細(xì)粒含量對(duì)中細(xì)砂剪切行為的影響

薛圣澤， 段 釗， 隋智力， 鄧念東， 馬建全， 唐 皓

(1.西安科技大學(xué)地質(zhì)與環(huán)境學(xué)院， 西安 710054； 2.陜西省煤炭綠色開發(fā)地質(zhì)保障重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 西安 710054； 3.北京城市學(xué)院城市建設(shè)學(xué)部， 北京 100083)

所有土體均是由成分不一、形態(tài)各異的顆粒構(gòu)成的[1-2]，顆粒組分含量對(duì)巖土體物理力學(xué)性質(zhì)影響較大[3]。因此，顆粒級(jí)配不同的砂土特性差異較大[4]，為了更好地了解巖土材料在不同粒徑下的特性，許多學(xué)者進(jìn)行了試驗(yàn)研究[5]。

凌華等[6]利用不同細(xì)粒含量的粗粒土進(jìn)行了三軸試驗(yàn)，對(duì)細(xì)顆粒含量影響下峰值強(qiáng)度、應(yīng)變及剪脹特性變化規(guī)律進(jìn)行了研究,發(fā)現(xiàn)在低圍壓條件下，峰值強(qiáng)度隨細(xì)粒含量增加而減小，而在高圍壓條件下表現(xiàn)相反。卜建清等[7]利用三軸試驗(yàn)研究了粗粒土強(qiáng)度受凍融次數(shù)、細(xì)粒含量和圍壓影響下的變化規(guī)律，提出粗粒土強(qiáng)度在未經(jīng)歷凍融時(shí)隨細(xì)粒含量增加而增大，而在凍融作用下，強(qiáng)度反而隨之減小，并在反復(fù)凍融6次后達(dá)到穩(wěn)定。張晨陽等[8]在粉細(xì)砂中加入不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的細(xì)粒土，并進(jìn)行了三軸剪切試驗(yàn)，討論了細(xì)粒含量對(duì)鈣質(zhì)砂剪切特性的影響，提出在細(xì)粒含量40%以內(nèi)時(shí)，由顆粒間咬合作用提供的咬合力隨細(xì)粒含量增加顯著降低其黏聚力變化與細(xì)粒含量的增加成反比。Chang等[9]認(rèn)為少量的細(xì)粒顆粒可以有效減小不排水條件下的抗剪強(qiáng)度，提出了考慮細(xì)粒影響下的粉砂微觀應(yīng)力-應(yīng)變模型，通過公式對(duì)粉砂顆粒孔隙及顆粒變形情況進(jìn)行判定，對(duì)顆粒間的臨界摩擦角和滑動(dòng)量受細(xì)顆粒影響的情況進(jìn)行了討論。劉飛禹等[10]利用不同級(jí)配的砂土與土工柵格和土工織物進(jìn)行了抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)，研究了顆粒級(jí)配與法向應(yīng)力對(duì)加筋土剪切行為的影響規(guī)律，發(fā)現(xiàn)級(jí)配良好的砂的抗剪強(qiáng)度要明顯低于級(jí)配較差的砂，且松砂表現(xiàn)出不同于密實(shí)砂土的剪縮現(xiàn)象。王力等[11]認(rèn)為黏粒對(duì)黃土的物理力學(xué)性質(zhì)有很大影響，并進(jìn)行了相關(guān)試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)了黃土試樣的內(nèi)摩擦角隨黏粒含量的增加先減小后增大，而黏聚力呈線性增長。張曉麗等[12]通過直剪試驗(yàn)研究了黏粒含量對(duì)膨脹土剪切特性的影響，認(rèn)為黏粒含量增加對(duì)膨脹土試樣內(nèi)摩擦角的影響趨勢(shì)和黃土一致，均為先減小后增大，且黏聚力隨黏粒含量增加而不斷減小。沈才華等[13]通過三軸試驗(yàn)研究了海洋性土的物理力學(xué)特性受細(xì)粒砂和伊利石土含量的影響規(guī)律，認(rèn)為細(xì)粒砂的剪切強(qiáng)度和殘余強(qiáng)度均隨細(xì)粒砂含量的增加而增大。

