兰州原状黄土剪切强度特性的试验研究

黄土的物理力学性质§2-1 黄土的物理性质试验用黄土采用甘肃兰（州）海（石湾）高速公路工程现场扰动土，其物理性质主要由它的物理性质指标来体现，其物理性质指标主要有：孔隙率、天然含水量、容重和液塑限等。

由于黄土的生成与存在条件比较特殊，它的孔隙率比普通土的孔隙率要大。

一般黄土中存在肉眼易见的孔隙，这些孔隙多为铅直圆孔，这类孔隙通称为大孔隙。

大孔隙比例的多少在一定程度上决定了黄土湿陷性的大小，大孔隙多的黄土湿陷程度大；反之则小。

试验所用黄土的天然含水量很低，一般在10％以下。

含水量在剖面上的变化与黄土层的厚度和埋藏深度没有直接关系。

黄土的容重、比重取决于黄土的矿物成分、结构和含水量，而黄土的颗粒分散度、矿物成分、形状和弹性在一定程度上决定了黄土的液塑性。

黄土的物理性质随成岩时代、成岩地区的不同而表现出一定的差异。

为了得到该黄土的物理性质，我们根据《公路土工试验规程》（JTJ 051-93）的要求，分别采用联合液塑限仪、烘箱和重型击实等方法进行了有关指标的测定，测定结果如表2-1所示。

一．主要成分分析组成黄土的矿物约有60种，其中轻矿物（d﹤0.005mm）含量占粗矿物（d ﹥0.005mm）总量的90%以上。

黄土中粘土矿物（d﹤0.005mm）以不同的方式同水和孔隙中的水溶液相互作用，显示出不同的亲水性，故粘土矿物的成分和比例，在某种程度上体现了黄土的湿陷性。

水溶盐的种类和含量与黄土的湿化、收缩和透水性关系密切，直接影响着黄土的工程性质。

水溶盐包括易溶盐、中溶盐和难溶盐三种。

易溶盐（氧化物，硫酸镁和碳酸钠）极易溶于水或与水发生作用。

它的含量直接影响到黄土的湿陷性。

中溶盐（石膏为主）的存在状态决定其与水的作用情况。

以固体结晶形态存在时，溶解性小，但当以次生结晶细粒分布于孔隙中时，易溶解，在这种情况下，会对黄土的湿陷性有一定的影响。

难溶盐（碳酸钙为主）在黄土中既起骨架作用，又起胶结作用，这取决于其赋存的状态。

《河南水利与南水北调》2023年第9期勘测设计浅析甘肃陇东地区马兰黄土工程地质特性朱金龙（甘肃省水利水电勘测设计研究院有限责任公司，甘肃兰州730000）摘要：甘肃陇东地区的马兰黄土，分布于塬、梁、峁顶部及河(沟)谷斜坡及河道的阶地上。

在该区进行工程建设，当建筑物基础置于马兰黄土中，易发生地基土体湿陷沉降变形而导致建筑物破坏。

因此，必须分析研究陇东地区马兰黄土工程特性。

经对陇东各县区取代表性Ⅰ级原状土样的大量室内试验，采用数据统计和地质分析等方法，浅析了陇东各县区内不同地貌单元区、不同状态下马兰黄土的湿陷性、渗透性、压缩性、抗剪性、击实性等物理力学性质和工程地质特性。

关键词：甘肃陇东地区；马兰黄土；湿陷性；渗透性；压缩性；抗剪性；击实性中图分类号：TV223.2文献标识码：A文章编号：1673-8853（2023）09-0102-021研究区马兰黄土特征1.1粒度成分陇东马兰黄土从北部环县至南部灵台县，从北向南粉粒含量逐渐减小，黏粒含量逐渐增大，塬面及塬边斜坡砂粒含量变化不大。

