文摘

岩土聚合、特定geomaterial,表现出复杂的力学行为。岩土总抽样的深层滑动质量在长江Jinpingzi面积Wudongde水电站是了解其力学行为研究。实验室大型三轴试验进行了考虑不同层次,石头内容和围岩压力。结果表明,变异的石头内容和层次大大影响岩土力学特性的聚合。此外,石头内容的影响,应力-应变曲线和层次变化,Mohr-Coulomb基于标准的抗剪强度参数,基于基于模型的变形参数,和内摩擦角进行了分析。修改后的罗stress-dilatancy方程描述岩土力学响应的总体建议。

1。介绍

岩土总正在成为一个新概念的积累层滑动质量受到越来越多的关注。因此,Geomaterials进一步分为三种存在形式,是土壤,岩石,岩土聚合(1]。岩土聚集在地球上分布广泛,已经发现在许多工程建设情况。由于实际需要,岩土力学性能的聚合已经被许多学者广泛地解决。特别是在过去的几十年中,岩土总收益的流行热点问题在岩土工程范围。

总在岩土分层滑移体是一种天然geomaterial积累。它由块、砂砾和细粒土的各种维度。由于这种独特的组成,它的特点是高不均匀性和不连续性2,3]。因此其力学特性和变形破坏机理有别于传统geomaterials,比如土壤和岩石块(4- - - - - -6]。岩土的结构特征聚合,包括其颗粒组成,颗粒性质,以及空间分布模式,显著影响其力学特性(7,8]。

对于实验室测试,研究通常进行基于一系列的测试,其中包括大型原位剪切试验、实验室剪切试验,室内单轴抗压试验和渗透测试(9- - - - - -12]。力量和渗流参数可以获得并通过工程建设。至于原位测试,石材的自然特性内容,石头空间分布,及其分级维护。然而,岩土骨料随机分布。由于这一事实,以及限制造成的代表性、可操作性,和财务成本,不能进行大量原位测试。此外,对滑坡发生在深层滑动质量厚度大于25 m、岩土应力状态和应力路径的总有显著影响滑坡的演化过程。因此不实用的原位测试,以提供不同的应力状态和应力路径条件。

至于三轴试验,成功开发实验室大型三轴测试设备可以进行室内测试geomaterials包含粗粒度的颗粒。此外,大型三轴试验提供的应力状态是接近真实情况,可以进行多种应力路径。因此,测量参数合理、可靠,可以反映岩土聚合的固有特性。到目前为止,基于大型三轴试验重点研究岩土的力学特征总抽样从自然滑动质量很少报道。

Jinpingzi滑坡发生在中国西南Wudongde水电站。滑移体的体积约为2700×10⁴米³和它的厚度大约是45 ~ 100米。是深层滑动质量的主要内容是古冲沟的砾石土和白云石岩土总量。研究了白云石岩土总量是抽样从这个滑动(图质量1)。通过执行实验室大型三轴试验、岩土力学特性和变形破坏模式的总量进行了分析。

2。材料和方法

2.1。材料

的正面Jinpingzi滑坡的滑动质量选为采样区域。获得的样本有丰富的层次(图2(一个))。它的粒子有各种形状,大多角,次棱角状。大多数岩石的块大小范围从2厘米到7厘米,最大大小达到15厘米。岩土聚合主要是由Z2d白云石和硅质白云岩,机械强度高。

实验室粒子分析的样品上进行岩土总首先。等效代换法是用来减少的规模超大的粒子。粒子直径5 ~ 60毫米范围用于等同于替代品的超大颗粒直径超过60毫米。粒子的直径的比例小于5毫米保持不变。用于测试获得的等级平均线在图绘制2(一个)。等级1、2、4和5的宽级配调整测试。

2.2。大型三轴剪切仪和测试方法

样品的尺寸安排Φ300毫米×600毫米。测试是在大型三轴试验机上进行,绘制在图2 (b)。

三轴试验中使用的样品在饱和状态。开始的时候测试,样品都恢复到它们的自然应力状态。封闭压力排列为0.4 MPa, 0.8 MPa, 1.2 MPa, 1.6 MPa。饱和压实试验获得的样本的密度(表1)。所有样品的紧密程度控制90%。

