §2.2粘土矿物颗粒的结晶结构 三种主要 三种主要 粘土矿物的 结晶构造： 结晶构造：
2:1的三 的三 层晶格 结构SiSi来自Al Al Si Si
高岭石 蒙脱石 伊利石
• 晶层间是 2-对O2-的连结，联结力很 晶层间是O 的连结， 水很容易进入晶层之间。 弱，水很容易进入晶层之间。 • 每一颗粒能组叠的晶层数较少。颗粒 每一颗粒能组叠的晶层数较少。 大小约为0.1-1µm ，厚约 厚约0.001-0.01µm。 大小约为 µ µ 。 • 主要特征：颗粒细微，亲水能力强,具 主要特征：颗粒细微，亲水能力强 具 有显著的吸水膨胀、 有显著的吸水膨胀、失水收缩的特性。
ZH2.粘性土的物理化学性质 ZH2.粘性土的物理化学性质 §2.2粘土矿物颗粒的结晶结构 2.2粘土矿物颗粒的结晶结构
粘土矿物结构单元
第二章 岩土体的渗透特性
土的问题
土的问题是指由于水的渗透引起土体内部应力状 态的变化或土体、地基本身的结构、强度等状态 的变化，从而影响建筑物或地基地稳定性或产生 有害变形的影响，在坡面、挡土墙等结构物中常 常会由于水的渗透而造成内部应力状态的变化而 失稳；土坝、堤防、基坑等结构物会由于管涌逐 渐改变地基土内的结构而酿成破坏事故；非饱和 的坡面会由于水分的渗透而造成土的强度的降低 而引起滑坡。由于渗透而引起的代表性例子就是 地下水开采造成的地面下沉问题。
2.2.5 在冻融过程中土中水分的迁移与积聚
➢1．冻土现象及其对工程的危害：
▪ 布范围更广。 冻土现象是由冻结及融化两种作
用所引起。某些细颗粒土层在冻结时，往往会发生土 体体积膨胀，使地面隆起成丘，即所谓冻胀现象。土 层发生冻胀的原因，不仅是由于水分冻结成冰时其体 积要增大9％的缘故，而主要是由于土层冻结时，周围 未冻结区土中的水分会向表层冻结区迁移聚集，使冻 土区土层中水分增加，冻结后的冰晶体不断增大，土 体积也随之发生膨胀隆起。冻土的冻胀会使路基隆起， 柔性路面鼓包、开裂，刚性路面错缝或折断；冻胀还 使修建在其上的建筑物抬起，引起建筑物开裂、倾斜 甚至倒塌。
砂砾－砾石、卵石
极强透水
K≤10-5
q≤100
含连通孔洞或等价开度>2.5mm裂隙的岩体
粒径均匀的巨砾
2.2.5 在冻融过程中土中水分的迁移与积聚
➢1．冻土现象及其对工程的危害：
▪ 在冰冻季节土中水分冻结成为冻土。根据其冻融 情况，冻土分为：季节性冻土、隔年冻土和多年冻土。 季节性冻土是指冬季冻结夏季全部融化的冻土；两年 内不融化的土层称为隔年冻土；凡冻结状态持续三年 或三年以上的土层称为多年冻土。我国多年冻土的分 布基本上集中在纬度较高和海拔较高的严寒地区，如 东北的大兴安岭北部和小兴安岭北部、青藏高原以及 西部天山、阿尔泰山等地区，总面积约占我国领土的 20％左右，而季节性冻土则分
夯实水泥土桩复合地基变形特性的试验研究
夯实水泥土桩复合地基变形特性的试验研究摘要：本文通过对夯实水泥土桩复合地基的单桩、单桩复合地基和多桩复合地基的对比试验研究，得出了夯实水泥土桩复合地基中桩、桩间土和复合地基的沉降变形规律。
关键词：复合地基；荷载；变形特性1 前言夯实水泥土桩复合地基技术是目前我国北方地区地下水位较深的一种地基处理新技术，它是将水泥和土按设计比例拌和均匀，在孔内夯实至设计要求的密实而形成的加固桩体，与桩间土组合成复合地基，已广泛应用在建设工程的地基处理中。
该项技术发布实施有行业和地方标准，并发表有多篇论文和研究成果，尤其在强度和施工工艺等方面的研究较为变遍，但是在变形特性试验研究较少。
该项技术随着复合地基在工程中的广泛应用，复合地基承载力和沉降的确定一直是学术界和工程界关注的问题。
一些学者利用现场试验结果来推求碎石桩复合地基的变形，也有的学者利用半空间均质弹性体的Mindlin应力解或Geddes 应力解，用分层总和法来求弹性状态下柔性桩复合地基的沉降，这些结果都有待于实践的进一步检验.现场静荷试验被公认为是最可靠的手段.复合地基的特点在于桩与桩间土共同承担荷载，根据单桩复合地基载荷试验得到的荷载沉降P-S曲线来推求复合地基承载力和沉降量具有现实意义。