马兰黄土砂粒含量（平均值）在0.62%～7.14%之间，粉粒在83.25%～61.15%之间，黏粒在16.04%～32.38%之间。

1.2化学成分陇东马兰黄土化学成分有SiO 2、Al 2O 3、Fe 2O 3、CaO 、MgO 、K 2O 、Na 2O 、FeO 、MnO 、TiO 2，其中SiO 2、Al 2O 3、CaO 含量占60%～70%。

自北向南SiO 2和MgO 有减少趋势，而Al 2O 3、Fe 2O 3和FeO 的含量有增加的趋势，CaO 、Na 2O 和K 2O 含量无明显变化规律。

2马兰黄土物理力学性质2.1物理性质根据陇东地区351组马兰黄土原状样试验结果，陇东马兰黄土在天然条件下，土体中含水量随深度增大而增加，干密度亦随深度增大而增大，孔隙比随深度增大而减小。

土体在天然条件下含水量较少，土体处于坚硬~硬塑状态，孔隙较大，弱~微透水，垂直向渗透性略大于水平向。

兰州市地质生态环境的改善研究发布时间：2022-01-10T01:38:10.020Z 来源：《科学与技术》2021年28期作者：铁夏琼[导读] 兰州地处我国西北地区腹部，铁夏琼甘肃建筑职业技术学院甘肃省兰州市 730050摘要：兰州地处我国西北地区腹部，位于黄土高原之黄河谷地内，与青藏高原相邻近，由于受地质构造的控制，黄河在兰州形成三个串珠状多阶型的河谷盆地。

除西部及南部植被较好外，大部分为荒山，植被较差，沟谷切割密度较高，且坡陡谷深，严重的水土流失使泥石流的形成发育有普遍性。

从黄河柴家峡水电站引水的充分性考虑，从桃花溪水利枢纽出发，构建兰州市的都江堰工程，积极改善兰州市地质生态环境。

关键词：地质灾害泥石流兰州市柴家峡引言兰州市辖三县五区，面积13558平方公里，大部分地区被黄土所覆盖，是陇西黄土高原的西北部，海拔1500-2000m，黄土梁、峁和沟谷等地形广泛分布，可分为山地、半山地、河川地三种类型，山地面积占全市面积的65%，以黄河为界，分为南北两山，南山区突起于黄土高原之上，北山区山峦重叠、地势陡峻；半山地多属山间盆地；河谷川地地势平坦，水源充足。

本市除西部及南部植被较好外，大部分为荒山，植被较差，沟谷切割密度较高，且坡陡谷深，严重的水土流失使泥石流的形成发育有普遍性。

一、兰州地形地貌一般概况兰州地处我国西北地区腹部，位于黄土高原之黄河谷地内，与青藏高原相邻近，由于受地质构造的控制，黄河在兰州形成三个串珠状多阶型的河谷盆地。

自西而东有：八盘峡至柴家峡之间的新城——河口盆地，柴家峡至金城关峡之间的西固——七里河盆地，金城关峡至桑园峡之间的城关——雁滩盆地。

三个相联的河谷盆地，东西长达50公里，最宽处达7.5公里，最窄处不足1公里。

黄河在三个盆地内均发育有多级阶地，其中，西固——七里河盆地和雁滩——城关盆地河漫滩和一、二级阶地较发育，新城——河口盆地规模较小，河漫滩和一级阶地不发育。

由于南北两山之限和黄河纵贯盆地之中，致使兰州市发展成为一个东西长、南北窄、沿河两岸分布的带状城市。

第43卷第32期• 46 • 2 0 1 7 年 1 1 月山西建筑SHANXI ARCHITECTUREVol.43 No.32Nov.2017文章编号：1009-6825 (2017) 32-0046-02原状黄土与结构接触特性直剪试验研究+张磊刘慧(西安建筑科技大学土木工程学院，陕西西安710055)摘要:采用大型直剪仪对常、变法向应力下原状黄土与混凝土接触面力学特性开展研究。

