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摘要：在施工建设过程中，要考虑干密度和细粒含量对砂卵石及碎石抗剪强度的影响，由于施工环境土质的多样性，不同密度、不同细粒含量结构下的砂卵石以及碎石，在使用过程中，对于抗剪强度作出不同表现。本文对河床砂卵石及碎石进行直接剪切试验，通过二者在不同状态下的试验结果，分析细粒含量和干密度对砂卵石及碎石的抗剪强度指标的影响，找出抗剪强度参数的变化规律，对我国以后的施工建设土质选择上有极大的帮助作用。
关键词：干密度；细粒含量；砂卵石及碎石；抗剪强度
引言
随着经济的快速发展，在我国现行的工程施工过程中，常用的粗粒土有很多方面的测量与试验。目前国内已经存在各种技术先进的勘测仪器，，最常用的粗粒土抗剪强度试验仪器，有直接剪切仪和大型高压三轴仪等。本文选择国内某工程的河床砂卵石及碎石，进行直接剪切试验，分析该工程河床砂卵石与碎石两种粗粒土的抗剪强度变化情况，并得出相关规律。
一、干密度和细粒含量对砂卵石及碎石抗剪强度的影响
1.1细粒含量与干密度的关系
图1体现了干密度随细粒料含量的变化趋势，可以看出，当细粒料含量在30%以下的时候，干密度和细粒料的含量是呈正比关系。当细粒料的含量在30%以上的时候，干密度和细粒料含量呈反比关系。其主要原因是因为粗骨料起到了支撑起整个空间的作用，在粗骨料骨架的空隙中，细粒料在最开始尚不足以把整个粗骨料空间填满，从而在最开始整个河床砂卵石密度较小的过程中，随着细骨料含量的增加，干密度会快速增长，从而能够把使干密度随着细粒料含量的增加而增大。当细粒料的含量增大到把粗骨料骨架空隙都填满的时候，干密度达到最大值。当继续增加细粒料的含量的过程中，粗骨料的含量慢慢减少，粗骨料的体积比细粒料大很多，所以由于细粒料增多、粗骨料减少，使干密度逐渐下降，从而减小了单位土体单位的土重。同时，随着细粒料的不断增多，粗骨料的支撑作用逐渐减弱，从而整个土体结构被细粒料所占据，使决定干密度的主要因素变成了细粒料的含量，从而使干密度随着细粒料的增加而减小。
图1 细粒含量与干密度的关系图
通过颗分试验，由上图1可知，在控制密相对度保持不变时，河床砂卵石与爆破碎石，在具有小于30%的细粒料含量时，随着细粒料的增多，干密度逐渐增大，在所含细粒的量在30%以上后，随着细粒料的增多，干密度逐渐减小。干密度、孔隙比和相对密度都可以反映土的密实程度。同时在相对密度与所含细粒量一样时，大致上河床砂卵石的干密度大于爆破碎石的，但在细粒料增大至约70%时，二者的干密度趋向于一致。
1.2干密度和细粒含量对摩擦角的影响
通过直接剪切实验，可以得出以下结论：以相同的相对密度作为参考，随着干密度的增大，内摩擦角也在不断增大。其中内摩擦角与细粒料含量有密切关系：内摩擦角在一定的细粒含量范围内与细粒含量呈反比关系。本文以干密度以及细粒含量作为横坐标，以内摩擦角作为纵坐标，画出干密度与内摩擦角关系曲线、细粒含量与内摩擦角关系曲线（图2，图3）。
抗剪强度主要包括细料本身的强度、粗料颗粒的强度以及粗料和细料之问的咬合强度等三个部分，影响抗剪强度的最主要因素粗料含量和细料性质，如图2、图3可以看出其中的关系。
图2 干密度与摩擦角的关系曲线
图3细粒含量与摩擦角的关系曲线