本文通过现场21组天然地基、单桩、单桩复合地基和多桩复合地基的试验，其桩径为300mm、桩长为4.0m、桩间距为1.0m、置换率为7.1%、水泥掺入比为12%的试验条件，进行了对比试验研究。
实测夯实水泥土桩复合地基在静载荷试验条件下的沉降，来研究复合地基中桩、桩间土各自的变形规律。
2不同条件下夯实水泥土单桩和复合地基变形特性2.1 天然地基天然地基载荷试验结果（图1）显示，随着施加在天然地基上荷载的增加，地基沉降量不断增长，荷载和沉降关系曲线表现为缓变型，曲线未出现明显的拐点。
曲线初始的弹性直线段较短，为天然地基弹性压缩阶段，此时地基沉降小。
随着载荷水平提高，地基土出现塑性变形，荷载与沉降关系曲线发生弯曲，很快随荷载增加天然地基沉降加快，地基土发生屈服破坏。
水泥固化土工程特性试验研究
水泥固化土工程特性试验研究一、本文概述《水泥固化土工程特性试验研究》一文主要围绕水泥固化土的工程特性进行深入研究。
水泥固化土作为一种新型土木工程材料，近年来在建筑工程、道路工程以及环境工程等领域得到了广泛应用。
本文旨在通过系统的试验研究，探讨水泥固化土的工程特性，包括其强度特性、变形特性、耐久性等方面，以期为工程实践提供理论支撑和技术指导。
本文首先对水泥固化土的基本性质进行介绍，包括其组成成分、固化机理以及工程应用背景等。
在此基础上，设计了一系列室内试验，对水泥固化土的强度、变形和耐久性等方面进行了系统的研究。
通过对比分析不同配比、不同龄期水泥固化土的试验结果，揭示了水泥固化土工程特性的变化规律及其影响因素。
本文还对水泥固化土在工程实践中的应用进行了探讨，分析了其在不同工程领域中的适用性及其优缺点。
结合具体的工程案例，对水泥固化土的应用效果进行了评价，为水泥固化土在实际工程中的应用提供了有益的参考。
本文的研究对于深入了解水泥固化土的工程特性、推动其在土木工程领域的应用以及促进土木工程材料的创新与发展具有重要意义。
二、水泥固化土的基本特性水泥固化土作为一种新型土木工程材料，在建筑工程中得到了广泛应用。
它具有优异的工程特性，包括强度、耐久性、稳定性等方面，这些特性使得水泥固化土成为一种理想的建筑材料。
强度特性：水泥固化土的强度是其最基本的工程特性之一。
通过添加适量的水泥，土壤颗粒之间的粘结力得到增强，从而提高了固化土的抗压、抗拉和抗剪强度。
这种强度的提高使得水泥固化土能够承受更大的荷载，提高了工程结构的安全性和稳定性。
耐久性特性：水泥固化土具有良好的耐久性，能够抵抗自然环境和工程使用过程中的各种侵蚀作用。
在长期的干湿循环、冻融循环以及化学腐蚀等不利条件下，水泥固化土能够保持较好的稳定性，延长了工程结构的使用寿命。
稳定性特性：水泥固化土具有较高的体积稳定性，即在固化过程中体积变化较小。
这一特性使得水泥固化土在工程中具有较低的变形风险，保证了工程结构的长期稳定性。
土力学第二章渗透
Σqix=Σki ii Hi
q2x
等效条件: qx qix
q3x
1
2 h x
z k1
kx
k2
H1 H2 H
k
H3
3 2 不透水层
等效渗透系数:
kx
1 H
kiHi
层状地基的水平等效渗透系数
§2.2 土的渗流性与渗透规律
已知条件: vi v
h hi H Hi
h x
达西定律: vi = ki (Δhi / Hi )
水的性质
是单位土体中孔隙体积的直接 度量
对于砂性土，常建立孔隙比e 与渗透系数k之间的关系，如：
k f(e2 ) k f( e2 )
1 e k f( e3 )
1 e
渗透系数的影响因素
§2.2 土的渗流性与渗透规律
土的性质 • 粒径大小及级配 • 孔隙比 • 矿物成分 • 结构
水的性质
渗透系数
渗流的驱动能量 反映渗流特点的定律 土的渗透性 地基的渗透系数