结果表明：法向应力及混凝土表面粗 糙程度均对剪应力一剪切位移曲线影响很大，接触面抗剪强度符合摩尔一库仑定律。

关键词:饱和软黄土,接触面，直剪试验,剪应力，剪切位移中图分类号:TU411.3 文献标识码:A〇引言在岩土工程中，土与结构相互作用问题经常遇到，如土体与 桩、土体与挡土结构、土体与隧道侧壁等的相互作用。

由于土体 与结构物材料的物理力学性质差异较大，在分析两者相互作用时 不能只考虑各自特性，需对接触面上的剪切传递机理进行研究[1]。

卢廷浩等[2]利用改进的直剪仪研究了不同含水量下黏土 自身及与混凝土、石、砖之间的剪切力学特性。

朱俊高等[3]针对 黏土与混凝土接触问题研究了单剪和环剪试验成果的差异，分析 了直剪仪、单剪仪和环剪仪用于接触面应力变形及强度特性试验 时的优缺点。

以上研究[1_3]均发现法向应力对接触面剪应力一剪 切位移曲线及抗剪强度有很大影响，但都把法向应力取为常值。

在桩基工程中，由于地面堆载、打桩法施工后桩周土固结沉降等 原因，桩侧表面法向应力逐渐增大，目前变法向应力下土与结构 接触面剪切力学特性研究还较为少见。

梁鹏等[4]和曹卫平等[5]分别针对松砂和密砂与混凝土接触问题开展直剪试验研究，得到 了变法向应力下剪应力与剪切位移曲线。

现有的土与结构接触面剪切试验研究大多针对黏土和砂土，目前关于原状黄土与结构接触面剪切试验的研究还很少见。

冯 皎等[6]利用自制的大型单剪仪开展原状黄土及重塑黄土与混凝 土接触面剪切试验研究，但把法向应力取为常值。

兰州地区黄土性质特征的研究摘要：通过对兰州地区黄土物理、力学及湿陷性等性质特征的研究，根据含水率的变化总结出物理性质及湿陷性质的变化规律，并且通过比较相同干密度不同含水率的剪切试验，揭示出含水率是影响黄土剪切强度的主要因素，含水率愈小抗剪强度愈大，凝聚力与含水率成幂函数关系。

此外，对该地区的湿陷性进行评价，为中等—强烈湿陷地区，为工程的设计施工提供数据支持。

关键词：黄土性质湿陷性幂函数1概述黄土是第四纪产生的一种特殊的大陆堆积物，主要有以下特点：颜色呈棕黄、灰黄或黄褐色，天然剖面上垂直裂隙发育，孔隙比一般较大，常具有肉眼可见的大孔隙；颗粒组成以粉粒为主，含量可达50%以上；含碳酸盐成分，有时含有钙质结核；水理性敏感，受水浸湿后易发生附加沉陷。

在湿陷性黄土地区进行建筑易发生地基失稳事故，因而对黄土各项性质的分析和评价是避免工程事故，合理设计施工的前提。

本次分析的黄土样品来自包兰线兰州至皋兰段详勘工程采取的原状黄土。

通过室内土工试验测试出黄土的物理、力学性质及湿陷性等数据，通过不同条件的对比总结出相应的性质特征。

2土样的物理性质通过土工室内试验得出的数据见表1，做出如下分析：根据含水率大小将土样分为4%~8% 和17%~23%两个区段来分析土样各项性质的差异和规律。

根据现场采样分析造成含水率差异主要是由于地形条件决定的，在深度一样的条件下含水率小的样品采自地势较高的台土，而含水率大的样品采自地势低洼的河谷阶地。

本次所要研究的土样深度都在0~30米之间，属于全新世新近堆积黄土，根据颗粒密度试验数据可以看出其范围在2.69~2.70g/cm3 。

干密度在1.30-1.65 g/cm3之间，含水率4%~8%的土样干密度主要集中在1.30~1.40 g/cm3，含水率17%-23%的土样干密度主要集中在1.40~1.55 g/cm3之间。

