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人工模拟堆石料的颗粒破碎率试验研究 孔德志，张其光，张丙印，孙逊 清华大学水利水电工程系，水沙科学与水利水电工程国家重点实验室，北京（100084 ） E-mail: byzhang@ 摘 要：天然堆石料的颗粒破碎率不易准确测量。本文对一种人工模拟堆石料进行了系列的 颗粒破碎三轴试验研究，并对试验后试样颗粒破碎的情况进行了详细筛分和统计。试验结果 表明，破碎颗粒可分为残缺颗粒和完全破碎颗粒两种类型，两者的质量百分数存在幂函数关 系。尽管以颗分曲线为基础的颗粒破碎率指标不能考虑残缺破碎颗粒的影响，但同总体的体 积破碎率存在对应关系，仍可作为颗粒破碎的影响参量使用，而单一粒径破碎指标的局限性 较大。 关键词：人工模拟堆石料；三轴试验；颗粒破碎；破碎率 堆石料被广泛应用于水利、港口、交通 分别为9/9/12、12/12/16、15/15/20 和21/21/28 等岩土工程的建设。堆石料多由人工爆破开 （单位：mm ），以下依次称为粒径1、粒径 采，具有许多天然的肉眼无法看到的潜在缺 2 、粒径3、粒径4 。制备水泥椭球颗粒的过 陷，在高应力作用下，其颗粒破碎现象通常 程以及装样程序详见文献[1] 。采用标准立方 会很严重。颗粒破碎对堆石体的强度，尤其 体水泥试块的抗压强度作为水泥球颗粒强 是变形具有十分重要的影响[1] 。因此有必要 度的指标，见表1。 进一步开展有关颗粒破碎现象的研究工作。 表1 人工材料的制备方案 研究颗粒破碎，首先需要有效度量破碎 方 水泥 硅粉 水 减水剂 龄期 水灰 抗压强度 的程度，已有不同学者提出了不少度量指标 案 (kg) (kg) (kg) (g) (d) 质量比 (MPa) 1 1.784 0.223 0.343 80.3 28 0.2 105 [2-9] 。目前针对颗粒破碎的研究工作主要针对 2 1.784 0.223 0.343 80.3 7 0.2 100 天然堆石料展开。由于天然堆石料的颗粒破 3 1.642 0.206 0.421 27.7 3 0.24 80 碎率很难准确确定，难以开展定量的研究工 4 1.642 0.206 0.421 27.7 1 0.24 60 5 1.420 0.178 0.553 10.7 1 0.35 30 作。 本文尝试采用水泥净浆浇铸四种不同 对表中5 种颗粒强度的水泥椭球人工模 粒径水泥椭球颗粒的方法，制备了一种人工 拟堆石料进行了系列的常规三轴固结排水 模拟堆石料。通过调节水灰比和龄期控制水 试验，统计分析了试验中颗粒的破碎情况。 泥球的颗粒强度，达到控制不同颗粒破碎率 共进行了完整和过程两大类型试验。 的目的。对人工模拟堆石料进行了多组常规 完整试验指剪切到轴向应变 ε1=15% 的 三轴排水试验，利用人工模拟堆石料颗粒可 试验。对表 1 中5 种颗粒强度的模拟堆石料 数的特点，对试验后颗粒破碎的情况进行了 均进行了 5 个围压的完整试验，分别为 详细地筛分和统计。探讨了颗粒破碎的方式 σ3=100kPa 、200kPa 、400kPa 、800kPa 、 和特性，对现