图2向我们展现了内摩擦角随着干密度的变化而变化的情况，其中不同类型的内摩擦角情况也不同。饱和快剪内摩擦角随着干密度的增加而不断增大。干密度的增大能够使细粒料和粗骨料之间结合的越来越紧密，从而增加了剪切过程中的摩擦力，所以内摩擦角在不断增大；干密度的增加使饱和和非饱和结快剪的内摩擦角越来越相同，使两种状态下的填充程度越来越接近，使骨科颗粒间咬合的更加紧密，从而使内摩擦角越来越接近。但是在干密度相同粗骨料相同的情况下，非饱和固结快剪比饱和固结快剪有更大的内摩擦角，主要是由于在水的作用下，使饱和固结快剪颗粒之间润滑程度更高，从而使试料颗粒更加软化，形成了较小的内摩擦角，减小了骨料之间的咬合作用。图3表明了河床砂卵石比爆破碎石有更大的内摩擦角，相同试验状态和密度下的河床砂卵石有更好的强度，主要是由于长期浸泡在水中使砂卵石的软化效果减弱。
从图3中可以得出以下结论：细粒料的含量在一定范围以内的时候，摩擦角保持不变，为一特定值。当细粒料的含量超出一定的范围时，内摩擦角就会和细粒料含量呈反比关系。其主要原因是因为，细粒料的含量影响试样的干密度，进而影响试样的强度，从而影响内摩擦角。当细粒料含量较少的时候，正是干密度很大的时候，其强度能够在一定的范围之上，从而使内摩擦角较大。
1.3干密度和粗粒含量对咬合力的影响
图4干密度与咬合力的关系曲线
图5同一河床砂卵石干密度与摩擦角关系曲线
图4可以得出以下结论：对于无x性粗粒土而言，饱和固结状态和非饱和固结状态的咬合力都和干密度成正比，而干密度增加到一定范围之后，其咬合力将会处于一个稳定值不发生变化。其主要原因是因为干密度的增加会使颗粒间的紧密程度增加，从而增加了试料的强度，使咬合力增加。而干密度以及咬合的增加也有一定的限度，从而在干密度增加到一定的程度之后，颗粒之间的填充程度越来越高，咬合力将不再发生明显变化，从而使干密度和咬合力都达到最大值。图4还给了我们一些明显的信息，相比于河床砂卵石，爆破碎石料拥有更强的咬合力，其主要原因是因为河床砂卵石的棱角过少，整体过于浑圆，使得摩擦力减小。爆破碎石料由于拥有更多的棱角，从而产生了更大的摩擦力，用有更大的内摩擦角。同时还可以看出：饱和固结状态的咬合力比非饱和固结状态的咬合力要小；这是因为在饱和固结状态下，颗粒问由于水分了的存在起到一定的润滑作用，使颗粒问的摩擦力减小，从而减小了骨料问的咬合力。
1.4细粒含量对砂卵石及碎石抗剪强度的影响
对于河床砂卵石粗粒料在不同干密度下进行了非饱和固结直接剪切试验，其内摩擦角和咬合力也是随着干密度的增大而增大，见图5和图6。
图6 同一河床砂卵石干密度与咬合力关系曲线
在干密度较小的情况下，试样相对来说较为疏松，颗粒之间结合不紧密，从而使抗剪强度指标值增加较缓慢；随着干密度的增大，颗粒之间逐渐结合紧密，试样逐渐变得密实，骨料间的摩擦力逐渐增大，外力克服骨料间的摩擦力所要做的功将迅速增大，从而抗剪强度指标增加较快；当干密度继续增加到一定程度后，骨料间的摩擦力达到极限值，此时外力克服骨料间的摩擦力所要做的功将趋于恒值，内摩擦角和咬合力也随之趋于逐渐变慢甚至趋于稳定。
结束语：分析干密度和细粒含量二者对砂卵石及碎石抗剪强度的影响是非常重要的，这对于以后的施工研究和土体测量有很大帮助，促进我国工程建设的顺利进行。
参考文献：
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论文作者:李玥
论文发表刊物:《基层建设》2019年第18期
论文发表时间:2019/9/25
标签：细粒论文; 密度论文; 含量论文; 卵石论文; 骨料论文; 摩擦论文; 强度论文; 《基层建设》2019年第18期论文;