物理力学特性参数—深切河谷大型堆积体工程地质研究

堆积体一般由固体颗粒、水和空气三种不同状态(相)的物质组成，该三者之间的相互作用及它们之间的比例关系，反映出堆积体的物理性质和物理状态，且与堆积体的力学性质有着密切的关系。堆积体目前仍采用土里学理论来进行研究，其物理力学特性参数包括以下几方面：

1.物理水理性质

堆积体中三相的数量以及它们之间的相互定量比例关系，决定着堆积体的物理力学性质，表示三相定量比例关系的指标被称为堆积体的物理性质指标。土的物理性质指标很多，表示堆积体的物理性质指标主要有两种类型：即颗粒级配组成和堆积体所处的基本物理状态指标包括密度、含水率、相对密度、孔隙比和饱和度等。只有其中三个指标要通过试验测定(密度、相对密度和含水率)，其他的指标则通过这三个指标换算获得。

2.矿物成分

堆积体中的无机矿物是岩石风化后的产物，它是堆积体中矿物的主要部分。堆积体中有机质含量较低，并通常富集于局部土层，这时土中的有机质对堆积体的性质产生显著影响。由于母岩成分及风化程度不同，形成不同的矿物类型，按其成因和性质不同可将堆积体中的矿物分为原生矿物、次生矿物、水溶盐和有机质四大类。

3.变形性质

堆积体的压缩性是指堆积体在自身重力、外部压力及周围压力作用下，体积变化的性质。它包括堆积体体积的缩小、膨胀和体积下土体形状的改变。

堆积体的压缩性一般由压缩模量来表达，通过室内有侧限压缩压缩试验测定。堆积体的变形特性由变形模量来表达，通过现场载荷试验(无侧限)测定。

4.强度性质(www.xing528.com)

由于堆积体土、石颗粒本身的强度远大于颗粒间的联结强度，致使堆积体在外力作用下颗粒沿接触处相互错动而剪坏，表现为土、石颗粒间的连接破坏或是土、石颗粒间产生了过大的相对位移。因此堆积体的破坏多表现为剪切破坏。

堆积体的剪切破坏过程可描述为堆积体在外力作用下土的弹塑性应力应变关系变化的过程。堆积体的抗剪强度是堆积体在力系作用下抵抗剪应力破损的极限强度，其强度值与正应力呈直线关系，通常用内摩擦角和黏聚力来表达，它与堆积体的级配、密度、含水率、物质组成与及结构性质有关。

堆积体的抗剪强度有两种表示方法，一种是用总应力表示剪切破坏面上的法向应力，称为总应力法，相应抗剪强度指标为总应力强度指标；另一种为以有效应力表示剪切破坏面上的法向应力，称为有效应力法，相应的抗剪强度指标称为有效应力强度指标。

5.渗透性质

水在重力作用下穿过堆积体的孔隙发生运动，这一现象称为渗透。堆积体被渗流水穿透的性能称为堆积体的渗透性，堆积体的渗透性能用渗透系数K来表达，当土的渗透系数大于10-1～10-2cm/s时，为强透水层；当土的渗透系数为10-2～10-5cm/s时，为中等透水层；当土的渗透系数小于10-5～10-6cm/s时，为相对不透水层。

水在渗透坡降作用下在堆积体中流动会对堆积体骨架产生一种沿水流方向的一种力称之为渗透力，它等于水力坡降与水的重度之积，是引起堆积体产生渗透破坏的重要原因。根据堆积体的颗粒级配和特性，水力条件、水流方向和地质情况等因素，渗透破坏通常包括流土、接触流失、管涌和接触冲刷4种形式。

6.动力性质

堆积体在各种动荷载(冲击荷载、波动荷载、振动荷载和不规则荷载等)作用下的力学性质，包括动力变形特性和动力强度特性。饱和土在振动周期应力的作用下，堆积体单元内各颗粒接触处会发生滑动变形，堆积体体积有缩小的趋势，在不允许排水的情况下，这种滑动变形必然将原本由颗粒骨架承担的一部分有效应力传递到更加不可压缩的孔隙水上，堆积体中孔隙水压力升高，堆积体骨架的有效应力强度自然降低。此时，堆积体的力学性质在振动作用下发生改变。堆积体的动力特性指标试验分为现场和室内两个部分。现场试验的主要方法：一是通过地球物理法、表面振动法测定堆积物的动弹性模量和动剪模量；二是通过标准贯入试验测定堆积体的贯入击数从而换算堆积体的相对密度。室内试验主要有5种基本方法，即振动三轴、振动单剪、振动扭剪、共振柱和振动台法，用以测定堆积体的阻尼比、动剪模量以及动剪应力比与振次的关系曲线等指标。