轴应变consolidated-drained三轴剪切试验。横波速度是固定在0.25毫米/分钟(或2.5% /小时)。样本大小、干密度和级配计算符合测试要求。岩土总样本然后称重和混合均匀。

3所示。结果和讨论

3.1。测试结果

大规模饱和consolidated-drained剪切测试进行准备的样品安排在5固定的层次。的应力应变曲线轴向应变和体积应变曲线获得。不同层次样品绘制的曲线数据3和4。

以下结果可以概括分析了三轴试验的结果。(1)观察到显著的非线性岩土应力应变曲线的总体样本。最大值主要的差异值,用,随着围压的增加而增加。(2)当围压很低(MPa)、岩土总展览轻微的应变软化效应。加工硬化程度增加随着围压的增加。当围压的方法大的值(MPa)、岩土总应变强化效应。应力-应变曲线基于大约20个样品都有广泛的水平分布峰值点附近。这表明岩土总有韧性显著塑性变形特性。(3)通过观察体积应变与轴向应变曲线,发现剪切收缩变形随着围压的增加而增加。当围压很低(MPa),样品首先显示剪切收缩,然后显示剪切膨胀。随着围压的增加,剪切膨胀的程度降低。当围压高(MPa),样品基本上表现出剪切收缩。随着荷载的增加,剪切变形收缩程度的增加变得越来越小。

上述观察到的宏观变形结果有密切相关性介观结构的调整和粒子加载过程中岩土总破裂。当围压较低时,抵抗粒子运动很小。因此,当样品剪切状态下,粒子容易克服阻力,将相邻的粒子,造成混乱的滑落。结果,观察到显著的剪切膨胀变形和应力应变曲线的应变软化效应较弱。当围压高,粒子之间的约束效应和抵抗运动剪切破坏过程中是相当大的。因此,当样品剪切状态下,粒子很难克服的阻力,从而降低脱臼失误的可能性。因此,剪切膨胀程度降低。作为粒子不能翻相邻粒子,引起应力集中。然后它会导致颗粒破裂和重组。的应力应变曲线类型和体积应变硬化主要是浓缩的。

3.2。的影响等级和石头的内容

应力-应变曲线。分析变形特性的差异在不同的样本,应力应变曲线轴向应变和体积应变曲线获得样本数据不同层次的组织策划5和6。测试得到的曲线都是同一围压下。

发现数据5和6同一围压下,应力应变曲线获得等级1号样品要低得多,大偏差程度比其他曲线,而其他曲线获得等级2号5号样品基本上是相同的。

在低围压下,应力应变曲线的分级层次1显著低于曲线2 ~ 5。随着围压的增加,1级配曲线逐渐趋于其他层次的曲线。在高围压下,曲线分布的层次基本上是相似的。

体积应变与轴向应变关系,剪切收缩的影响比其他层次等级1更大的观察。特别是对围压小于0.4 MPa,等级2 ~ 5样品的体积应变首先增加然后迅速减少,把体积应变大小正值为负值。同样,在这个过程中,剪切首先发生收缩,然后剪切膨胀发生显著。另一方面,虽然等级1样品的体积应变也是先增加然后减少,下降速度较低和体积应变大小在整个过程中保持正值。与其他层次相比,膨胀的影响等级1样本是不明显的。随着围压的增加,剪切膨胀效果的层次逐渐变得不可见。特别是,当围压超过0.8 Mpa为等级1,剪切收缩效应和剪切发生膨胀效应已不复存在。对其他层次的围压下0.8 Mpa,剪切收缩效应也观察到和剪切膨胀效应变得不可见。当围压大于1.2 Mpa,等级2 ~ 5样品剪切收缩效应和剪切膨胀效应不复存在。一句话,在高围压下,体积应变与轴向应变曲线观察到所有层次的分配均匀。 This feature is basically consistent with that of stress to strain curves.

