全風(fēng)化花崗巖與花崗巖殘積土的判別及物理力學(xué)性質(zhì)對比

周小文，羅興財

(1.華南理工大學(xué) 亞熱帶建筑科學(xué)國家重點實驗室，廣州 510640； 2.中鐵南方投資集團(tuán) 東莞公司，廣東 東莞 523037)

1 研究背景

花崗巖在全國都有分布，在華南地區(qū)尤其珠三角是分布最為廣泛的一類巖石。按照風(fēng)化程度，一般分為未風(fēng)化、微風(fēng)化、中風(fēng)化、強風(fēng)化、全風(fēng)化和殘積土6個等級，其中，全風(fēng)化花崗巖(Completely Decomposed Granite，CDG)和花崗巖殘積土(Granite Residual Soil，GRS)屬于土類。在亞熱帶溫濕氣候以及多雨淋析的環(huán)境下，華南地區(qū)花崗巖的風(fēng)化程度、特征等與全國其他地區(qū)的花崗巖有巨大的差異，所形成的風(fēng)化土覆蓋層厚度較大，全風(fēng)化花崗巖和花崗巖殘積土的工程性質(zhì)與其他地區(qū)的風(fēng)化土也有顯著的區(qū)別。該區(qū)域的花崗巖風(fēng)化土有特殊的結(jié)構(gòu)性，干燥時強度較高，泡水或受到震動后(甚至只要暴露于空氣)強度顯著降低，經(jīng)常引起工程事故或地質(zhì)災(zāi)害，因此，被視為“區(qū)域性土”或“特殊土”。

國內(nèi)對于華南地區(qū)花崗巖殘積土和全風(fēng)化花崗巖已有較多的研究，對其特殊的物理力學(xué)特性已形成一定的共識，如“兩高兩低”(高孔隙比、高強度和低密度、中低壓縮性)、遇水易崩解、易滑坡、承載力需打折[1-6]。但是，在已有的研究中，較少對花崗巖殘積土和全風(fēng)化花崗巖進(jìn)行區(qū)分，尤其在結(jié)構(gòu)性的表現(xiàn)、破壞形態(tài)、強度、本構(gòu)關(guān)系等方面，未作深入的比較研究，少有的比較研究僅針對現(xiàn)場標(biāo)貫值方面[7]。有一些研究者[8-10]探討了花崗巖風(fēng)化帶的劃分及顆粒分析、礦物化學(xué)成分等指標(biāo)的相互關(guān)系。但是，在工程現(xiàn)場由于缺乏明確的判別標(biāo)準(zhǔn)，對二者的區(qū)分與定名仍存在較大的困難。針對上述問題，筆者基于有關(guān)規(guī)范對2種土的判別方法進(jìn)行分析和總結(jié)，并取樣進(jìn)行試驗以比較其物理力學(xué)特性。鑒于問題的復(fù)雜性以及試驗數(shù)量有限，本文提出的認(rèn)識有待進(jìn)一步驗證與深化。期望本文工作對于在工程中辨識全風(fēng)化花崗巖與花崗巖殘積土以及選取合適的力學(xué)指標(biāo)具有一定的參考價值。

2 有關(guān)規(guī)范對花崗巖風(fēng)化程度的劃分

國家標(biāo)準(zhǔn)及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中，對于巖石風(fēng)化程度分級的指標(biāo)及方法大同小異，但在涉及花崗巖方面有一些細(xì)小的差別。

2.1 相關(guān)規(guī)范關(guān)于巖石風(fēng)化程度的劃分

2.1.1 《巖土工程勘察規(guī)范》(GB 50021—2001)(2009年版)

巖石的風(fēng)化程度按照表1劃分。由于全風(fēng)化巖和殘積土都屬于土類，無法取樣測定抗壓強度，因此，以波速比Kv作為區(qū)分全風(fēng)化巖與殘積土的主要指標(biāo)，全風(fēng)化巖Kv=0.2～0.4，殘積土Kv<0.2。另外，專門針對花崗巖類巖石，規(guī)定可采用標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗實測擊數(shù)N′劃分：N′≥50為強風(fēng)化，50>N′≥30為全風(fēng)化，N′<30為殘積土?？梢姡趪覙?biāo)準(zhǔn)中，花崗巖具有一定的特殊性。該規(guī)范還允許根據(jù)當(dāng)?shù)亟?jīng)驗劃分風(fēng)化程度。

