试验的露天矿碎石力学研究

在季节性冻土区，由于土体经受年复一年的周期性冻融循环作用，冻害对工程边坡等岩土体的稳定性有着严重的影响。周期性的冻融作用改变了土体的性质，使土体内部结构从不稳定向动态稳定平衡方向发展。随着季节的交替，冻融作用会反复发生，在冷生水化风化作用下，细小土粒和矿物的微裂隙中的水膜的楔开压力也随着发生变化，从而导致细小土粒和矿物的破坏，使粒径变小;在相反的物理—化学作用下，胶体和粘粒凝聚成微集合体，使土的粒径增大。

冻融作用使岩土体遭受破坏，松散沉积物受到挠动与再分选，从而形成各种冻土地貌。高原岩土体的周期性冻融作用加剧该区域的地面不稳定性，并引发出更多的工程地质问题，不利于大型采矿、房屋和道路桥梁工程的建设。因此科学地开展室内及现场土力学试验、准确把握岩土的力学参数对大型工程稳定性分析与计算和治理工程设计至关重要。本文研究的高原碎石土位于西藏西部某矿，距拉萨市121km，在邦达普曲中游，河谷两侧为谷坡地带，山体坡度在15～45°之间，斑岩体出露区地势相对平缓，坡度6～17°。矿区地势总体趋势为东高西低、北高南低，地形起伏较大。

矿区一般海拔4520～5354m之间，相对高差约834m，属高山深切割区。矿区第四系松散堆积物较发育，且厚度分布不均匀，山坡上密灌丛生或为腐殖覆盖或为寒冻风化形成的倒石堆覆盖，厚度一般在15～40m不等。在常年周期性冻融作用和高地应力的条件下，矿区形成了联结力低、颗粒粒径较大的碎石土覆盖层。基于该矿区高原碎石土特殊的地质条件和力学成因，很有必要进行各种条件下的大型剪切试验对土体力学性质进行研究。

在大型剪切试验研究方面，20世纪70年代中期国内首台DJ-I型现场大型直剪仪，剪切环的内径356.9mm，高140mm，可实现垂直压力与试样同步移动，解决了剪切过程中垂直压力的偏心问题［1］。河海大学(2000年)研制了大型单、直剪仪，用于测定粗粒料土体的抗剪强度，以及不同材料的接触面特性等方面的试验研究［2］。清华大学张嘎、张建明等［3］研制了TH-20t大型土与结构接触面循环加载剪切仪，可用于粗粒土与结构的接触面单调和循环加载试验，研究接触面的受力变形机理及规律。

四川大学水利水电学院研制了一台大型粗粒土直剪试验机，采用齿轮齿条机构来固定剪切面中心的位置，同时运用线性比列调压技术使正应力恒定，解决了剪切面中心位置偏移、剪切面上正应力分布不均的问题［4］。长江科学研究院土工研究所的室内DHJ60型叠环式剪切试验机，试样是尺寸为600mm×600mm×600mm的立方体;该种直剪仪的最大特点是消除了常规直剪仪中剪切面单一的缺点，使试样有可能沿最弱的剪切面发生破坏［5］。