滑坡是一种危害很大的不良自然地质现象,可根据地层岩性大体可分为粘性土滑坡、堆填土滑坡、岩石滑坡、破碎岩石滑坡、堆积土滑坡和黄土滑坡。随着地下工程的发展,土石坝工程需要大量的地质研究分析。对于土石坝以碎石为主要材料的研究很多,但对以便捷可靠的试验方法对碎石土的研究和试验稳定性的提高,前人的研究中尚没有完全涉及。本研究采用钢珠土混合体的强度和变形特性来评价和检测同粒径碎石土的特性,以及区分粗颗粒的运动形式和辨别混合体受作用影响的机理等问题。本文通过三轴试验测得碎石土的抗剪强度,进而研究碎石土在试验加载过程和服役破坏过程中的棘齿效应及稳定性,即颗粒之间的各种形态运动形态,如咬合、摩擦和滚动等运动形态。根据试验测量所得的数据,应用C-M屈服理论,绘制出抗剪强度包线,并求得抗剪强度参数。可得到各试验状态下的主应力差与轴向应变关系曲线、摩尔圆和拟合的抗剪强度包线,以及抗剪强度参数等。分析碎石土样负荷过程中,粗颗粒的受力运动形态。本试验进行的主要工作和分析的成果如下:(1)包括钢珠土混合体在内的各种区间粒组碎石土混合体的主应力差-轴向应变关系曲线分为三个阶段,即弹性变形阶段、屈服阶段和应变硬化阶段。弹性变形阶段的每个试样曲线近似呈直线。在屈服阶段的主应力差-轴向应变关系曲线的曲率趋于一致。应变硬化阶段均呈现硬化的特性。因此,可以用钢珠土混合体进行对比分析区间粒组碎石土,达到简化试验和替代较复杂和离散性较大的碎石土试验目的。(2)钢珠土混合体的主应力差-轴向应变关系曲线整体相对比较平滑,且粗粒钢珠是点与点的接触,其运动主要是滑动。这些决定了钢珠土之间不存在咬合而发生滚动。然而,采用这样的试验方式很好的辨析了碎石土棘齿效应的咬合作用的对抗剪强度的影响。而且钢珠土混合体是相对易控的试验材料和稳定的试验数据,则提高了区间粒组碎石土试验研究的稳定程度。(3)通过碎石土棘齿效应的三轴试验进行分析,可以看到所用碎石土试验土样,在各级围压作用下均未出现显著的峰值强度。围压的高低决定碎石土中粗颗粒的受力状态和运动形式。高围压下,与钢珠混合体对比,证明了棘齿效应中碎石土中粗颗粒的翻越滚动及镶嵌咬合作用决定了碎石土的抗剪强度的提高。(4)碎石土的抗剪强度不仅与碎石含量有关,而且与粒径大小和剪切速率有联系。高含量的碎石土中,较小的剪切速率对碎石土的抗剪强度具有提高的作用。含石量高的小粒径碎石土,在低剪切速率下,抗剪强度有所提高,主要表现为颗粒之间的摩擦;而高剪切速率下,土粒起到润滑的作用,小碎石颗粒在作滑移运动和滚动。用钢珠土混合体或者理想粗粒混合体作为评价碎石土的参考基数,钢珠土混合体同样有类似的受力和运动状态。(5)在同粒径的钢珠土和碎石土混合体中,粗颗粒与土的弹性模量比值较大。但在含石量较高时,钢珠和碎石颗粒与土粒之间的粘聚力较小;同时在含石量较低时,土颗粒对碎石颗粒和钢珠具有包裹作用,在抗剪过程中不足以是碎石颗粒破碎,粗颗粒未发生破坏,试样的压缩量已达到破坏标准。因此,这两种情况下弹性模量不是试验的主要影响因素。