土的渗透性与渗透规律
§2.2 土的渗流性与渗透规律
uB w
u0pa
B
静水 A zB
0 基准面
位置水头：到基准面的竖直距离， 代表单位重量的液体从基准面算起 所具有的位置势能
u A 压力水头：水压力所能引起的自由
w
水面的升高，表示单位重量液体所
t t+dt
• 连续性条件：dVe=dVo
h
-adh =k (Δh/L)Adt
dt aL dh kAh
tdtaL h2 dh
0
kAh1 h
t aL ln h1 Q 土样 L
kA h2
k aLln h1
工程岩土学- 第二章
二. 表征无粘性土紧密状态的指标
1.卵砾类土 据野外鉴别， 1.卵砾类土——据野外鉴别，可挖性， 卵砾类土 据野外鉴别 可挖性， 可钻性等，判定其紧密状态（密实、中密、 可钻性等，判定其紧密状态（密实、中密、 稍密） 稍密）（P44表2-3） 2.砂土 粉土——据下列指标判断： 砂土， 据下列指标判断： 2.砂土，粉土 据下列指标判断 ①天然孔隙比（ P48表2-6）
但不便于工程应用。 但不便于工程应用。
孔隙比e 土中孔隙的总体积(Vp)与固体颗粒体 ② 孔隙比 —土中孔隙的总体积 与固体颗粒体 之比， 为定值 积(Vs)之比，以小数表示。Vs为定值，e能反映土在 之比 以小数表示。 为定值， 能反映土在
体积变化前后，孔隙体积的变化情况，因此工程计 体积变化前后，孔隙体积的变化情况， 算中常用。 算中常用。
1.塑性指数 P——液限和塑限的差值，用不带 ％ 塑性指数I 液限和塑限的差值， 塑性指数
IP＝ WL －WP
在工程地质实践中， 对细粒土进行分类。 在工程地质实践中，常用IP对细粒土进行分类。 粘土 （ IP＞17） ）
P26 表1-5
粉质粘土 （ 10＜ IP≤17） ＜ ） 粉土 （ IP≤10） ）
孔隙中所含水分的质量与固体颗粒质量之比（％）。 孔隙中所含水分的质量与固体颗粒质量之比（％）。
试验二：烘干法（ 试验二：烘干法（100~105℃） ℃
② 饱和含水率Wsr—土的孔隙全被液态水充满时的含水率 饱和含水率
饱水度（饱和度） ③ 饱水度（饱和度）Sr
（P22）——土中被水充满的 土中被水充满的
基本指标
土的颗粒比重G 土的颗粒比重 (或土的颗粒密度ρs) 或土的颗粒密度 天然含水率 W 天然密度
第二章软岩和软土的工程地质研究
泥化夹层：
粒度 厚度
全泥型 泥夹 角砾 角砾含量<10 %;的粘性土层 型
泥化夹层 厚度大于3mm，不含角砾的 粘土、粉粘、粉土
泥 粒度 化 夹 厚度 层
泥夹粉砂、 和粉砂夹泥 泥膜型
角砾含量<10 %的粉土层 大多数为不含角砾%的薄粘土层 角砾含量>10 %<50%的粘性土层
角砾夹究意义： 强度最低的关键部位，稳定性起控制作 用 2.不容易被准确勘察，需配合特殊设备：双层单动岩心管，结合 内电视、摄影等综合方法
第二章 软岩和软土的工程地质 研究
第1节、软弱岩石的含义
第2节、软弱夹层的工程地质研究
第3节、风化岩石的工程地质研究 第4节、构造岩石的工程地质研究
第5节、软土的工程地质研究
第1节 软弱岩石的涵义
（ 岩 成性 因类 别 ） 物 理 力 学 特 征
低强度 变形模量小 水理性质差 流变效应明显 1 软质岩石（软岩）
次生型软弱夹层特点： 产状不稳定，厚度变化大，成层条件不好，分布于风化卸载 带地下水循环带内， 向下逐渐变薄—消失 先研究岩体风化特征、卸载带范围内地下水径流途径 构造型与原生型区别： 构造型：厚度偏大， 可通过几种岩性 倾角变化大，有时可相交 注意：工程实践中的软弱夹层-----综合作用的结果 软弱夹层分类： 葛洲坝工程4类： （1）软岩夹层 常见的有粘土岩、疏松泥灰岩、石膏层、 碳质条带、斑脱岩等。这类夹层易风化，浸 水崩解、膨胀或溶解，其变形和强度的时间 效应明显。
(三)泥化夹层水理性质 1.膨胀性
粘土成分
微结构面发育程度
1.伊利石+高岭石+ 微结构面不发育
