In-situ Test Research on Shear Strength of Cretaceous Mudstone in Jiaodong
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摘要: 我国胶东地区广泛分布白垩系泥岩地层，其具有遇水软化、膨胀，失水收缩、崩解等工程特性，岩体抗剪强度的准确确定对该区域基坑、边坡稳定性设计和施工具有重要意义。通过开展现场岩体抗剪试验和室内岩石直剪试验，得出岩体与岩石内摩擦系数和内摩擦角基本一致，岩石黏聚力是岩体黏聚力的10.6倍，分析二者差异原因主要有岩石直剪试验岩样代表性差、扰动大、数据离散性大、尺寸效应和试样完整性差异等，现场岩体抗剪试验得出的岩体抗剪强度参数更能真实反映岩体实际工程性质，可用于工程设计和优化。Abstract: Cretaceous mudstone is widely distributed in Jiaodong area of China, which has the characteristics of softening and expansion in water, as well as shrinkage and disintegration with water loss. The accuracy of rock shear strength is significant for construction and design of foundation and slope stability. According to the in-situ shear tests and laboratory direct shear tests, the results show that the internal friction coefficient and internal friction angle are basically the same. The cohesion of rock is 10.6 times that of rock mass. The main reasons for differences are poor representativeness, large disturbance, big divergence, size effect, and sample integrity etc. The in-situ shear test can be more truly reflect the actual engineering properties, which is available for engineering design and optimization.
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Key words:
- mudstone /
- shear test of rock mass /
- internal friction angle /
- cohesion
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表 1 垂直、水平荷载加载方案
试体编号 预定垂直
荷载/kN推荐每级垂直
加载量/kN法向应力
σ/kPa内摩擦角
φ/(°)tanφ 黏聚力
c/kPa剪应力
τ/kPa剪切面积
F/m2估算最大
剪力Qmax/kN推荐最大
剪力Qmax/kN推荐每级水平
加载量Qi/kNP1 250 50 510.2 45 1 90 600.2 0.49 294.1 300 30 P2 200 40 408.2 45 1 90 498.2 0.49 244.1 250 25 P3 150 30 306.1 45 1 90 396.1 0.49 194.1 200 20 P4 100 20 204.1 45 1 90 294.1 0.49 144.1 150 15 P5/P6 50 10 102 45 1 90 192 0.49 94.1 100 10 
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表 2 白垩系泥岩岩体剪切破坏特征表
阶段试体 弹性变形阶段 微裂隙稳定发展阶段 非稳定发展阶段 破坏后阶段 水平荷载/MPa
变形/mm弹性极限
/MPa水平荷载/MPa
变形/mm屈服极限
/MPa水平荷载/MPa
变形/mm峰值强度
/MPa水平荷载/MPa
变形/mm残余强度
/MPaP1 水平荷载 0～0.49 0.49 0.49～0.61 0.61 0.61～0.68 0.68 0.68～0.34 0.34 变形 0.09～1.62 1.62～2.22 2.22～2.81 2.81～67.52 P2 水平荷载 0～0.29 0.29 0.29～0.39 0.39 0.39～0.42 0.42 0.42～0.22 0.22 变形 0.1～2.3 2.3～5.59 5.59～6.65 6.65～67.15 P3 水平荷载 0～0.24 0.24 0.24～0.31 0.24 0.31～0.35 0.35 0.35～0.14 0.14 变形 0.25～1.98 1.98～2.81 2.81～3.72 3.72～70.91 P4 水平荷载 0～0.21 0.21 0.21～0.27 0.27 0.27～0.3 0.30 0.3～0.15 0.15 变形 0.25～2.48 2.48～3.19 3.19～3.5 3.5～69.78 P5 水平荷载 0～0.1 0.10 0.1～0.18 0.18 0.18～0.3 0.30 0.3～0.09 0.09 变形 0.05～0.77 0.77～2.13 2.13～4.26 4.26～70.98 P6 水平荷载 0～0.14 0.14 0.14～0.18 0.18 0.18～0.22 0.22 0.22～0.11 0.11 变形 0.06～1.7 1.7～2.47 2.47～3.65 3.65～67.83
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表 3 各法向应力下抗剪断、抗剪强度值表
法向应力
/MPa抗剪断峰值
强度/MPa抗剪断残余值
强度/MPa抗剪断比例极限
值强度/MPa抗剪峰值
强度/MPa0.10 0.22 0.11 0.14 0.08 0.20 0.30 0.15 0.21 0.12 0.30 0.35 0.14 0.24 0.15 0.40 0.42 0.22 0.29 0.19 0.50 0.68 0.34 0.49 0.26
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表 4 直剪试验强度参数表
试验
类型峰值强度 比例极限强度 残余强度 内摩擦
系数
tanφ黏聚力
c/MPa内摩擦
系数
tanφ黏聚力
c/MPa内摩擦
系数
tanφ黏聚力
c/MPa抗剪断 1.02 0.079 0.75 0.045 0.52 0.033 抗剪 0.42 0
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表 5 不同边坡高度岩体等效内摩擦角数值表
边坡高度
H/m岩体内
摩擦角
φ/（°）岩体
黏聚力
c/MPa岩体重度
γ/（kN·m−3）岩体破裂角
θ/（°）岩体等效
内摩擦角
φd/（°）5 45.57 0.079 25.1 68.07 74.18 10 45.57 0.079 25.1 68.07 66.26 15 45.57 0.079 25.1 68.07 61.69 20 45.57 0.079 25.1 68.07 58.74 25 45.57 0.079 25.1 68.07 56.69 30 45.57 0.079 25.1 68.07 55.19
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表 6 岩石室内直剪抗剪强度参数统计表
岩性及风化程度 统计项目 摩擦系数f ′ 黏聚力c′/MPa 中等风化泥岩 样本个数 18 13 最大值 1.68 1.38 最小值 0.82 0.61 平均值 1.17 0.99 中大平均值 1.42 1.19 中小平均值 0.99 0.80 标准差 0.30 0.30 变异系数 0.26 0.30 标准值 1.04 0.84
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图(7) / 表(6)
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