土样液限与塑限值随含水率的增加略有增加，含水率4%~8%的土样液限集中于24%~25%，塑限集中于16%-17%。

兰州湿陷性黄土物理力学参数统计分析发表时间：2017-11-29T11:54:25.050Z 来源：《防护工程》2017年第17期作者：韩金明[导读] “两山夹一河”的独特狭窄地形以及“呈东西带状分布”的城市形态造成了兰州“东西拥堵。

1.兰州市轨道交通有限公司甘肃兰州 730030摘要：对兰州城区地质勘查资料进行统计分析后发现，轨道交通所穿越区域覆盖大量的粉土以及粉质粘土，无论是由西向东上的地域分布还是沿深度方向上的分布，各个物理力学参数的平均值存在明显的变化规律。

重点对兰州市城关区湿陷性黄土物理力学性质指标进行统计分析，由所统计数据的平均值可以看出：各物理参数平均值之间存在明显的相关性；孔隙比和含水率两者的综合作用对黄土抗剪强度指标的影响较大，两种参数对粘聚力和内摩擦角影响的相关系数分别达到了0.76和0.923；含水率、孔隙比与干密度对黄土的湿陷性有较大的影响，单方面来看，孔隙比较大的土样湿陷性较大，天然含水率较大的土样湿陷性较小，干密度较大的土样湿陷性较小。

三种物理指标共同作用也对土样的湿陷性产生重要的影响，回归关系的相关系数达到了0.886。

关键词：物理力学参数；黄土湿陷性；相关性分析；线性回归；变异系数0 引言“两山夹一河”的独特狭窄地形以及“呈东西带状分布”的城市形态造成了兰州“东西拥堵，南北不畅”的交通现状。

兰州轨道交通的建设有利于缓解交通压力，改善城市交通问题，加快兰州区域性特大城市的发展。

轨道交通线网主要覆盖西固区、安宁区、七里河区、城关区，向东连接榆中大学城，向北连接至兰州新区。

其穿过区域的面积之大，其中很多地段存在大量的湿陷性黄土。

湿陷性黄土土质较均匀、结构疏松、孔隙发育。

未浸水时，一般强度较高，压缩性较小。

受水浸湿后，土体结构会迅速破坏，产生较大附加下沉，强度迅速降低。

这些均直接影响到工程设计、施工及运营安全。

所以，在湿陷性黄土场地上进行工程建设，应该根据其工程性质，采取相应的处理措施，防止其湿陷对建筑产生危害。

兰州不同成因黄土工程特性差异性研究宋瑞霞; 赵永虎; 袁维红; 许立言【期刊名称】《《兰州石化职业技术学院学报》》【年(卷),期】2019(019)003【总页数】5页(P30-34)【关键词】黄土; 成因; 工程特性; 差异性; 湿陷性【作者】宋瑞霞; 赵永虎; 袁维红; 许立言【作者单位】兰州石化职业技术学院土木工程学院甘肃兰州730060; 中铁西北科学研究院有限公司甘肃兰州730000; 中国市政工程西北设计研究院有限公司甘肃兰州730000【正文语种】中文【中图分类】TU445黄土是第四纪以来在干旱、半干旱气候条件下形成的一种特殊土，由于生成的年代、成因、环境、地域等差异而具有不同的性质[1]。

我国黄土主要分布在西北部地区黄河中、上游一带，兰州地区黄土层沉积厚度可达300m，而马兰黄土层厚度一般超过30m[2]，因此，新近堆积黄土和马兰黄土的工程特性与铁路、公路、机场跑道、民用建筑等工程的基础或地基稳定性密切相关。

目前，已有较多科技工作者针对兰州黄土开展了系列研究，如李保雄等[3]采用现场测试和室内试验，对兰州马兰黄土的基本物理力学性质和工程地质特性进行了研究，论述了马兰黄土的水敏感性和强度特征。