膨胀量<1%
决定
膨胀量 膨胀力
第二章 土的应力应变特性
2. p~q直角坐标表示法
在σ~τ直角坐标中，当采用应力圆上顶点的最大剪 应力τmax作用点作为固定点时，因该点的横坐标为 p=（σ1+σ3）/2，纵坐标为q＝（σ1－σ3）/2，恰好 对应各应力圆的圆心位置和其半径，因此可以唯一 的确定各个时刻的摩尔应力圆，所以也常有把应力 路径表示在p~q直角坐标中的情况。
在应力坐标图中， 自重条件下可绘出 一个K0状态的摩尔 应力圆O。
τ
c
0
Koγ.z γ.z
Ko状态 下的莫 尔圆O
σ
在施加建筑物荷载△p后，土体单元产生了应力增量： △σz＝△σ1，△σx＝△σ3和孔隙水压力增量△u，
此时σ1＝σz＝γz＋△σz，σ3＝σx＝K0γZ＋△σx
§2.1 应力路径 2、建筑物地基中的应力路径 τ
因此可以归结为对于建筑物荷载△p施加以后地基的排水 固结过程，其应力路径是一条水平线，如图所示的bc。
这也是建筑物在使用若干年后，可以适度增层的原因。
§2.1 应力路径 3.路堤分级加荷时的应力路径
t 有效应力
f
路径
c
0
Kosz
总应力 路径
90o
s sz
§2.1 应力路径 3.路堤分级加荷时的应力路径
c
如果建筑物荷载经 缓慢施加且允许土 中孔隙水压力充分
Ko状态 下的莫
b
尔圆O
消散，则在已定的 c
a
剪破面上（假设为
0
σ
圆O上的a点），应
Koγ.z
力路径将是ac线。
粗颗粒材料对土石流体流变特性影响之试验研究
粗顆粒材料對土石流體流變特性之影響詹錢登1王志賢2摘要土石流體的流變特性與其泥砂顆粒的大小、級配、含量及礦物組成等因子有密切的關係。
以往之研究大多侷限於細泥漿體或粗顆粒體的流變特性，而少有探討粗細顆粒同時存在時的流變特性。
本文則以細泥漿體為基礎，加入不同大小及含量之粗顆粒材料，研究粗顆粒對流變特性的影響。
實驗結果顯示：(1)土石流體之剪應力隨剪切率之增加而增加，在相同粒徑及剪切率下，粗顆粒含量較多者剪應力較大；(2)土石流體流變特性在剪切率4~12 s-1之間時，可以賓漢模式加以描述；(3)在細泥漿體中分別加入，相同體積、相同材質但不同粒徑之粗顆粒，均會增加漿體之屈服應力，但粒徑較小之粗顆粒所增加之屈服應力大於粒徑較大者。
Influences of Gravels on Debris-Flow RheologyJan, C. D. 1, J. S. Wang 2AbstractRheological property of a debris flow not only depends on sediment concentration in the flow, but also on sediment size, distribution, and mineral composition. Previous studies on debris-flow rheology focus on fine sediment-water slurries without gravels. This paper experimentally investigates the influences of gravels on debris-flow rheology by adding gravels into mud slurries. The present experimental study has the following results. (1) Under the same sediment concentration of a mud slurry, the mud slurry added with higher amount of gravels has higher shear stress when they are sheared with the same