原因是细粒粒子直径的比例小于5毫米占49.11%。因此,框架效应提供粗粒度的颗粒不明显。另一方面,岩石比例从60%到80%不等的等级2号5号样品。粗和细粒粒子可以达到完全相互接触。粗粒度的颗粒可以形成骨骼和细粒颗粒完全填补空洞内骨架,因此能够达到一个最佳的组合,产生相当大的咬力。因此,偏应力比较大。从开始加载到最大加载值的到来,应力应变曲线的层次2号,3号,4号几乎与级配5号。它表明,当岩石比例从60%到80%不等,其变异小影响应力应变曲线前达到最大值。达到最大加载值后,应力应变曲线散乱地发展。成分的粗和细颗粒级配3号样品达到最优状态,最大偏应力。 When the confining stress is low, the volumetric strain curves of all samples exhibit remarkable shear contraction (or shear dilation) characteristics.

抗剪强度参数。可以看出强度包络线通常线性围压条件下的0.4 MPa ~ 1.6 MPa(图7)。Mohr-Coulomb故障判据采用确定抗剪强度参数和。抗剪强度参数的变化规律和岩石的变化比例绘制在图8鉴于在表2。

与石头的数量的增加,剪切强度参数的值不同的样本层次显示缓慢增加的趋势但剪切强度参数的值显示一个缓慢下降的趋势。等无粘性颗粒介质岩土聚合、其所提供的抗剪强度主要是咬力之间的粒子。空洞内粗颗粒的级配3号和4号样品可以由微粒同时粗粒子可以相互形成良好的骨架,咬力这两个样品可以达到最大值。随着岩石分级4号和5号样品的比例比较大,粗和细粒子能够密切联系。因此,他们的咬力和剪切强度也相当大。微粒的比例在等级1号样品相对比其他样本;因此其抗剪强度小。抗剪强度参数范围从38.0°到39.4°,这不是明显受到P5。

变形参数。如前所述,岩土总表现高度非线性。双曲模型被称为基于模型是一个增量非线性stress-dependent模型由邓肯和Chang(建议13]。Mohr-Coulomb其失效标准包括两个强度参数和。这个模型包括- - - - - -模式和- - - - - -模型描述非线性stress-dependent和非弹性行为。切线弹性模量和切线泊松比可以使用表达式描述提出的- - - - - -模型如下(13]: 在哪里是凝聚力和内摩擦角。故障时主应力比。是横向膨胀引起的应变增量偏应力增量。

此外,当- - - - - -模型、体积弹性模量岩土总可以计算的14] 在哪里初始体积弹性模量的比例吗当围压是正常的气氛。是一个指数描述体积弹性模量的增加程度随着围压的增加。

初始弹性模量之间的关系和围压以及初始泊松比之间的关系和围压,图中给出了9。结果表明,随着围压的增加,初始弹性模量增加。作为和是线性相关的,之间的关系和围压可以被描述为一个stress-dependent参数使用幂律制定建议Janbu [15]: 在哪里是正常的气氛,的比例是来当围压是正常的气氛。是索引描述程度的增加当围压增加。

它也发现从图9最初的泊松比随着围压的增加和减少是线性相关的作为 在哪里是初始切线泊松比在正常大气。是一个指数描述切线泊松比的增加程度,当围压增加。

发现总在岩土介质的轴向应力-应变曲线和高围压是非线性的,可以描述使用夸张的曲线,从图10。

变形参数之间的关系和石头P5在表的内容2的基础上(1)~ (4)。与石头P5内容的增加,变形参数,,普遍增加。这表明更高价值的石头内容会导致更强的框架支持效应产生的粗粒度的颗粒和较大的体积弹性模量。的值和都是随着P5增加减少。的值,,不显著影响P5。

内摩擦角。岩土内摩擦角总指数分级有关,石头的内容,和其他因素。采样的凝聚力滑动质量假定为零。内摩擦角可以使用 在哪里和测量值的第一和第三主应力测试。之间的关系和围压在图给出11。这是发现从图11,随着围压的增加,内摩擦角逐渐减小,基本上是围压为对数线性相关 在哪里内摩擦角,当围压是正常的气氛。是逐渐递减的内摩擦角。当围压较低,内摩擦角达到最大。基于(5)和(6)的拟合值和如图11。这些值的变化与石头的内容在图给出12。它是发现,一般来说,和显示逐步增加的趋势随着石含量增加。当石头内容变化在50%到80%,的价值51°,范围从47°范围从4.9°到8.5°,表明石含量变化没有显著影响的值和。峰值内摩擦角的变化规律随着围压的变化,在上面的表达式,提出适用于岩土总质量抽样从自然滑动。