現(xiàn)通過對(duì)5組不同細(xì)粒土含量的中細(xì)砂混合粒組試樣進(jìn)行直接剪切試驗(yàn)，分析剪切試驗(yàn)結(jié)果，并揭示細(xì)粒含量對(duì)中細(xì)砂剪切特性的影響，旨在為實(shí)際工程應(yīng)用和相關(guān)研究提供一定的參考依據(jù)。

1 試驗(yàn)研究

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)將經(jīng)過分散、篩分及烘干的細(xì)粒土(直徑d≤0.075 mm)與干燥的標(biāo)準(zhǔn)中細(xì)砂(0.075

圖1 試樣粒徑累計(jì)區(qū)間Fig.1 Cumulative interval of test sample

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)及程序

試驗(yàn)中利用南京土壤儀器廠生產(chǎn)的ZLB-1型三聯(lián)直剪儀進(jìn)行直剪試驗(yàn)，剪切盒尺寸為φ61.8 mm×20 mm。按照剪切盒尺寸及試驗(yàn)設(shè)定的干密度(1.5 g/cm3)，將混合好的試驗(yàn)樣品分層放入剪切盒中并壓實(shí)，單層壓實(shí)后對(duì)試樣表面進(jìn)行剖毛處理，最終保證試樣上表面平整。分別對(duì)5組不同細(xì)粒含量的混合粒組試樣在25、50、100、200 kPa法向應(yīng)力條件下進(jìn)行直接剪切。剪切速率為0.8 mm/min，剪切位移每增加0.08 mm進(jìn)行一次數(shù)據(jù)采集，當(dāng)剪切位移達(dá)到6.80 mm(即試樣剪切應(yīng)變?chǔ)?11%)時(shí)試驗(yàn)停止。

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 法向應(yīng)力對(duì)直剪特性的影響

2.1.1 應(yīng)力-應(yīng)變特征

圖2為5組混合粒組試樣在不同法向應(yīng)力下剪切應(yīng)力-應(yīng)變(τ-ε)關(guān)系曲線。可以看出，直剪試驗(yàn)過程中包括固結(jié)擠密階段、初始剪切階段(線彈性階段)、顆粒重組階段(彈塑性階段)、破壞穩(wěn)定階段(應(yīng)變軟化階段)以及應(yīng)變硬化階段(僅出現(xiàn)在高法向應(yīng)力下個(gè)別試樣中)[13]。由圖2可見，所有試樣的抗剪強(qiáng)度均隨法向應(yīng)力的增加而增大。應(yīng)變相同時(shí)，高法向應(yīng)力條件下，同一混合粒組試樣的剪應(yīng)力相對(duì)較大；在初始階段剪切應(yīng)力呈線性增大，隨著剪切應(yīng)變的增加，剪切應(yīng)力增速減慢，曲線斜率降低，隨著剪切應(yīng)變的進(jìn)一步增加，在25、50、100 kPa法向應(yīng)力條件下各混合粒組試樣剪切應(yīng)力達(dá)到峰值后均出現(xiàn)一定程度的軟化現(xiàn)象，而在200 kPa法向應(yīng)力條件下0、10%、20%混合粒組試樣的應(yīng)力-應(yīng)變曲線則表現(xiàn)出顯著的硬化現(xiàn)象，5%及40%混合粒組試樣則又出現(xiàn)應(yīng)變軟化現(xiàn)象。同時(shí)，隨法向應(yīng)力增加，各混合粒組試樣峰值強(qiáng)度所對(duì)應(yīng)的應(yīng)變也隨之增大。

表1 試樣粒度特征表Table 1 Test sample characteristic parameters

圖2 不同法向應(yīng)力下試樣應(yīng)力-應(yīng)變曲線Fig.2 Stress-strain curves of test samples under different normal stresses