rate. (2)Rheological property of the slurry-gravel mixtures could be described by a Bingham model when the mixtures were sheared at the rates 4-12 1/s in the present experiments. (3) For slurry-gravel mixtures obtained from a slurry mixed with the same volume of gravels but different sizes, the mixtures with smaller-size gravels results higher yield stress when sheared at the same rate.一、前言土石流是大量水分、豐富的鬆散土石，或其它固體物質，如樹枝殘幹等所組成的混合流體，因此其組成成份相當複雜。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第二章 土石复合介质工程特性的试验研究 9 第二章 土石复合介质工程特性的试验研究
土石复合介质具有压实性能好、密度大、抗剪强度高、承载能力高、透水性强等特点，是一种工程性能良好的路基填筑材料。但土石复合介质的级配变化大、含水量极不均匀，并且颗粒粒径、颗粒含量、含水量、压实机械等对其工程特性影响巨大。因此为保证路基压实质量及稳定性，本章从连续级配和间断级配两个方面对土石复合介质的工程特性进行试验研究，分析了颗粒粒径、颗粒含量、含水量、干密度等因素对其工程特性的影响。
2.1土石复合介质的分类和命名 根据《公路土工试验规程》（JTJ051-93）第M0101-93关于土的工程分类部分，其土颗粒分类标准见表1。规程中规定试样中巨粒组质量多于总质量50％的土称为巨粒土，粗粒组质量多于总质量50％的土称为粗粒土；对于漂石，卵石，„等皆给出了定义。
2细粒组0.250.074砂0.50.002 (mm)细粗中粉粒粘粒粗巨粒组卵石漂石2006020粗粒组砾中细5土的分类标准表2.1
当土石混料的颗粒组成不同时，其性能差别较大。以不均匀系数为例，有的较小，有的高达几千，表明土石混料的颗粒组成极为分散，反映在颗粒级配上，一种为连续级配；一种为缺乏中间粒径的不连续级配。许多资料分析统计结果表明[20]，无论是缺乏中间粒径的粗粒土，还是连续级配的粗粒土，它们的颗粒组成中，d=2mm~5mm之间的颗粒含量一般都较少。因此在我国，习惯用固定粒径5mm作为分界粒径，即将小于5mm的颗粒称为细料、大于5mm的颗粒称为粗料。由于目前国内外对土石非均匀混合料没有明确统一规定，因此为了研究方便，将小于5mm的颗粒称为土（细料），大于5mm的颗粒称为石（粗料），粗料含量用P5表示。 根据上述颗粒组成特点，在土石混料的工程特性研究中，把土石混料看作粗细两部分。一般认为粗颗粒形成固架，细料填充孔隙，填充愈好，土体密度愈大，抗剪强度愈高，沉陷变形愈小。颗粒组成是决定颗粒介质工程特性的主要因素,因此着重研究石料的含量、细粒性质与工程特性的变化规律。 第二章 土石复合介质工程特性的试验研究 10 连续级配类型的土石混料，其集料从大到小，逐级粒径的颗粒都有，且按照一定的比例搭配，各级集料在排列时互相嵌挤又互不干涉，形成紧密多级的空间骨架结构，则此时土石混料具有较大的内摩阻力和较好的稳定性；非连续级配类型的土石混料缺少一级或几个粒级的颗粒，大小颗粒之间有较大的“空挡”，其空隙率降低较连续级配快，而且能较大限度地发挥集料的骨架作用，但易使混合料发生离析、施工和易性差。 由于实际填筑中土石混料的级配变化大，同时也为了研究不同粒径的石料对土石混料工程特性的影响，本章将从连续级配和间断级配两个方面研究土石混料的工程特性。
