國內外研究現狀和發展動態
炭質泥巖廣泛分布于我國西南地區，其作為路堤填料已被推廣應用[1]，季節性反復降雨使路堤內部處于荷載與浸水狀態。已有研究表明，荷載及浸水條件可導致土體抗剪強度降低，進而產生超限濕化變形，且絕大多數路堤失穩都是由于土體抗剪強度不足引起[2-3]。炭質泥巖路堤失穩等災害與填筑材料的強度劣化及超限變形密切相關，有必要全面深入地研究荷載與浸水條件下預崩解炭質泥巖變形及強度變化特征。因此，許多學者分別采用現場監測、室內試驗、數值模擬等方法對公路路堤變形及強度特性進行了深入的探討?，F將路堤變形及強度特性方面國內外學者目前所從事的研究工作進行簡要的介紹。
國內外學者針對巖土體的濕化變形已作大量研究，王輝[4]、遲世春[5]等學者認為濕化變形這個概念最早來源于土石壩等水利工程，指土石料填筑體在一定應力狀態下浸水，由于部分顆粒浸水軟化破碎以及浸水潤滑顆粒接觸等原因而使顆粒發生相互滑移、破碎和重新排列，從而產生變形，并使土體中的應力發生重分布的現象；談云志等[6]認為路基土體變形主要包括壓縮變形及增濕變形兩部分，壓縮變形一般會趨向穩定，而因受季節性的氣候反復作用，增濕變形將不斷累積，路基土體的后期沉降主要取決于由于含水率變化所產生的增濕變形；劉新喜等[7]對復雜應力下的強風化軟巖濕化變形進行了試驗研究，認為提高路基填土的壓實度可有效減少濕化變形；鄒德高[8]、楊貴[9]等利用數值模擬的方法研究了巖土體的濕化變形，為相關工程設計提供一定參考依據；毛雪松等[10]、馮蕊[11]等通過原位試驗及現場監測對巖土體的變形進行了深入研究，并取得了卓有成效的研究成果；Liu Xinrong[12]、Wang L L[13]等依次針對巖土體的浸水變形開展了大樣本的室內試驗研究，得到了不同類巖土體的應力-應變曲線，并初步掌握了相關巖土體變形特性的一般規律。申請者所在研究團隊也在炭質泥巖填筑路堤的變形方面開展了許多研究工作，筆者[14-17]采用數值模擬方法研究了各種降雨條件下炭質泥巖路堤邊坡的穩定性，并探討了降雨強度、土體飽和滲透系數、土體飽和含水率等降雨入滲參數變化條件下炭質泥巖路堤暫態飽和區時空響應規律。同時還開展了炭質泥巖-土分層路堤在浸水條件下的滲流及變形特征試驗，為研究復雜條件下的炭質泥巖路堤濕化變形規律提供了技術及經驗積累。除此以外，還有許多學者針對巖土體的變形特性開展了許多研究工作，得到了一些有益的結論。
抗剪強度是土體的重要力學性質，它的準確確定在土的工程性質分析中尤為重要。由于強降雨過程中負孔隙水壓力的消失和干濕循環等因素導致的土體強度的降低，路堤失穩等工程問題時有發生。國內外學者針對巖土體的抗剪強度也進行了大量研究，吳珺華[18]、Ulusay R[19]、劉文華[20]等進行了干濕循環作用下不同巖土體的抗剪強度試驗研究，對干濕循環前后巖土體的強度進行了對比，表明干濕循環后巖土體的抗剪強度均有一定程度的下降；Zhang B Y [21]、劉翔[22]等利用三軸儀分別對粗粒料和花崗巖全風化土濕化變形后的抗剪強度進行了研究，得到了不同圍壓、不同濕化應力水平下的濕化情況及軸變與體變間的變化規律。分析表明，試樣在濕化過程中均產生了軸變與體變，并且經濕化變形后產生了各向異性。當初始有效圍壓相同時，各濕化應力水平下的抗剪強度指標c、φ值近似相等，與干樣相比，濕樣的黏聚力c值減少明顯，內摩擦角φ值變化不大。
綜上所述，國內外針對巖土體的變形及強度特性研究雖取得了較為豐碩的成果，促進了巖土體濕化變形及抗剪強度相關理論的發展，但仍有一些問題有待研究。首先，現有研究主要針對粗顆粒、膨脹土、風化土等巖土體，而關于預崩解炭質泥巖濕化變形與抗剪強度的室內實驗、數值計算及理論研究卻鮮有報道，尤其關于抗剪強度與濕化變形關系的研究寥寥可數，且預崩解炭質泥巖與其他類巖土體的變形與強度存在顯著差異，例如，其水理性強，高溫、降雨交替作用后表面快速剝落，強度迅速降低，適用于其他類巖土體的相關理論并不一定適用于炭質泥巖，室內試驗試樣尺寸小，費用低，是獲取大樣本數據的優選方法，因此可通過室內試驗對其性能進行研究；其次，季節性降雨使得路堤經受反復干濕循環，長期處于荷載與浸水條件下，對邊坡的變形和穩定產生不可忽視的影響[11~12]，而關于荷載與浸水條件下巖土體變形特性及強度規律的研究較少，因而有必要研究各因素對預崩解炭質泥巖變形特性及抗剪強度的影響。
參考文獻
[1] 曾鈴，邱祥，付宏淵，等.水位升降過程中崩解預處理炭質泥巖路堤穩定性分析[J].中國公路學報，2017，30(05)：10-19.