當(dāng)顆粒運(yùn)動(dòng)方式為豎向翻滾時(shí)[圖3(a)]，剪切力T不斷增大，直到其與法向壓力FN、下部顆粒的支撐力F1的合力F合方向如圖3(b)所示時(shí)，顆粒開始進(jìn)行豎向翻滾運(yùn)動(dòng)，剪切應(yīng)力隨之不斷增大。當(dāng)顆粒運(yùn)動(dòng)方式為水平運(yùn)移時(shí)[圖3(c)]，下剪切面基本可以視作粗糙的平面，則法向壓力FN和下部顆粒支撐力F1可以看作一對(duì)平衡力，剪切力T需要克服的僅為摩擦力f[圖3(d)]，因此剪切應(yīng)力相對(duì)顆粒豎向翻滾時(shí)減小。

在25、50、100 kPa法向應(yīng)力條件下，各混合粒組試樣達(dá)到峰值強(qiáng)度后，顆粒重組作用開始減弱，隨著剪切面附近顆粒運(yùn)動(dòng)方式由豎向翻滾逐漸變化為以水平運(yùn)移為主，剪切應(yīng)力開始加速減小，隨后減小速率變緩并逐漸達(dá)到殘余強(qiáng)度；與之同等應(yīng)變時(shí)，200 kPa法向應(yīng)力條件下的顆粒運(yùn)動(dòng)方式仍以豎向翻滾為主，因此剪切應(yīng)力仍然持續(xù)增加，隨著試驗(yàn)繼續(xù)進(jìn)行，5%和40%混合粒組試樣剪切應(yīng)力加速減小后逐漸趨于穩(wěn)定。

圖3 顆粒運(yùn)動(dòng)方式及力學(xué)分析示意圖Fig.3 Schematic diagram of particle motion mode and mechanics analysis

2.1.2 剪脹與剪縮

各混合粒組試樣在不同法向應(yīng)力下剪切面附近顆粒運(yùn)動(dòng)方式明顯不同，從而表現(xiàn)出不同的剪脹或剪縮現(xiàn)象。圖4以5%混合粒組為例，利用直剪過程中試樣的法向應(yīng)變數(shù)據(jù)繪制出不同法向應(yīng)力下法向應(yīng)變-水平應(yīng)變(εV-εH)曲線。

圖4 法向應(yīng)變-水平應(yīng)變曲線Fig.4 Normal strain - horizontal strain curves

從圖4可以看出，各法向應(yīng)力下試樣均先出現(xiàn)剪縮現(xiàn)象，隨著剪切應(yīng)變的增加，剪脹現(xiàn)象逐漸顯著。剪縮現(xiàn)象主要出現(xiàn)在直剪試驗(yàn)的固結(jié)擠密階段和初始剪切階段，此時(shí)引起試樣體積變化的主要因素是在水平剪切力的作用下，顆粒不斷運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致內(nèi)部結(jié)構(gòu)調(diào)整，從而使試樣顆粒間孔隙逐漸減小。剪縮率隨著法向應(yīng)力的增加先不斷增大，當(dāng)法向應(yīng)力超過100 kPa后剪縮率變小。

剪脹現(xiàn)象則在直剪試驗(yàn)顆粒重組階段開始出現(xiàn)，此時(shí)顆粒間孔隙在經(jīng)過固結(jié)擠密階段和初始剪切階段后孔隙被壓縮，但抵抗水平剪力破壞作用的能力仍未達(dá)到最大。因此，顆粒開始重組，此時(shí)的運(yùn)動(dòng)方式以豎向翻滾為主，而當(dāng)側(cè)面的顆粒在水平剪切力和法向應(yīng)力的作用下翻滾至相鄰顆粒上方時(shí)，則造成了剪脹現(xiàn)象的出現(xiàn)，而隨著試驗(yàn)的進(jìn)行，顆粒間重組逐漸完成，法向應(yīng)變的增長幅度逐漸趨于平緩并最終保持穩(wěn)定。試樣剪脹率隨著法向應(yīng)力的增加先減小，在法向應(yīng)力為100 kPa時(shí)陡增至最大后減小。

2.1.3 摩擦因數(shù)