2.2连续级配的土石复合介质物理和力学特征 连续级配的土石混料是指其集料从大到小，逐级粒径的颗粒都有，且按照一定的比例搭配。而其作为一种路基填料，除了应有足够的稳定性外，还必须达到应有的强度,其理想性质应是： (1) 有较大的刚度,以提高良好的荷载分布性质； (2) 有较高的抗剪强度,以减轻车辆(包括施工车辆)作用下的辙槽； (3) 有较高的透水性,以便使进入的自由水能快速地排出。 要获得准确的强度指标，对细粒土来说室内试验原位测试技术已有试验规程供施工和设计使用。但对于土石混料来讲，由于受各种因素的影响而不易开展，已有的研究较少，但其力学性质对工程设计的经济合理性、施工的可能性和使用的稳定性却有重要的现实意义,因此有必要对其性质作进一步研究。 2.2.1.荷载—变形特性
根据张苏明[19]室内模型槽荷载试验的结果，可以得出以下几点：
SABC(B)(B)
(A)P(MPa)
(mm) 图2.1 粗颗粒填料的荷载－变形特性 （张苏明，1996） 第二章 土石复合介质工程特性的试验研究 11 (1) 荷载—变形曲线与土石混料的密度、颗粒组成和排列等因素有关，当颗粒之间不能相互接触以致形成不了骨架时，荷载—变形曲线反映土石混料中砂或粘性土的性质，当粗颗粒之间相互接触但不够紧凑时，在荷载作用下骨架颗粒可能出现移动，转动和重新排列，使荷载变形曲线出现跳跃的折线特点，当骨架排列较紧密时荷载—变形曲线呈线性规律。 (2) 各级荷载下，沉降稳定比较快，一般在2～6小时内即可稳定。 (3) 对于松散的土石混料，当土石比超过一定比例界限后，有时荷载增加不多，沉降就急剧增加。 2.2.2抗剪强度特性
土石混料的抗剪强度是一个受各种因素控制的指标，大小往往与其粒度成分、物质成分、密实程度等因素有关。根据云南公路科学技术研究所对土石混料(其中土为粘性土、石为砂岩)进行的抗剪强度试验研究[6] 得到如下结论： (1) 粗粒含量的影响：抗剪强度随粗粒含量的增大而增加，当粗粒含量小于40％，抗剪强度随粗粒含量的增大而稍有增加；当粗粒含量达到70％，抗剪强度增大尤为明显。粗颗粒含量增加的结果使粗颗粒之间的接触面增加，颗粒之间的摩擦力和嵌挤锁结力随之增加，因而内摩擦角提高。而随着细颗粒含量的减少，粗颗粒只起骨架作用，颗粒之间的孔隙没有足够的细料填充，颗粒之间稳定性降低，嵌挤锁结力减小，因而抗剪强度增加缓慢，甚至有降低的趋势，故强度指标有所下降。 (2) 压实干密度的影响：抗剪强度均随压实干密度的增加而提高，压实干密度越大，颗粒之间的嵌挤锁结力越强。受剪时首先要克服嵌挤锁结力，才能使颗粒产生相对滑动。压实干密度增大后，颗粒之间的孔隙减小，颗粒接触紧密，摩擦力随干密度的增加而提高。可见土石混料作为路基填料时，干密度的提高是提高抗剪强度的重要因素之一，因此在施工中应严格控制压实干密度。 (3) 含水量的影响：抗剪强度随含水量增加而降低，这是因为水分在细料颗粒的表面，细粒和粗颗粒表面形成一层润滑剂，随着含水量的增加，颗粒之间的水膜增厚，粘聚力亦随之降低，致使摩擦力下降而降低其强度。 (4) 细料含量的影响：当细料的增加，粗颗粒含量减少时，填充与粗颗粒缝隙的细料增多，粗颗粒之间的接触面减少，摩擦力和嵌挤锁结力随之降低，抗剪强度随细料的增加而降低。 2.2.3压缩特性
土石混料的压缩特性是路基稳定性的一个重要指标，而与其中粗料的含量有着直接的影响。云南公路科学技术研究所对不同土石比的土石混料进行压缩试验[6]得到相应的粗粒含量与压缩模量、孔隙比、单位沉降量的关系。将制备好的试样(其中土为第二章 土石复合介质工程特性的试验研究 12 粘性土,石为砂岩)分两层用击实方法装入试样筒，由于公路路基排水条件良好，试验方法采用非饱和固结，加载等级为0.1,0.2,0.3,0.4MPa。 土石复合介质大型压缩试验汇总 表2.2
粗粒含量 试验指标 垂直压力MPa 0 0.1 0.2 0.3 0.4