梁庆国等[4]采用室内固结和直剪试验，分析了新近堆积黄土的力学性质在水平方向和垂直方向的差异性。

邓军涛等[5]对兰州马兰黄土水敏感性特征进行了研究，详细分析了土体的极限强度、抗剪强度等参数在增湿过程中随含水量及围压的变化规律，最终得到兰州地区马兰黄土在增湿条件下的极限强度与含水量、围压的关系式。

胡燕妮等[6]研究了兰州马兰黄土的物理性质指标沿在垂直方向上的变化规律，得到了孔隙比与有关物理指标的计算关系式。

朱彦鹏等[7]对基于室内直剪试验，分析了兰州地区马兰黄土和离石黄土的压实度和含水率下对压实黄土抗剪强度的影响。

胡海军等[8]从微观角度，分析了兰州、西安、运城3个地区黄土在颗粒组成、孔隙大小、形状和排列扥各方面的差异性。

黄土天然节理大型直剪试验研究刘小军;孔庆;孙晓骥;王震【摘要】黄土节理的抗剪强度及变形规律对工程稳定性有重要影响,但目前对此的研究尚不充分.为此本次研究首先采集了黄土天然垂直节理土样,然后采用室内大型直剪试验方法,研究了黄土天然节理的剪切强度及变形性质,最后与小型直剪试验结果进行对比,得到了尺寸效应对黄土节理剪切强度的影响规律.结果发现,大型直剪试验得到黄土节理剪切峰值内摩擦角为47.37.,小型直剪试验值为35.17°;黄土节理直剪试验存在尺寸效应,试样尺寸主要影响节理面起伏度对剪切强度的贡献,尺寸越大,其剪切强度也越大;法向应力较小时,初始剪切刚度较大,应力-应变曲线存在峰值;法向应力较大时,初始剪切刚度较小,应力-应变曲线无峰值,剪切强度随应变增大而增大,最终趋于稳定.%Shear strength and deformation law of loess joint has important influence on the engineering stability,but the research of this area is still inadequate.Therefore this study first collected loess vertical joints and natural soil samples,and then used the lab large-scale direct shear test method,in studiing the natural joint shear strength and deformation properties of loess.Finally compared with small direct shear test results,the size effect of joint shear strength of loess arestudied.Research has shown that large direct shear test to get the angle of internal friction peak is 47.37 DHS,small direct shear test to get the angle of internal friction peak of 35.17 DHS;As the normal stress is small,initial shear stiffness is bigger,and the stress-strain curve peak;As the ormal stress is larger,the initial shear stiffness is small,no peak stress-strain curve occurs,and the shear strength increases with strain,while ultimately tend tobe stable.Loess joint size effect,and direct shear test mainly affects the sample size's contribution to the shear strength of joint surface fluctuation degree.The greater the size,the greater the shear strength.