值得注意的是，隨著法向應(yīng)力的加大，各粒組試樣顆粒間摩擦力顯著增大，使得顆粒間運(yùn)動(dòng)的難度和完成結(jié)構(gòu)重組所需應(yīng)變隨之加大，因此剪切應(yīng)力達(dá)到峰值強(qiáng)度需要更大的水平應(yīng)變。

由于顆粒間摩擦力計(jì)算的復(fù)雜性，可利用試樣整體摩擦因數(shù)來衡量試樣內(nèi)顆粒間運(yùn)動(dòng)難易程度。在直剪試驗(yàn)中，計(jì)算各混合粒組試樣在不同法向應(yīng)力下的摩擦因數(shù)的公式為

(1)

式(1)中：f為試樣摩擦因數(shù)；τ為試樣剪切應(yīng)力；σn為法向應(yīng)力。根據(jù)不同法向應(yīng)力下各粒組數(shù)據(jù)繪制出摩擦因數(shù)與法向應(yīng)力關(guān)系。

從圖5可以看出，隨著法向應(yīng)力從25 kPa增加到100 kPa的過程中，各組試樣摩擦因數(shù)均表現(xiàn)出線性降低的特征。隨著法向應(yīng)力由100 kPa增加至200 kPa，曲線斜率突然變緩，摩擦因數(shù)基本維持在一個(gè)穩(wěn)定值。100 kPa可看作本文5種混合粒組試樣摩擦因數(shù)的閾值，且粒徑級(jí)配對(duì)閾值的變化影響很小不難發(fā)現(xiàn)，法向應(yīng)力超過100 kPa時(shí)，試樣材料的剪脹與剪縮現(xiàn)象和摩擦因數(shù)變化規(guī)律出現(xiàn)明顯變化。

圖5 試樣摩擦因數(shù)-法向應(yīng)力曲線Fig.5 Friction coefficient-normal stress curves of test samples

2.2 細(xì)粒含量對(duì)直剪特性的影響

2.2.1 抗剪強(qiáng)度

研究表明試樣顆粒級(jí)配對(duì)其直剪特性具有一定影響[14]。利用試驗(yàn)數(shù)據(jù)，繪制細(xì)粒含量不同的試樣分別在不同法向應(yīng)力下的應(yīng)力-應(yīng)變曲線，如圖6所示。可以得到如下結(jié)論。

圖6 不同細(xì)粒含量試樣應(yīng)力-應(yīng)變曲線Fig.6 Stress-strain curves of test samples with different fines contents

(1)在不同法向應(yīng)力條件下，隨著試樣內(nèi)細(xì)粒含量的增加，抗剪強(qiáng)度出現(xiàn)了不同的變化。在25 kPa下，抗剪強(qiáng)度先減小，在細(xì)粒含量為5%時(shí)達(dá)到最低，當(dāng)細(xì)粒含量增大到20%時(shí)達(dá)到最大，隨后再次減小；在50 kPa和100 kPa下，抗剪強(qiáng)度隨試樣細(xì)粒含量持續(xù)增大；在200 kPa條件下，抗剪強(qiáng)度隨細(xì)粒含量持續(xù)增大，當(dāng)細(xì)粒含量超過20%時(shí)開始減小。

(2)5%和20%是兩個(gè)比較特殊的細(xì)粒含量。各法向應(yīng)力條件下，5%細(xì)粒含量應(yīng)力-應(yīng)變曲線基本均是最先達(dá)到峰值強(qiáng)度，且其對(duì)應(yīng)的應(yīng)變最小。在細(xì)粒含量從5%增到20%的過程中，所有法向應(yīng)力條件下的試樣抗剪強(qiáng)度均持續(xù)增大；法向應(yīng)力為25 kPa時(shí)，5%混合粒組試樣抗剪強(qiáng)度最小，法向應(yīng)力為25 kPa和200 kPa時(shí)，20%混合粒組試樣抗剪強(qiáng)度最大。各混合粒組試樣峰值強(qiáng)度和殘余強(qiáng)度如表2所示。