表1 巖石風(fēng)化程度劃分(《巖土工程勘察規(guī)范》)Table 1 Division of weathering degree of rock(Code for investigation of geotechnical engineering)

2.1.2 《城市軌道交通巖土工程勘察規(guī)范》(GB 5030—2012)

該行業(yè)規(guī)范同樣按照野外特征、波速比Kv、風(fēng)化系數(shù)Kf和標(biāo)準(zhǔn)貫入值進(jìn)行劃分，且其分級界限與《巖土工程勘察規(guī)范》基本一致。同時，該規(guī)范將風(fēng)化的花崗巖列入了特殊土，對花崗巖強風(fēng)化巖、全風(fēng)化巖與殘積土的劃分專門有一個表格，如表2所示。除標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗實測擊數(shù)(簡稱標(biāo)貫值)以外，增加了剪切波速的劃分指標(biāo)。

表2 花崗巖類的強風(fēng)化巖、全風(fēng)化巖與殘積土劃分(《城市軌道交通巖土工程勘察規(guī)范》)Table 2 Classification of strongly weathered rock,completely decomposed rock, and residual soil of granite(Code for geotechnical investigation of urban rail transit)

現(xiàn)實中大多數(shù)工程勘測很少做剪切波波速的測試，大多數(shù)以標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗為主。因此，執(zhí)行該規(guī)范時，在判別全風(fēng)化花崗巖與花崗巖殘積土方面與《巖土工程勘察規(guī)范》并無大的差別。

2.1.3 《鐵路工程巖土分類標(biāo)準(zhǔn)》(TB 10077—2019)

該規(guī)范對巖體進(jìn)行風(fēng)化程度的劃分，將巖體分為未風(fēng)化、微風(fēng)化、弱風(fēng)化、強風(fēng)化、全風(fēng)化5個風(fēng)化等級，其野外鑒定的定性方法在巖石礦物顏色、結(jié)構(gòu)、破碎程度、堅硬程度上描述更加細(xì)致，定量指標(biāo)則采用風(fēng)化系數(shù)、波速比、縱波速度3個指標(biāo)。但是，該規(guī)范未在全風(fēng)化之后再列殘積土等級。

2.1.4 《廣東省建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》(DBJ 15-31—2016)

該規(guī)范關(guān)于不同風(fēng)化等級的野外特征描述與《巖土工程勘察規(guī)范》基本一致，未納入波速比、風(fēng)化系數(shù)的劃分標(biāo)準(zhǔn)。在用實測標(biāo)貫值定量劃分全風(fēng)化與殘積土方面，將花崗巖與其他巖石進(jìn)行了區(qū)分。對于花崗巖，N′≥70為強風(fēng)化巖、70>N′≥40為全風(fēng)化、N′<40為殘積土。對于其他巖石，N′≥50為強風(fēng)化巖、50>N′≥30為全風(fēng)化、N′<30為殘積土?？梢?，該規(guī)范實質(zhì)是對花崗巖風(fēng)化土(全風(fēng)化和殘積土)的標(biāo)貫值做了折減。這是考慮了花崗巖風(fēng)化土的結(jié)構(gòu)性，認(rèn)為結(jié)構(gòu)性強度是不完全可靠的。比如，一般巖石N′=38時，劃歸為全風(fēng)化土，但是，對于花崗巖，N′=38時已成為殘積土。

2.2 全風(fēng)化花崗巖與花崗巖殘積土判別的困難及新思路

上述國家標(biāo)準(zhǔn)、地方標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)在劃分巖石風(fēng)化程度方面，一般既有野外定性描述，也有波速比、風(fēng)化系數(shù)和(或)標(biāo)貫值的定量標(biāo)準(zhǔn)，基本能滿足工程需要。但是，針對全風(fēng)化花崗巖和花崗巖殘積土，在實際判別時往往存在一定的困難，主要困難有：