3.3。Stress-Dilatancy岩土聚合的行为

查尔斯和瓦的研究(16)表明,当主应力达到最大值,膨胀率,即的最大价值,与第一主应力比第三主应力,即。这里,膨胀系数峰值定义的表达式。根据Indraratna的研究(17),建议采用双曲线来描述这种关系和根据条件,围压范围从1 kPa 240 kPa。罗提出了线性stress-dilatancy方程(18,19]。基于假设的硬质塑料岩土聚合、方程写成的18] 在哪里主应力比,计算了吗,膨胀系数,计算了吗,一个角度摩擦有关。图13显示的拟合结果~对所有样本有不同的层次。根据测试结果(表3)的价值岩土总范围从5.17到5.50,表明石含量变化没有显著的影响。同时,很明显从图13罗的stress-dilatancy方程显然高估了膨胀岩土聚合、和stress-dilatancy行为没有显著影响的压力。

从另一个角度来看,它是发现从图(13日),当围压范围从0.4 MPa 1.6 MPa,展品幂函数关系对所有样本有不同的层次。为了模型在变形膨胀岩土聚合、修改stress-dilatancy关系 在哪里和在测试获得的参数。让;然后(8)可以写成

显然,的价值反映了应力比的影响的膨胀岩土聚合。特别是,当,(9)是原罗的stress-dilatancy方程,在这个时间。

图13显示修改后的stress-dilatancy方程可以用来描述岩土骨料的体积变形特性。的值和在不同等级表3,其中的价值岩土总范围从4.82到5.11,表明岩石含量变化没有显著的影响。的价值范围从1.4462到1.9152,这暗示值是影响岩石的内容变化,主要内容显示,当岩石变低,值小;当岩石内容变化比较高,价值更大。

图14显示了dilatancy-contraction岩土所表达的聚合关系公式(9)。在低围压条件下,当、岩土总显示剪切收缩;当岩土总显示,剪切膨胀;当,等于0。因此公式(9)固有的假设岩土综合价值不仅是收缩和膨胀的分界点,但也是对应的临界状态应力比恒定体积变形。在高围压下,总是小于并为岩土聚合收缩发生。当变得更大的和方法、岩土骨料逐渐临界状态和保持不变体积变形。

4所示。结论

以下理解可以指出我们分析了岩土的加载测试结果后聚合来自Jinpingzi滑动质量。(1)0.4 MPa,围压下的岩土总展览轻微的应变软化效应和显著的剪切扩张效应。当围压超过0.8 MPa,样品展览应变强化效应和剪切收缩效应。在低围压条件下,石头内容和层次的变化具有重要影响的应力-应变曲线和体积strain-axial应变曲线。然而,在高围压条件下,应力-应变曲线和体积strain-axial应变曲线不同的层次和石头内容基本相似,表明层次和石头内容的影响更小。一般来说,岩土总抽样从滑动质量具有承载力高和相当大的延性塑性变形特征。(2)初始弹性模和是线性相关的。初始泊松比和负线性相关。当围压变化在中等和高值,双曲线的轴向应力-应变关系可以用来描述岩土聚合。当围压范围从0.4 MPa为1.6 MPa,莫尔强度包络线是典型的线性风格。当石头内容范围从50%到80%,抗剪强度参数针对摩尔-库仑强度准则得到逐渐增加,抗剪强度参数逐渐降低石头内容增加。内摩擦角是负线性关系。他们之间的关系可以描述使用邓肯提出表达式。此外,在低围压下,内摩擦角达到最大值。这个索引还维护大型级石含量高和良好的级配。(3)基于研究岩土骨料的体积变形特性和体积变形和主应力比之间的关系,修改后的罗stress-dilatancy方程适用于岩土总建议。

总之,基于模型在一定程度上适合描述岩土变形特性的聚合。未来研究将如何提出一个实用的适合岩土本构模型聚合结合基于模型和罗是stress-dilatancy方程提出修改。

利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

这项研究得到了国家基础研究项目(没有。2011 cb710600)和中国国家自然科学基金(号。51379022,51179013,51209021)。这些支持大大承认和赞赏。