表2 試樣直剪強(qiáng)度Table 2 Direct shear strength of test samples

2.2.2 顆粒骨架

在25、50、100 kPa法向應(yīng)力下，殘余強(qiáng)度隨細(xì)粒含量的變化趨勢(shì)和峰值強(qiáng)度基本一致，且兩強(qiáng)度值差值較小；在200 kPa法向應(yīng)力下，試樣峰值強(qiáng)度波動(dòng)較大，僅5%和40%混合粒組試樣出現(xiàn)了應(yīng)變軟化現(xiàn)象。由于各混合粒組試樣細(xì)粒含量不同，造成試樣內(nèi)部顆粒骨架結(jié)構(gòu)隨細(xì)粒含量發(fā)生變化(圖7)，從而影響了不同混合粒組試樣應(yīng)力-應(yīng)變狀態(tài)的改變和應(yīng)變硬化或軟化現(xiàn)象的出現(xiàn)。當(dāng)試樣為0混合粒組時(shí)，試樣以中細(xì)砂顆粒為骨架結(jié)構(gòu)，此時(shí)試樣抗剪強(qiáng)度由中細(xì)砂顆粒間的摩擦力提供。隨著混合粒組中細(xì)粒土顆粒含量的增加，在顆粒分子間作用力的影響下，細(xì)粒土顆粒開始填充進(jìn)中細(xì)砂骨架間的空隙中，并逐漸將彼此接觸的中細(xì)砂骨架分隔開，但由于此時(shí)細(xì)粒土含量仍然很少，因此無法有效地團(tuán)聚在骨架顆粒上形成新的骨架結(jié)構(gòu)。當(dāng)混合粒組中細(xì)粒含量增至5%左右時(shí)，細(xì)粒土顆粒的數(shù)量增多開始逐步在團(tuán)聚作用下初步形成新的骨架結(jié)構(gòu)，并對(duì)顆粒運(yùn)動(dòng)形成阻礙。隨著細(xì)粒含量的繼續(xù)增加，原本游離的細(xì)粒土顆粒越來越多地團(tuán)聚到中細(xì)砂骨架外部[11]，逐漸包裹較大的中細(xì)砂骨架顆粒，直至混合粒組中細(xì)粒含量達(dá)到20%左右時(shí)完全包裹原有中細(xì)砂骨架，并形成新的骨架結(jié)構(gòu)。此時(shí)，中細(xì)砂和細(xì)粒土顆粒間的分子作用力遠(yuǎn)大于原本中細(xì)砂顆粒間的作用力，細(xì)粒土顆粒嚙合于中細(xì)砂顆粒表面，產(chǎn)生了較大的顆粒間摩擦力，且細(xì)粒土顆粒對(duì)彼此造成了壓力，從而保證了新形成的骨架結(jié)構(gòu)不會(huì)在受力發(fā)生運(yùn)動(dòng)是造成解體滑移。當(dāng)混合粒組中的細(xì)粒含量超過20%后，細(xì)粒土顆粒開始在新形成的骨架結(jié)構(gòu)外再次開始逐漸團(tuán)聚[15]。

圖7 顆粒骨架隨細(xì)粒含量變化示意圖Fig.7 Schematic diagram of particle skeleton changes with fines content

2.2.3 顆粒運(yùn)動(dòng)方式

圖8為各混合粒組試樣在不同法向應(yīng)力下顆粒運(yùn)動(dòng)方式示意圖。當(dāng)混合粒組細(xì)粒含量處于0～5%范圍內(nèi)時(shí)，在25 kPa法向應(yīng)力下，土顆粒處于較為松散狀態(tài)，實(shí)際接觸面積小，由于法向應(yīng)力較低，細(xì)粒土顆粒未被擠入中細(xì)砂顆粒骨架間的孔隙中，而是在中細(xì)砂骨架間起到了“滾珠”的作用[圖8(a)]，較大的中細(xì)砂顆粒間接觸面積隨著細(xì)粒含量的增加而減小，顆粒豎向翻滾運(yùn)動(dòng)阻力減小，強(qiáng)度值隨之減小；在50、100、200 kPa法向應(yīng)力作用下，隨法向應(yīng)力的增大，中細(xì)砂顆粒骨架間的接觸面增大，對(duì)細(xì)粒土顆粒的擠壓作用增強(qiáng)，使得少量的細(xì)粒土顆粒被排擠至骨架顆粒間的孔隙中，增大了顆粒間摩擦力，增強(qiáng)了顆粒豎向翻滾運(yùn)動(dòng)[圖8(d)]，使得抗剪強(qiáng)度隨細(xì)粒含量的增加不斷增大[16]。