(1)全風(fēng)化花崗巖與花崗巖殘積土的定性描述從文字上容易理解，但是，現(xiàn)場較難判斷。例如，組織結(jié)構(gòu)基本破壞與完全破壞并沒有明顯界限，實際二者都表現(xiàn)有原巖的紋路，都有結(jié)構(gòu)性，只是程度稍有差異，很難判斷。如在是否容易用鎬挖掘方面，也不易判斷，原因是當(dāng)土體含水率較低時，強度都比較高，用鎬挖掘都不易。吳仕川[11]曾提出，由于燕山期花崗巖風(fēng)化帶為逐漸過渡，分界不明顯，勘察人員按照感官法對持力層勘驗時，風(fēng)化帶的鑒別難以準(zhǔn)確把握，常盡量向偏于工程安全的方向劃分。例如，將全風(fēng)化判定為殘積土，或?qū)⑼翣顝婏L(fēng)化判定為全風(fēng)化，中風(fēng)化判定為強風(fēng)化，這樣造成樁基工程的大量浪費。

(2) 我國工程地質(zhì)勘察早已形成一個突出的特點，即標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗一般必做，而靜力觸探和波速測試等較為繁瑣的試驗則做得很少。因此，區(qū)分花崗巖全風(fēng)化土與殘積土的定量手段基本只剩下標(biāo)貫值。《巖土工程勘察規(guī)范》以N′=30作為全風(fēng)化土與殘積土的分界，而《廣東省建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》則以N′=40為分界值。二者有較大的差別，給定名造成困惑。實踐中，大多數(shù)地質(zhì)勘察單位習(xí)慣以N′=30劃分。此外，實測標(biāo)貫值N′受上覆土層厚度影響較大。表層全風(fēng)化花崗巖的N′有可能<30(或40)，而下部殘積土的N′也有可能>30(或40)，這也給基于N′的土層定名帶來不確定性。

針對上述問題，筆者認(rèn)為可以考慮將顆粒級配特性作為輔助的定量指標(biāo)。根據(jù)經(jīng)驗，華南地區(qū)全風(fēng)化花崗巖一般是細(xì)砂-粗砂的成分較多，黏土成分較少。如香港的CDG顆粒>0.1 mm的占80%以上，平均粒徑為1.5 mm左右。因此，將某種或某幾種級配特征，如平均粒徑或2 mm以上顆粒含量或其他粒徑特征，作為判別全風(fēng)化花崗巖與殘積土的輔助指標(biāo)，或許是合適的。對于這一設(shè)想，有必要針對全風(fēng)化土與殘積土開展專門的顆粒級配特征的統(tǒng)計分析。

3 取樣及試驗方案

全風(fēng)化花崗巖和花崗巖殘積土的風(fēng)化程度不同，導(dǎo)致其顆粒組成特征等物理性質(zhì)不同以及保留(或演變)的內(nèi)在結(jié)構(gòu)性不同。深圳市地基覆蓋層普遍分布有花崗巖殘積土和全風(fēng)化花崗巖。在深圳某基坑工地中，依據(jù)該工程地質(zhì)勘察報告所定名的全風(fēng)化花崗巖和花崗巖殘積土(按照外觀特征以及標(biāo)貫值)，取二者的原狀樣和重塑樣。原狀樣的形態(tài)見圖1。

圖1 全風(fēng)化花崗巖與花崗巖殘積土土樣外觀Fig.1 Field sampled appearances of CDG and GRS

對2種土樣進(jìn)行了物理力學(xué)性試驗。物理性質(zhì)試驗包括密度、含水率、相對密度、顆粒分析和細(xì)粒部分的流塑限。力學(xué)性質(zhì)試驗包括原狀樣與重塑樣的三軸固結(jié)排水剪和固結(jié)不排水剪試驗。力學(xué)性質(zhì)試驗?zāi)康氖怯^察土樣的破壞形態(tài)、測試土樣的強度參數(shù)并分析土樣結(jié)構(gòu)性的影響。