【期刊名称】《西安建筑科技大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2017(049)005【总页数】6页(P680-684,707)【关键词】黄土节理;大型直剪试验;剪切强度;尺寸效应【作者】刘小军;孔庆;孙晓骥;王震【作者单位】西安建筑科技大学土木工程学院,陕西西安,710055;西安建筑科技大学土木工程学院,陕西西安,710055;西安长庆科技工程有限责任公司,陕西西安,710021;西安建筑科技大学土木工程学院,陕西西安,710055【正文语种】中文【中图分类】TU411黄土节理在黄土地区普遍存在，其抗剪强度及变形规律是影响工程稳定性的重要因素.因此，对黄土节理工程力学特性进行研究有重要意义.目前，已有一些学者研究了黄土节理的外貌特征、地域分布以及形成机制等特性[1-3]，而对于黄土节理力学特性的研究则相对较少.王铁行、罗扬[4]等采用人工节理试样，利用室内小型直剪试验，对其强度和渗流问题进行了相关研究，得出节理表面形态、干密度和含水量对黄土节理强度特性的影响规律.对岩石节理力学特性的研究则较为充分，如Barton[5-6]等在大量节理剪切试验的基础上，总结归纳得出岩体节理峰值强度公式.Gerrardc等[7]在节理峰值强度理论分析的基础上，提出岩体节理峰值强度理论公式.对岩体节理的研究表明试样面积越大，越接近节理真实的剪切受力状态.如杨洁等[8]使用尺寸为200 mm×100 mm×100 mm的岩石节理试样，通过大型直剪试验测定了岩石节理峰值强度，并且建立了岩石节理强度模型.刘明维等[9]从工程实际出发，讨论了岩体结构面直剪试验方法的选取原则，并且通过大型直剪试验研究了岩体结构面性状对结构面强度的影响以及水对结构面强度的弱化作用.胡伟[10]研究了大型直剪试验的改进与应用，周志刚等[11]则通过数值模拟研究了大型直剪试验的尺寸效应.如前文所述，现有对于黄土节理剪切强度的研究，试样仅仅采用人工节理土样.人工节理试样表面形态单一，与天然节理面的复杂多变有着较大的差别，因此人工节理并不能很好的模拟天然节理.同时，还未有使用大型直剪试验仪器对黄土节理剪切强度进行研究，与小型直剪试验相比，大型直剪试验由于试样面积较大，能更好的模拟黄土节理剪切受力状态，试验结果更加接近实际情况.考虑到黄土节理的复杂性以及目前对黄土节理抗剪强度特性研究的不足，项目组进行了大量野外调研，并选择合适场地采集了典型天然节理土样.根据黄土节理表面形态的判别标准，制备表面形态近似相同的试样，然后采用室内大型直剪试验方法，研究了黄土天然节理的剪切强度及变形性质.1 黄土节理大型直剪试验1.1 试验仪器介绍本次试验采用西安建筑科技大学岩土工程实验室的土工大型界面剪切仪试验设备.该设备具有大型直剪系统ShearTrac-III，可以自动完成土和土工编织物的直剪试验，从而确定土和土工编织物的强度特性,其试样尺寸为305 mm×305 mm×200 mm.该试验仪器的基本结构如图1所示.系统硬件由荷载架、水浴箱、剪切盒、电脑四个部分组成.其中荷载架有独特设计的荷载架包括2个嵌入式的控制系统，对试样产生水平和垂直方向的力，同时也测量水平和垂直方向的力和位移.两个LCD显示屏和键盘允许操作者手动操作ShearTrac-II荷载架并监视系统状态.水浴箱是包含剪切盒的容器，使试样一直浸泡在水中，并且可以在剪切实验阶段水平移动. ShearTrac-III是一个智能加载系统，根据传感器的反馈实时控制加载架.该系统有2个力传感器(水平和垂直)和2个位移传感器(水平和垂直).电脑根据测试设定值对加载架进行加载和卸载.荷载架的操作都由电脑控制全自动完成，也可通过仪器前面板进行手动操作.为了避免损坏仪器，电脑每秒钟会对所有传感器的读数进行数百次检查，任何模拟读数或数字读数超过允许的范围时对步进电机进行保护.电脑和监视器可实时显示测量结果，编辑测试结果和测试完成后出报告.1—垂直加载系统 2—水平加载系统 3—电脑 4—剪切盒图1 试验仪器Fig.1 Test instrument1.2 试样制备本次研究在大量野外调研的基础上，从陕西省彬县选取适合的场地采集土样.