當(dāng)混合粒組中細(xì)粒含量由5%增加至20%范圍內(nèi)時(shí)，隨著細(xì)粒含量的不斷增加，在團(tuán)聚作用下，細(xì)粒土顆粒逐漸將較大的中細(xì)砂顆粒包裹起來，逐步形成更大的骨架結(jié)構(gòu)，增大了顆粒間摩擦力[圖8(b)]，使得顆粒完成豎向翻滾運(yùn)動(dòng)所需剪力增加，從而使抗剪強(qiáng)度隨細(xì)粒含量的增加不斷增大。混合粒組中細(xì)粒含量增至20%左右時(shí)，由細(xì)粒土顆粒團(tuán)聚在中細(xì)砂顆粒周圍形成的更大顆粒骨架，且結(jié)構(gòu)達(dá)到穩(wěn)定[圖8(e)]，因此，抗剪強(qiáng)度隨法向應(yīng)力和細(xì)粒含量的變化趨勢(shì)均為單調(diào)遞增。

當(dāng)混合粒組中細(xì)粒含量從20%增至40%時(shí)，在25 kPa法向應(yīng)力下，游離的細(xì)粒土顆粒在團(tuán)聚形成的更大顆粒骨架周圍,發(fā)揮“滾珠”作用[圖8(c)]，減小了顆粒骨架間的接觸面積，使試樣強(qiáng)度逐漸降低[17]；在50 kPa和100 kPa法向應(yīng)力下，游離的細(xì)粒土顆粒能夠運(yùn)移到新骨架顆粒間凹槽中[如圖8(f)]，與新的骨架顆粒發(fā)生機(jī)械嚙合作用，增加顆粒間的接觸面積，使得試樣強(qiáng)度繼續(xù)增加。而在200 kPa法向應(yīng)力下，游離的細(xì)粒土顆粒易被楔入新的顆粒骨架表面，由于無法完全擠入顆粒骨架中，突出部分則在顆粒運(yùn)動(dòng)過程中成為凸點(diǎn)[如圖8(g)]，在一定程度上減小了顆粒骨架間的摩擦力，降低了顆粒豎向翻滾運(yùn)動(dòng)的難度，從而使得抗剪強(qiáng)度有所降低。

○為非組成顆粒骨架結(jié)構(gòu)的細(xì)粒土顆粒圖8 各粒組試樣不同法向應(yīng)力下顆粒運(yùn)動(dòng)方式示意圖Fig.8 Schematic diagram of samples’ particle motion modes of each grain group under different normal stresses

2.2.4 摩擦因數(shù)、內(nèi)摩擦角及黏聚力

如圖9所示，不同細(xì)粒含量試樣摩擦因數(shù)變化趨勢(shì)和試樣強(qiáng)度變化趨勢(shì)一致。法向應(yīng)力為25 kPa時(shí)，摩擦因數(shù)隨細(xì)粒含量增加而減小，5%時(shí)達(dá)到最小值，隨后隨細(xì)粒含量增加而增大，細(xì)粒含量20%時(shí)達(dá)到最大值；法向應(yīng)力為50 kPa和100 kPa時(shí)，摩擦因數(shù)隨細(xì)粒含量增加而增大；法向應(yīng)力為200 kPa時(shí)，摩擦因數(shù)先隨細(xì)粒含量增加而增大，20%時(shí)達(dá)到最大值后開始減小。

圖9 不同法向應(yīng)力下試樣摩擦因數(shù)-細(xì)粒含量曲線Fig.9 Friction coefficient - fine content curves of test samples under different normal stresses