[2] 曾鈴，付宏淵，賀煒，等. 三軸CT條件下預崩解炭質泥巖路堤填料的細觀試驗[J]. 中南大學學報(自然科學版)，2014，45(03)：925-931.
[3] Lu N, Wayllace A, Oh S. Infiltration-induced seasonally reactivated instability of a highway embankment near the Eisenhower Tunnel, Colorado, USA[J]. Engineering Geology, 2013, 162(14): 22-32.
[4] 王輝. 小浪底堆石料濕化特性及初次蓄水時壩體濕化計算研究[D]. 北京: 清華大學, 1992.
[5] 遲世春,周雄雄. 堆石料的濕化變形模型[J]. 巖土工程學報,2017,39(01):48-55.
[6] 談云志,孔令偉,郭愛國,等. 壓實紅黏土的濕化變形試驗研究[J]. 巖土工程學報,2011,33(03):483-489.
[7] 劉新喜,夏元友,劉祖德,陳向陽,寧齊元. 復雜應力下強風化軟巖濕化變形試驗研究[J]. 巖石力學與工程學報,2006,(05):925-930.
[8] 鄒德高，楊小龍，劉京茂，等. 西域礫巖砂礫料瀝青混凝土心墻壩濕化變形數值分析[J]. 大連理工大學學報，2015，55(06)：605-611.
[9] 楊貴，劉漢龍，朱俊高. 粗粒料濕化變形數值模擬研究[J]. 防災減災工程學報，2012，32(05)：535-538+551.
[10] 毛雪松，鄭小忠，馬骉，等. 風化千枚巖填筑路基濕化變形現場試驗分析[J]. 巖土力學，2011，32(08)：2300-2306.
[11] 馮蕊，何蘊龍. 深厚覆蓋層上高礫石土心墻堆石壩變形監測分析[J]. 巖土力學，2015，36(S2)：485-491+506.
[12] LIU Xinrong，QI Dahe，YU Yu，et al. Analysis on wetting deformation properties of silty clay[J]. Journal of Engineering Science & Technology Review，2014，7(03)：39-44.
[13] Wang L L，Bornert M，Héripré E，et al. Irreversible deformation and damage in argillaceous rocks induced by wetting/drying[J]. Journal of Applied Geophysics，2014，107(05)：108-118.
[14] 曾鈴，付宏淵，何忠明等.飽和-非飽和滲流條件下降雨對粗粒土路堤邊坡穩定性的影響[J].中南大學學報（自然科學版），2014,45（10）：3614-3620.
[15] 曾鈴，付宏淵，賀煒等.降雨入滲因素對炭質泥巖路堤邊坡穩定性的影響[J].公路交通科技，2013,30（3）：39-44.
[16] 蔣中明，曾鈴，付宏淵.極端久雨條件下軟巖邊坡動態穩定性分析[J].中國公路學報，2014,27（2）：27-34.
[17] 付宏淵,史振寧,邱祥,曾鈴.炭質泥巖-土分層路堤在浸水條件下的滲流及變形特征試驗[J].中國公路學報,2017,30(11):1-8+98.
[18] 吳珺華，袁俊平. 干濕循環下膨脹土現場大型剪切試驗研究[J]. 巖土工程學報，2013，35(S1)：103-107.
[19] Ulusay R, Karakul H. Assessment of basic friction angles of various rock types from Turkey under dry, wet and submerged conditions and some considerations on tilt testing[J]. Bulletin of Engineering Geology & the Environment, 2015, 28(4):1-17.
[20] 劉文化，楊慶，唐小微，等. 干濕循環條件下不同初始干密度土體的力學特性[J]. 水利學報，2014，45(03)：261-268.
[21] Zhang B Y, Zhang J H, Sun G L. Deformation and shear strength of rockfill materials composed of soft siltstones subjected to stress, cyclical drying/wetting and temperature variations[J]. Engineering Geology, 2015, 190:87-97.
[22] 劉翔，陳國興，孫田. 花崗巖全風化土濕化變形及強度的試驗研究[J]. 巖土力學，2012，33(11)：3313-3317.
|
