粗粒土直接剪切试验影响因素的分析

贺中润，王晓初

(黑龙江省水利水电勘测设计研究院，哈尔滨150080)

粗粒土直接剪切直剪试验是粗粒土强度指标测试最常用的方法，其试验的准确性受多种因素影响，本文由鸡西市青龙山水库粗粒土直接剪切试验，对以下几点重要影响因素作相应分析。

1 试样级配及超粒径颗粒的处理

级配是影响粗颗粒土工程特性的重要因素，就同一地区的同一类土料而言，尽管成因相同，级配组成也会有所变化，因此在进行试验进，应按料场或天然地基的自然级配，或模拟工程实际情况合理地选择试样级配，以使试验成果具有代表性。

鸡西市青龙山水库试验样的最大粒径不超过60 mm，其试验用土的颗粒级配(见表1)与料场自然级配基本相同。

表1 粗粒土直接剪切直剪试验用土的颗粒级配 mm

有原级配土料进行试验是最理想的，但由于仪器尺寸的限制，有时不得不对土料中超过仪器允许粒径的颗粒 (即超粒径颗粒)进行处理。由于粗粒土直接剪切试验仪器适用于最大粒径dmax=60 mm，因此粒径＞60 mm的颗粒必须舍弃，目前有以下4种处理方法供选择。

1)剔除法:将超粒径颗粒剔除。此法将使＜5 mm颗粒含量相对增加，改变了＜5 mm颗粒土的性质.因此，除超粒径颗粒含量极小，一般不采用此法。

2)等量替代法:根据仪器允许的最大粒径以下和粒径＞5 mm的土粒，按比例等质量替换超粒径颗粒。此法虽保持大于和小于5 mm颗粒含量不变，但改变了粗粒土级配、不均匀系数Cu及曲率系数Cc，等量替代法适用于超粒径颗粒含量＜40%的土石混合料。

3)相似级配法:根据原级配曲线的粒径，分别按照几何相似条件等比例地将原样粒径缩小至仪器允许的粒径。此法使颗分曲线平移后，仍保持与原级配曲线相似，故Cu、Cc可保持不变，但＜5 mm颗粒含量有所增加。

4)混合法:同时采用2、3两种方法，即先用适当的比例尺缩小，使＞5 mm粒径土的质量≤总质量的30%，若仍有超粒径颗粒再用等量替代法制样。

上述4种处理超粒径颗粒的方法，有一定局限性，在使用时，要根据土料性质和试验项目来决定。

2 试样干密度控制

粗粒土直接剪切试验控制干密度一般由相对密度试验或击实试验换算可得。

粗颗粒土相对密度试验适用于最大粒径为60 mm能自由排水的粗颗粒土，其中细粒土(＜0.075 mm)含量不得 ＞12%，其目的是要求土样能自由排水，颗粒之间不因细粒土含量过多而产生黏聚力。凡是击实试验不能得出明确的含水量与干容重关系曲线(试验曲线是多峰或无显著峰值)的粗颗粒土，均可采用相对密度试验。相对密度是表示粗颗粒土的紧密状态，即控制密度介于最密实与最松散之间的某种状态，常用以作为对地基和坝体设计和施工控制的标准。

击实试验适用于最大料粒径为60 mm，且不能自由排水的粗颗粒土。击实试验是用锤击实土样以了解土的压实特性的一种方法。这个方法是用不同的击实功(锤重×落距×锤击次数)分别锤击不同含水量的试样，并测定相应的干容重，从而求得最大干容重、最优含水量，为填土工程的设计、施工提供依据。

水利行业采用相对密度控制，公路行业采用压实度控制，两种控制方式均可以满足实际需要，一般而言，颗粒较粗的土料采用相对密度(Dr)指标控制，控制干密度由相对密度获得;颗粒较细的土料采用压实度(D)指标控制，控制干密度由击实试验获得。

鸡西市青龙山水库粗粒土中的细粒土(＜0.075 mm)含量较少，故其直接试验中的控制密度是通过室内相对密度试验所得的指标换算所得(见表2)，其控制相对密度由设计部门提供:土样编号为06LS1D1、06LS1D3、06LS2D3试样的控制相对密度为0.75;土样编号为06LS1D2、06LS2D2试样的控制相对密度为0.70。

3 试样制备

根据仪器的具体情况，分3层装填，同时要确保剪切时剪切面发生在试样中部，对试样压实方法有击实法、振捣法及静压法3种。鸡西市青龙山水库试样为无黏性粗粒土可采用机械振捣到控制密度。

表2 粗粒土直接剪切试验用土的控制干密度g·cm3

4 开缝高度

在剪切过程中为了尽可能减少剪切盒对大颗粒侧限影响，需对剪力盒进行“开缝”处理，开缝高度与土样中最大粒径dmax有关，根据国内资料综合分析，粗颗粒土直剪试验的开缝尺寸宜采用最大粒径dmax的1/3～1/4。根据试样颗粒情况，鸡西市青龙山水库试样采用了1.5 cm规格的开缝环，满足开缝高度要求。

对鸡西市青龙山水库试样试验成果汇总如表3。

表3 粗粒土直接剪切直剪试验成果表

总之，在粗粒土直接剪切试验中，对以上几点影响因素应按实际情况加以分析，要根据土料性质选择相适应的方法。

［1］ 中华人民共和国水利部.SL237－1999土工试验规范［S］.北京:中国水利水电出版社，1999.

［2］ 唐大雄.工程岩土学［M］.北京:地质出版社，2005.