三軸重塑樣按照《土工試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 50123—2019)利用擊樣法制備，控制干密度與含水率與對應(yīng)的原狀土相同。

三軸試驗采用華南理工大學(xué)GDS應(yīng)力路徑三軸儀進(jìn)行，圓柱體試樣尺寸為Φ38 mm×76 mm。原狀樣和重塑樣皆采用真空飽和與反壓飽和，經(jīng)B值檢測，土樣飽和度都在0.98以上。各向等壓固結(jié)時的加卸載速率為15 kPa/h，排水剪切與不排水剪切的軸向位移加載速率為0.015 2 mm/min。對不同的試樣分別采用了50、100、125、200、225、300、350 kPa等多種圍壓。

4 全風(fēng)化花崗巖和花崗巖殘積土性質(zhì)比較

4.1 物理性質(zhì)比較

圖2為全風(fēng)化巖與殘積土顆粒分析曲線。從圖2可以看出，全風(fēng)化巖粗顆粒含量明顯高于殘積土，細(xì)顆粒(<0.075 mm)比例比殘積土低很多。由表3可見，殘積土的塑性指數(shù)也比全風(fēng)化花崗巖高。這說明殘積土中原生礦物分解得更徹底，細(xì)粒含量高。全風(fēng)化花崗巖≤0.075 mm的粒徑含量為47%(<50%)，粉粒含量為22.5%(<50%)，按照《土工試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 50123—2019)定名為黏土質(zhì)砂。殘積土<0.075 mm的粒徑含量為58.3%(>50%)，液限為42.4%(<50%)，定名為低液限黏土。殘積土中含有39.2%和2.5%的礫，同時定名為含砂黏土。

表3 物理性質(zhì)對比Table 3 Comparison of physical properties between CDG and GRS

圖2 全風(fēng)化花崗巖與花崗巖殘積土顆粒分析曲線Fig.2 Particle distribution curves of CDG and GRS

由圖1可見，全風(fēng)化巖呈黃色，表面粗糙，砂含量高，而殘積土除了黃色以外，還分布著大片的白色和紅色，顯示殘積土中的長石、黑云母等礦物已大部分風(fēng)化為白色的高嶺土。不穩(wěn)定的各種氧化物被大量淋濾掉，而較穩(wěn)定的鐵、鋁等化合物顯著富集，使土體表現(xiàn)出褐紅色、黃白色、黃紅色等顏色。

關(guān)于花崗巖風(fēng)化帶在垂直剖面上物理指標(biāo)的差異，伍煒豪[12]通過資料的收集和統(tǒng)計，指出由于風(fēng)化程度的不同，殘積土在含水率、孔隙比、液限等指標(biāo)上都要高于全風(fēng)化巖。由表3亦可以明顯看出這個規(guī)律。此外，殘積土中0.01～0.05 mm的中間粒徑含量僅7%，屬于缺乏中間粒徑的不良級配。華南地區(qū)花崗巖殘積土普遍存在程度不同的缺乏中間粒徑的現(xiàn)象，主要是多雨、長期淋濾作用導(dǎo)致部分細(xì)顆粒流失造成的，這是該地區(qū)花崗巖殘積土的一個顯著特征。

殘積土風(fēng)化程度比全風(fēng)化花崗巖高，且處于地表表層，淋濾作用更充分，其中的可溶性鹽類和部分二氧化硅容易被水帶走，從而形成較大的孔隙比，如本殘積土樣的孔隙比高達(dá)0.91。

4.2 破壞形態(tài)的比較

4.2.1 原狀土的固結(jié)排水剪(CD)破壞形態(tài)