A组（40％） 单位沉降量 7.202 12.081 15.475 18.53 孔隙比 0.4413 0.4319 0.4239 0.4190 0.4146 压缩模量MPa 13.89 20.50 29.46 32.73
B组（60％） 单位沉降量 6.419 9.515 12.268 14.848 孔隙比 0.3754 0.3666 0.3624 0.3586 0.3550 压缩模量MPa 15.58 32.30 36.30 38.76 C组（70％） 单位沉降量 3.298 5.571 7.207 8.384 孔隙比 0.3588 0.3543 0.3512 0.3490 0.3474 压缩模量MPa 30.32 43.99 61.12 84.96 D组（80％） 单位沉降量 4.274 7.364 9.707 11.854 孔隙比 0.3693 0.3635 0.3592 0.3560 0.3531 压缩模量MPa 23.55 32.08 42.68 46.58
从试验结果可见，土石混料的粗料含量与压缩关系为：随粗料含量的增量，压缩模量增大，孔隙比、单位沉降量减小。当粗料含量达到70％时，压缩模量最大，孔隙比，单位沉降量最小。这说明在该状态下，该混料孔隙率最小、最密实。当粗料含量超过70%时，由于填料压实特性降低，所以压缩模量逐渐降低;孔隙比、单位沉降量则缓慢上升，可见该土石混料属于压缩性、稳定性好的材料。
97
40
19单位沉降量 mm/m
1311
1517
0.356080粗粒含量(%)
0.334060孔隙比0.390.370.4180粗粒含量(%) 图2.2 单位沉降量与粗粒含量关系 图2.3 孔隙比与粗料含量关系 （武明，1994） （武明，1994） 而在水利工程中，在山岔水库中，郭庆国等[20]对作为大坝填料的土石混料研究表明：粗料含量为70％时沉降量最小,即粗料含量为70％时，细料和粗料填充最密实、孔第二章 土石复合介质工程特性的试验研究 13 隙最小，所以沉降变形最小，如图2.4。 7
1098
50608070粗料含量（％）
沉降量
（mm）
图2.4 压缩沉降量与粗料含量的关系 （郭庆国，1998）
2.2.4压实特性
1) 粗料含量与压实干密度的关系 根据郭庆国等[20]进行的粘性粗粒土压实特性试验表明：当粗料含量为某一值时，含水量与干密度呈抛物线关系，并出现最大干密度和最优含水量；不同粗料含量的粘性粗颗粒，虽然含水量与干密度呈一般规律，但相应的最大干密度和最优含水量值大小不同，从图2.5、2.6可以看出最大干密度随粗料含量的增大而增大，最优含水量随粗料的增大而减小。 当粗料含量P5≤30%~40%时最大干密度增长较小，当P5≥30%~40%时最大干密度增长较快，至到P5在60％～70％，最大干密度出现最大值，此时有最优粗料含量P50。当超过P50，最大干密度随粗料含量增大而减小。其主要原因是同样体积的细料比粗料重量小，粗料的增加引起干密度增大，当P5增至30％～40％时粗料颗粒有局部接触，开始起骨架作用，细料又能填充孔隙，两者相互充填和紧密接触，密度随粗料含量增大而增加，直至60％～70％，密度达到最大值。粗料继续增加，细料不足填满孔隙，因而密度减小。同时粗料骨架承担外力，处于孔隙中的细料得不到压实，也造成密度减小。
3干密度（g/cm
）
15.0图2.5 不同粗料含量干密度与含水量关系7.51.62.55.0含水量（％）10.012.51.81.75P =20%5P =50%5P =40%1.917.5P =60%2.05
2.1
最大干密度ρ （g/cm ）
1.8
01.61.73dmax1.92.02.1粗料含量P（％）52010304050最优含水量ω（％ ）60510
15
20
图 2.6 最大干密度、最优含水量与粗料含量关系 图2.5 不同粗料含量干密度与含水量关系图 2.6 最大干密度、最优含水量与粗料含量关系 （郭庆国，1998） （郭庆国，1998）