利用Origin軟件對(duì)不同含量試樣直剪試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，得到各試樣抗剪強(qiáng)度線如圖10所示。各混合粒組試樣直剪參數(shù)如表3所示，隨著細(xì)粒含量從0逐漸增加至5%時(shí)，試樣內(nèi)摩擦角4也隨之從36.53°減小至33.52°，隨著細(xì)粒含量繼續(xù)增加，內(nèi)摩擦角φ在20%混合粒組時(shí)增大至38.04°，當(dāng)細(xì)粒含量達(dá)到40%時(shí)，內(nèi)摩擦角則減小至35.62°。隨著細(xì)粒含量的增加，黏聚力c先減小后增大。

圖10 不同細(xì)粒含量下試樣抗剪強(qiáng)度曲線Fig.10 Shear strength curves of samples with different fines content

表3 不同細(xì)粒含量試樣直剪參數(shù)Table 3 Direct shear parameters of samples with different fines contents

3 結(jié)論

在不同法向應(yīng)力下對(duì)不同細(xì)粒含量試樣進(jìn)行了室內(nèi)直剪試驗(yàn)，對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得到以下結(jié)論。

(1)在實(shí)驗(yàn)過程中，不同細(xì)粒含量的中細(xì)砂試樣均表現(xiàn)出一定的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，并在試驗(yàn)過程中出現(xiàn)軟化現(xiàn)象，而在200 kPa法向應(yīng)力下，細(xì)粒含量為0、10%和20%的試樣出現(xiàn)硬化現(xiàn)象。試樣抗剪強(qiáng)度值受法向應(yīng)力和細(xì)粒含量影響較大。

(2)隨著法向應(yīng)力增加，不同試樣的抗剪強(qiáng)度值均隨之增大，同一應(yīng)變下剪切應(yīng)力隨之增大。峰值抗剪強(qiáng)度對(duì)應(yīng)的應(yīng)變隨法向應(yīng)力增加而增大，大位移條件下界面上應(yīng)變軟化現(xiàn)象更加明顯。在法向應(yīng)力不大于100 kPa時(shí)，試樣摩擦因數(shù)隨法向應(yīng)力增加而減小；法向應(yīng)力達(dá)到200 kPa時(shí)，0、10%和20%細(xì)粒含量試樣的摩擦因數(shù)略微增大，其余試樣摩擦因數(shù)減小速率大幅降低。

(3)細(xì)粒含量是影響試樣抗剪強(qiáng)度的重要指標(biāo)。在不同法向應(yīng)力下，試樣抗剪強(qiáng)度值隨細(xì)粒含量變化規(guī)律有所差別，25 kPa法向應(yīng)力下，抗剪強(qiáng)度值隨細(xì)粒含量的增加先減小再增大，細(xì)粒含量超過20%后再次減小；50 kPa和100 kPa法向應(yīng)力下，抗剪強(qiáng)度隨細(xì)粒含量增加而不斷增加；200 kPa法向應(yīng)力下，抗剪強(qiáng)度先隨細(xì)粒含量增加而增大，超過20%細(xì)粒含量后開始減小。不同細(xì)粒含量試樣摩擦因數(shù)變化規(guī)律與抗剪強(qiáng)度值一致。隨著細(xì)粒含量增大，試樣內(nèi)摩擦角先增大后減小。可見，對(duì)于混入不同含量細(xì)粒土的中細(xì)砂試樣，5%和20%是兩個(gè)較為特殊的細(xì)粒含量值，相關(guān)曲線的極值點(diǎn)和最值點(diǎn)多出現(xiàn)于這兩個(gè)數(shù)值。

(4)直剪試驗(yàn)重組階段前，試樣主要表現(xiàn)出剪縮現(xiàn)象，剪縮幅度隨法向應(yīng)力增加先增大，超過100 kPa后減小；重組階段及之后則表現(xiàn)出剪脹現(xiàn)象，剪脹幅度隨法向應(yīng)力的增加先減小后增大，超過100 kPa后再次減小。