含石量對土石混合料剪切特性的影響

2016-05-25 00:37:13蔣鵬

工程與建設 2016年4期

蔣鵬

(合肥市市政設計院有限公司,安徽合肥 230041)

含石量對土石混合料剪切特性的影響

蔣鵬

(合肥市市政設計院有限公司,安徽合肥 230041)

土石混合料作為路基填料的重要組成部分，其力學特性直接關系道路能否安全使用。為此，采用離散元方法對土石混合料的剪切特性進行研究，分析在不同含石量不同圍壓情況下，土石混合料的抗剪強度及剪脹性。結果表明：隨著含石量的增加，土石混合料的抗剪強度在增加，剪脹性增強。

含石量；土石混合料；離散元；抗剪強度

土石混合料是由粒徑較小的土和塊徑相對較大的石組成，它們是在路基挖方或巖體爆破過程中產生的一種混合料[1-2]。作為就地取材的一種路基填料，它的力學特性直接關系著道路的安全性能，故有很多專家學者對其力學性能進行研究和探討，如賈學明、柴賀軍等通過室內三軸試驗和相關數值模擬對土石混合料的抗剪強度和路用性能進行研究和評價[3-4]；董云、徐文杰等通過工程實踐和室外大型試驗對土石混合料的力學性能進行探討，并得出許多有益結論[5-7]。

土石混合料中的石塊作為土石混合料的“骨架”，其含量直接關系著土石混合料的抗剪強度的大小，影響路基的穩定性能。為此，本文采用基于離散元的PFC軟件建立雙軸試驗對土石混合料中含石量對土石混合料力學性能的影響進行探討和分析，希望對土石混合料在路基中的應用提供一些有益結論。

1 模型介紹

1.1 土石混合料選取

現實中大部分的土石混合料均為不規則的形狀，在本試驗的過程中為了進行簡化計算和考慮到計算機的性能，參考賈學明、趙金鳳等[8-9]人的研究思路，本文將土體和石塊體均簡化成不同粒徑的圓球。本次土石混合料式樣取自某一級公路工地，根據武明等[10]人的研究思路，把顆粒直徑10 mm作為土、石粒料的分界線，通過篩選分別得土和石(其級配情況見表1)，土、石各自的微觀參數(見表2)，通過室內土工試驗和與之相對應的PFC細觀試驗的標定進行確定，采用不同含石量的土石混合料來進行PFC雙軸剪切試驗。

表1 土石混合料不同粒徑質量百分比

表2 土石混合料參數

1.2 土石混合料的離散元雙軸

由于現實條件下的雙軸剪切試驗的操作比較復雜，對儀器設備要求較高，且受外界因素影響顯著，故本文選用基于離散元的雙軸試驗模擬手段，它克服了傳統物理試驗的繁瑣操作和較高的不成功率，同時相對于其他模擬軟件，它可以更真實地還原土石混合料本來的物理性質。本文采用的離散元軟件為PFC2d，本文選取的土石混合料為砂性材料，探討試件在10 kPa、15 kPa、20 kPa圍壓下，不同含石量的土石混合料的雙軸試驗，其模型見圖1。