原狀土固結(jié)排水剪的試樣破壞形態(tài)如圖3所示，其中，CD50、CD125中的“50”“125”分別表示圍壓50、125 kPa，以此類推。全風(fēng)化花崗巖試樣在各個圍壓下受剪破壞形態(tài)比較復(fù)雜，整體上具有一定的鼓狀變形，表面凹凸較雜亂，可見多條小型剪切帶，呈現(xiàn)鼓狀-剪切帶結(jié)合的破壞形式?；◢弾r殘積土顆粒相對較細(xì)，受剪后試樣表面形態(tài)比較規(guī)則，在50 kPa圍壓時出現(xiàn)單一剪切帶，而較高圍壓下呈現(xiàn)鼓狀為主、隱含剪切帶的破壞形式，亦可認(rèn)為是鼓狀-剪切帶結(jié)合的破壞形式。鼓狀變形是土體的正常壓縮變形(豎向壓力大于側(cè)向壓力)，而剪切帶主要是由于土體內(nèi)在的初始結(jié)構(gòu)(花崗巖易生的內(nèi)在裂隙網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu))特征引起應(yīng)變局部化造成的。

圖3 固結(jié)排水條件下原狀全風(fēng)化花崗巖和原狀花崗巖殘積土破壞形態(tài)Fig.3 Failure patterns of undisturbed specimens of CDGand GRS under consolidated-drained shear

4.2.2 原狀土的固結(jié)不排水剪(CU)破壞形態(tài)

原狀土試樣固結(jié)不排水剪的破壞形態(tài)如圖4所示。無論是全風(fēng)化試樣還是殘積土試樣，其破壞形態(tài)都呈現(xiàn)出明顯的剪切帶。全風(fēng)化巖的破壞形態(tài)雖然同樣由于粗顆粒的影響，表現(xiàn)出復(fù)雜的形態(tài)，但相比排水條件下，其剪切帶顯得相對集中和明顯。對于殘積土，即使在高圍壓下也同樣出現(xiàn)了明顯的單一剪切帶。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因，分析認(rèn)為是由于不排水剪切試驗中，試樣體積不變，土體不能壓密，孔隙水壓力上升，土骨架的有效應(yīng)力減小，有利于土體內(nèi)部變形沿著裂隙剪切帶集中發(fā)展。因此，不排水條件下花崗巖風(fēng)化土呈現(xiàn)明顯的剪切帶破壞。

圖4 固結(jié)不排水條件下原狀全風(fēng)化花崗巖和原狀花崗巖殘積土破壞形態(tài)Fig.4 Failure patterns of undisturbed specimens of CDG and GRS under consolidated-undrained shear

4.2.3 重塑土剪切的破壞形態(tài)

無論是全風(fēng)化花崗巖還是花崗巖殘積土，無論是排水剪還是不排水剪，試驗發(fā)現(xiàn)，其重塑樣三軸剪切破壞時的形態(tài)都呈較標(biāo)準(zhǔn)的鼓狀破壞。圖5給出部分試樣的破壞照片。這說明土樣重塑以后，已經(jīng)將原狀土的裂隙和結(jié)構(gòu)性全部破壞，土樣表現(xiàn)為各向同性的特征，破壞時呈現(xiàn)鼓狀破壞形態(tài)。

圖5 重塑全風(fēng)化花崗巖固結(jié)排水試驗和固結(jié)不排水試驗破壞形態(tài)Fig.5 Failure patterns of remolded specimens of CDGunder consolidated-drained shear and consolidated-undrained shear

4.3 應(yīng)力應(yīng)變特性及強度的比較

4.3.1 原狀土比較

經(jīng)試驗發(fā)現(xiàn)，原狀土的全風(fēng)化巖和殘積土的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系基本都是軟化型，低圍壓時軟化明顯，高圍壓時軟化程度減輕。為清晰起見，僅列出圍壓50 kPa時的曲線對比，如圖6和圖7所示。

圖6 原狀土固結(jié)排水試驗應(yīng)力-應(yīng)變曲線和體變曲線(σ3=50 kPa)Fig.6 Stress-strain curves and volumetric strain curvesof undisturbed soil specimens under consolidated-drained shear(σ3=50 kPa)

圖7 原狀土固結(jié)不排水試驗應(yīng)力-應(yīng)變曲線和孔壓曲線(σ3=50 kPa)Fig.7 Stress-strain curves and pore pressure curvesof undisturbed soil specimens under consolidated-undrained shear(σ3=50 kPa)