由于场地地形以及试验土样面积(土样面积较大)的限制，取得完整节理原状试样存在较大困难.经过反复试验，课题组自行制备了取土工具，最终采用以汽油锯和人工挖土相结合的方法，成功取得原状节理试样.为了模拟天然节理状态，土样含水量取天然含水量.因此在取得原状土样后，立刻用塑料膜密封土样，以保持土样含水量不发生变化.试验需保证土样节理表面形态相同.因此首先利用轮廓曲线仪对黄土节理试样表面形态进行量测，计算得到高度均方根z1、峰点密度η、坡度均方根z2三个形态参数.参照岩石节理的研究方法[12]运用模糊数学方法对节理面进行分级，具体分级方法限于篇幅,不在此文中赘述.最后利用表面形态分级指标RJ对节理试样进行分类，选取RJ值接近的土样认为其表面形态相同，作为试验土样.在室内制备土样时，保持节理上下表面保持原始吻合状态，再制成尺寸为305 mm×305 mm×200 mm的试样.图2为取土过程和试样制备，采集土样的物理指标见表1.图2 取土及试样制备Fig.2 Soil and sample preparation表1 土样的物理指标Tab.1 Physical indexes of the soil土样物理指标干密度ρd/g·cm-3孔隙比/e塑限/UL液限/UP塑性指数/IP饱和含水量/%天然含水量/%物理指标数值1 321 0916 8728 1111 2440 626 571.3 直剪试验方法试验采用了8组黄土节理土样，为了试验结果的精确性，进行了两组平行试验.试样含水量为天然含水量，含水量很小，所以不考虑排水问题.施加的法向应力分别为50 kPa、100 kPa、150 kPa及200 kPa，为使上下节理面充分闭合，在施加法向应力后，等到节理面法向位移稳定后再开始剪切试验.试验采用快剪法，剪切速率为v=0.8 mm/min，待剪切强度稳定后，停止试验，试验时间一般持续20～30 min不等.图3 实验过程Fig.3 Experimental process图4 试验前后试样表面Fig.4 Sample surface before and after the test2 试验结果分析2.1 节理剪切强度通过土工大型直剪试验，得到了各组试样的峰值剪切强度，如表2所示.表2 节理试样剪切强度Tab.2 Joint sample shear strength法向应力/kPa试验编号峰值强度/kPa峰值强度平均值/kPa50Z172 34Z288 7180 53100Z378 83Z4106 2292 53150Z5199 00Z6162 20180 60200Z7176 30Z8234 81205 56图5绘制了剪切强度-法向应力关系图.由于土体粘聚力由原始粘结力和固化粘结力组成，而黄土节理面之间这两种粘结力均很小，可不考虑其对抗剪强度的贡献.通过去除粘聚力的摩尔库伦准则τ=σtanφ，按照最小二乘法拟合，得到黄土节理剪切强度等效峰值内摩擦角为φ=47.37°.图5 剪切强度—法向应力关系图Fig.5 Normal stress shear strength-diagram 选取相同的黄土节理土样，本次研究通过小型直剪试验，测定了该试样在含水量为6%时，不同法向应力下的的剪切强度，如表3所示.同样不考虑黄土节理剪的粘聚力，以摩尔库伦准则τ=σtanφ .按照最小二乘法拟合，得到黄土节理小型直剪试验的剪切强度峰值内摩擦角为φ=35.17°.现有研究发现[13-15]，黄土体剪切强度峰值内摩擦角范围为10～35°.本次研究，小型直剪试验测得节理峰值内摩擦角为35.17°.文献[13]中，内摩擦角为35°时，粘结力为27 kPa；本文中，节理的剪切强度仅内摩擦角提供，未考虑粘聚力的作用，使得拟合所得内摩擦角稍大.