排水剪時，全風(fēng)化巖的體變由初始的剪縮到顯著的剪脹，而殘積土則是初始剪縮后發(fā)展為剪脹。與此對應(yīng)，在不排水剪中，全風(fēng)化巖由初始較小的正孔壓轉(zhuǎn)為較大的負(fù)孔壓，而殘積土則由初始的正孔壓轉(zhuǎn)變?yōu)榻咏憧讐骸?/p>

全風(fēng)化巖和殘積土的強度指標(biāo)見表4。由表4可見：全風(fēng)化巖的固結(jié)不排水強度比殘積土略大；全風(fēng)化巖的排水剪摩擦角φCD略高于殘積土，但是，黏聚力相差較大。全風(fēng)化巖的黏土顆粒比殘積土低很多，但黏聚力更大，說明全風(fēng)化巖有更高的結(jié)構(gòu)性強度，結(jié)構(gòu)性強度主要表現(xiàn)為凝聚力的增加。

表4 原狀土強度指標(biāo)對比Table 4 Comparison of strength parameters ofundisturbed soil between CDG and GRS

4.3.2 重塑土比較

同樣以圍壓50 kPa為例，試驗成果見圖8和圖9。從圖8和圖9可見，在固結(jié)排水與固結(jié)不排水試驗中，2種重塑土都是應(yīng)變硬化型的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系。

圖8 重塑土固結(jié)排水試驗應(yīng)力-應(yīng)變曲線和體變曲線Fig.8 Stress-strain curves and volumetric strain curvesof remodeled soil specimens under consolidated-drained shear

圖9 重塑土固結(jié)不排水試驗應(yīng)力-應(yīng)變曲線和孔壓曲線Fig.9 Stress-strain curves and pore pressure curvesof remodeled soil specimens under consolidated-undrained shear

強度指標(biāo)如表5所示。排水條件下，重塑全風(fēng)化巖的黏聚力與重塑殘積土的黏聚力基本一致，說明重塑以后土的結(jié)構(gòu)性喪失。重塑全風(fēng)化巖的摩擦角比重塑殘積土的高3.7°，這應(yīng)該是由于全風(fēng)化巖顆粒較粗且密度較大的緣故。

表5 重塑土強度指標(biāo)對比Table 5 Comparison of strength parameters of remoldedsoil between CDG and GRS

不排水條件下，發(fā)現(xiàn)一個似乎異常的現(xiàn)象，即在密度和含砂量比全風(fēng)化巖小的情況下，殘積土的抗剪強度反而比全風(fēng)化巖略高。由它們的孔壓曲線發(fā)現(xiàn)，作為黏土質(zhì)砂的全風(fēng)化巖的孔壓上升得較快，高孔壓可能使得其內(nèi)部土體骨架有效應(yīng)力減小，從而使得總抗剪強度降低。當(dāng)然，這種解釋還不夠充分，試驗誤差也有可能是一個原因。

4.4 結(jié)構(gòu)性比較

為反映原狀土結(jié)構(gòu)性對強度的影響，采用式(1)計算“偏應(yīng)力結(jié)構(gòu)貢獻(xiàn)率”。

(1)

式中：mq為偏應(yīng)力結(jié)構(gòu)貢獻(xiàn)率；qs、qr分別為同一應(yīng)力狀態(tài)下原狀土與重塑土的偏應(yīng)力。

考慮到單個試樣的對比存在較大的偶然性和離散性，以下采用峰值偏應(yīng)力結(jié)構(gòu)貢獻(xiàn)率隨圍壓變化的曲線來對2種土結(jié)構(gòu)性進(jìn)行比較。經(jīng)數(shù)據(jù)整理得到圖10。由圖10可以看出：①2種土在低圍壓下，結(jié)構(gòu)性強度都占有較大的比重，達(dá)到60%～70%，此時，結(jié)構(gòu)性強度主要表現(xiàn)為凝聚力作用；②結(jié)構(gòu)性強度的貢獻(xiàn)率隨著圍壓升高而快速降低，說明圍壓越高，起強度作用的主要是摩擦分量，因此，結(jié)構(gòu)性強度所占比重降低；③當(dāng)圍壓達(dá)到600 kPa時，結(jié)構(gòu)性強度貢獻(xiàn)率接近于0，說明高圍壓的壓縮作用可使土樣的初始結(jié)構(gòu)性幾乎完全破壞；④殘積土的結(jié)構(gòu)性貢獻(xiàn)率曲線總體上位于全風(fēng)化巖的下方，表明其結(jié)構(gòu)性強度貢獻(xiàn)率低于全風(fēng)化巖。