表3 小型直剪试验剪切强度Tab.3 Small direct shear test of shear strength法向应力/kPa试验编号峰值强度/kPa峰值强度平均值/kPa50XZ159 53XZ256 3257 93100XZ362 75XZ464 3663 56150XZ5104 54XZ6120 68112 61200XZ7117 46XZ8149 64133 552.2 黄土剪理直剪试验的尺寸效应如前文所述，表2和表3分别是大型直剪试验和小型直剪试验所测得的节理剪切强度，对比两者的数值以及拟合所得的峰值内摩擦角，可以发现，大型直剪试验所得峰值剪切强度和内摩擦角分别为小型直剪试验的1.54倍和1.35倍，工程应用中应考虑尺寸效应对黄土节理剪切强度的影响.这是由于黄土节理试样尺寸影响其表面起伏度.当试样面积较小时，试样表面起伏度变化也小，在剪切过程中试样节理面之间的互锁效果就越弱.反之节理试样面积越大，节理面起伏变化越多，面壁之间的互锁效果就越强，起伏度提供的爬坡效应也就越明显，最终使得节理面剪切强度增大.3.3 剪切应力-应变关系试验得到了在不同法向应力下，节理剪切应力-应变关系，如图6所示.图6 节理剪切应力-应变关系Fig.6 Joint shear stress-strain relationship观察图6，可以发现如下规律：(1)在法向应力分别为σ=50 kPa、100 kPa时，两者对应的剪切应力应变关系具有相似性.剪切初期均有较大的剪切刚度，剪切强度大幅度增加.之后剪切强度达到峰值，随后随着切向应变的增大，剪切强度略有减小，最终趋于稳定.(2)在法向应力σ分别为150 kPa、200 kPa时，两者对应的剪切应力应变关系具有相似性.剪切初期剪切强度大幅度增加，但是相比法向应力σ为50 kPa、100 kPa所对应的应力应变关系，剪切刚度明显减小.随后随着切向应变的增大，剪切强度并未出现峰值，而是缓慢增大，最终趋于稳定.(3)如图6(b)所示，对于直剪试验试验Z4，其应力应变关系出现了两次屈服.这可以说明天然节理面复杂多变，会影响到其剪切变形规律，但是不影响其最终的剪切强度.在岩体节理剪切过程中，节理受到法向与切向荷载的共同作用.由于微凸体的爬坡和啃断作用，节理面壁受到磨损，累积到一定程度就宏观表现为软化，即剪切强度会有峰值出现.同时，因微凸体的破碎而产生的颗粒，在剪切过程中被碾压、迁移，节理面壁间出现颗粒夹层，剪切强度的逐渐增大，即表现出强化现象.黄土节理在剪切过程中，软化与强化现象同时存在.黄土体自身的抗压强度较小，而当施加法向应力时，节理凸起部分首先接触，由于应力集中的原因，微凸体受到较大的法向应力.当法向应力较小时，节理接触的凸起部分未完全被压碎，节理面壁之间能够维持原来互锁的状态.随着剪切的进行，就会出现爬坡啃断，因此表现出节理剪切强度大幅增加，即具有较大的剪切刚度.随后累积到一定程度就表现出软化现象，由此节理剪切应力应变关系中就会出现峰值.当法向应力增大到一定值时，由于黄土体自身的抗压强度较小，节理接触的凸起部分几乎完全被压碎，节理面壁之间被破碎黄土颗粒填充，破坏了节理面之间原来互锁的状态.因此，初始剪切强度就会变小.随着剪切的进行，节理面壁间出现颗粒夹层，剪切强度会逐渐增大，最终趋于稳定. 通过试验，可以得到黄土节理的应力应变关系符合下式，限于篇幅不再赘述.详见文献[16].式中：τ为剪切强度，u为剪切位移，τm为极限剪切强度，k0为初始剪切刚度，a、b为拟合参数.3 结论通过大型直剪试验对黄土天然节理的剪切强度及变形规律进行了研究，得出主要结论如下：(1)试验测得了黄土节理的剪切强度，通过大型直剪试验得到其峰值内摩擦角为47.37° ，通过小型直剪试验得到其峰值内摩擦角为35.17°.(2)黄土节理直剪试验存在尺寸效应，试样尺寸主要影响节理面起伏度对剪切强度的贡献.试样尺寸越大，其剪切强度也越大.(3)法向应力不同，黄土节理剪切阻力形成机制不同.法向应力较小时，初始剪切刚度较大，应力-应变曲线存在峰值；法向应力较大时，初始剪切刚度较小，应力-应变曲线无峰值，剪切强度随应变增大而增大，最终趋于稳定.参考文献References[1] 王正贵，康国瑾，马崇武. 关于黄土垂直节理形成机制的探讨[J].中国科学.1993，23(7)：765-770.WANG Zhenggui,KANG Guojin,MA Chongwu. 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