圖10 全風(fēng)化花崗巖與花崗巖殘積土的結(jié)構(gòu)性對比Fig.10 Comparison of structural stengths between CDGand GRS

筆者認(rèn)為，原生微裂隙、高孔隙比加上缺乏部分中間粒徑，可能使得花崗巖殘積土顆粒骨架呈現(xiàn)“積木”類型的特殊架構(gòu)，一旦某個或多個積木滑脫，整個構(gòu)架就失穩(wěn)并形成新的構(gòu)架。故此，花崗巖殘積土在遇水、震動或應(yīng)力卸荷等擾動下，容易發(fā)生大的變形(如崩解)和顯著的強度衰減。全風(fēng)化巖同樣具有這種受擾動而力學(xué)性質(zhì)顯著變化的特性，但是，程度比殘積土輕。因此，殘積土的結(jié)構(gòu)性強度更容易被破壞，其結(jié)構(gòu)性強度的貢獻(xiàn)率就低于全風(fēng)化巖。

5 結(jié) 語

通過對全風(fēng)化花崗巖和花崗巖殘積土判別方法及物理力學(xué)性質(zhì)的對比分析，得到以下幾點認(rèn)識：

(1) 以野外特征描述與標(biāo)貫值為主要依據(jù)進(jìn)行全風(fēng)化花崗巖與花崗巖殘積土鑒別時，存在將2種土作出混淆命名的可能性。鑒于全風(fēng)化花崗巖的級配特征與殘積土有顯著的差別，前者偏向于砂，后者偏向于黏性土，本文提出應(yīng)研究將土的某種級配特征(如平均粒徑或2 mm以上顆粒含量或其他級配指標(biāo))作為輔助指標(biāo)的可能性。

(2) 殘積土的風(fēng)化程度比全風(fēng)化巖高，其粒徑更細(xì)，孔隙比更大，且長期受淋析作用導(dǎo)致中間粒徑缺乏，常屬于缺乏中間粒徑的不良級配。

(3)原狀的全風(fēng)化花崗巖和殘積土內(nèi)存在結(jié)構(gòu)性，剪切時一般會出現(xiàn)應(yīng)變局部化的剪切帶，呈現(xiàn)鼓狀-剪切帶結(jié)合的破壞形式。重塑樣則呈較標(biāo)準(zhǔn)的鼓狀破壞形式。

(4) 原狀全風(fēng)化花崗巖的排水剪摩擦角φCD略高于殘積土，凝聚力會高出更多。全風(fēng)化巖比殘積土有更高的結(jié)構(gòu)性強度，表現(xiàn)為凝聚力增加明顯。重塑的全風(fēng)化巖與重塑的殘積土均破壞了原始結(jié)構(gòu)性，排水剪兩者凝聚力較為接近，全風(fēng)化巖由于顆粒較粗且密度更大，其摩擦角也更大，本文試驗土樣大3.7°。

(5)在低圍壓時，原狀土結(jié)構(gòu)性強度對土體總強度有較大的貢獻(xiàn)率，可達(dá)到60%～70%，此時，結(jié)構(gòu)性強度主要表現(xiàn)為凝聚力作用；隨著圍壓升高，摩擦分量所占比重加大，結(jié)構(gòu)性強度所占比重降低；受到高圍壓(>600 kPa)作用時，由于高壓縮作用土樣的初始結(jié)構(gòu)性可能完全破壞，結(jié)構(gòu)性對強度的貢獻(xiàn)趨于0。因此，高圍壓下，原狀土與重塑土的強度接近。