维普资讯 http://www.cqvip.com ２ ０ ０ ７年７月 第３３卷第２０期 山 西 建 筑 ｓＩ｛ＡＮＸＩ ＡＲＣＨＩＴＥｅｒＩ瓜Ｉ Ｖｂ１．３３ Ｎｏ．２０ Ｊｕ１．２００７ ・８５・ 文章编号：１００９．６８２５（２００７）２０．００８５．０２ 湿陷性黄土的抗剪强度 汪摘丽 史永跃李新生 要：在室内对不同含水量和不同前期饱和固结压力的黄土进行直剪试验，同时对黄土横、纵向的抗剪强度进行了研 究，发现含水量、前期饱和固结压力对抗剪强度的影响较大，而横、纵向的抗剪强度差别很小。 关键词：含水量，抗剪强度，前期饱和固结压力 中图分类号：Ｕ４１１．７ 文献标识码：Ａ 水不仅对黄土的压缩性影响大，而且在不同含水量下黄土剪 等且均匀，从保湿器中取出土样，小心地推入剪切盒内，分别在压 切强度的变化也是非常大的，文中研究的重点之一就是找到含水 力０．０５ ＭＰａ，０．１ ＭＰａ，０．２ ＭＰａ，０．３ ＭＰａ下做快速直剪试验（见 量对湿陷性黄土抗剪强度的影响规律；同时受不同前期饱和固结 表２），得到不同饱和前期固结压力下的ｒ一口关系曲线（见图３）。 压力的黄土和横、纵向抗剪强度的变化规律也是文中研究的重点。 表２直剪试验抗剪强度指标比较表 ｆ前期饱和压力／ＭＰ８ Ｃ／Ａ噩）ａ １ 含水量对抗剪强度的影响 对陇西不同含水量黄土的三轴抗剪强度指标进行分析对比 （见表１），得到了抗剪强度指标Ｃ， 在不同含水量下的变化规 律，见图１，图２。 表１ 三轴ＣＵ试验抗剪强度指标比较表 初始含水量 ｗ＝７．４２％ ｗ＝１１．９５％ ｗ＝１５．１％ ｗ＝１８．５８％ 说明 Ｃ／１ ５７．６９５ ８ １６．７６０１ —５．７６０ ２ —１０．１７４ ３ 一直减小 ｌ／（‘） ＇４２／（‘） Ｃ ／１【Ｐａ １／（‘） ＂２／（４ ） ２３．１９９ ８ ２６．１８９ ５ ５６．７１４ ５ ２４．３Ｏ８ ７ ２６．４１１ ８ ２５．３７６ ９ ２５．４８０ ２ ２４．４５９ ８ ２５．９８１ ７ ２５．６５２ ６ ２７．５３９ ９ ２６．２８８ ９ ４．８５７ ９ ２８．１６４ ８ ２６．４６３ ５ ２６．６８１ ８ 先增后减 ２５．６８５ ３ 不定 ３．３０２ ７ ２７．２８２ ６ ２５．８１０ ８ 一直减小 先增后减 不定 ０．２ Ｏ．Ｏ２２１ ０．４ ０．０１４ ６ ０．６ Ｏ．Ｏ１１ ６ ０．８ Ｏ．０（）９ ８ ／（‘） ０．２５ ２６．４８ ２９．５９ ３２．７８ ３５．９２ 誉 ０．２ ０．１５ ０．１ 泳０ ０５ ０ ０．１ ０．２ ０．３ ０．４ 垂直压力Ｐ／ＩＶＦａ 图３ 不同前期饱和固结压力的剪切强度（’．，＝ｌ８．６５％） 从图１，图２中可以看出，含水量对黄土的Ｃ， 值都有影响， 黄土的粘聚力Ｃ和有效粘聚力Ｃ 都随含水量的增加显著减小； 但对内摩擦角 ， 的影响较小，含水量的变化对其影响不大，且 无一个明显的规律。有效应力强度指标 始终大于总应力强度 指标 ，在含水量超过一定值后Ｃ ＞Ｃ，且当含水量增加到塑限附 意０．１ ０．０５ ０ Ｕ．１ Ｕ．Ｚ Ｕ．３ Ｕ．４ 垂直压力Ｐ／ＩＶＦａ 图４ 黄土横、纵的剪切强度比较（’．，＝Ｉ８．６２％） 近（如Ｗ＝１５．１％）时，含水量的继续增加对Ｃ值的进一步减小 个关键含水量。 ８０ 从图３可以看出，前期饱和压力对黄土抗剪强度指标的影响 角 的影响大于对粘聚力Ｃ的影响，随前期饱和压力的增大， 值在不断增加而Ｃ值却在不断减小。在饱水状态下，压力越大黄 土结构破坏越严重，加固粘聚力减弱，同时黄土结构破坏后，孔隙 减小和颗粒的重新排列使骨架颗粒的接触面积增加且更加紧密， 的影响已不很明显。这说明塑限附近是影响黄土强度指标的一 也是非常明显的，与水的影响不同的是，前期饱和压力对内摩擦 ２０ 鬓。 一因而随前期饱和压力的增加会出现Ｃ值的不断减小而 值却在 不断增加的现象。 含水量ｗ／％ 含水量ｗ／％ ２０ ３横、纵向抗剪强度变化规律 人们在定量分析黄土边坡稳定性时，通常按均质同性体进行 计算，但实际上黄土是一种典型的各向异性土体。一般来说，黄 图１粘聚力ｃ与含水量的关系图２ 内摩擦角 与含水量的关系 ２不同饱和固结压力对抗剪强度的影响 不同饱和固结压力下稳定的黄土其抗剪强度一定会发生变 土颗粒的加固内聚力在竖向较大，而在水平向较小；黄土颗粒的 且竖向的孔隙也较横向的发育。为 化，为了对其特点进行深入的研究，在西安东郊同一土样上取１６ 排列在竖向也比水平向紧密，个小环刀试样，容重相差不超过０．０３ ｇ／ｃｍ３，当３０ ｃｒｆｌ２的小环刀 了对横、纵向黄土剪切强度的变化做一些分析对比，在同一土样 ＭＰａ，０．１ ＭＰａ， 在单线法下做完湿陷系数后，分成４组，每组分别加至相同的压 上横、竖向各取４个试样，分别在压力０．０５２ ＭＰａ，０．３ ＭＰａ下做快速直剪试验，从而得到了湿陷性黄土剪 力，依次为０．２ ＭＰａ，０．４ ＭＰａ，０．６ ＭＰａ，０．８ ＭＰａ下稳定，等试样 ０．稳定后轻轻从压缩仪中取出试样。饱和试样在室内放置５ ｈ～ 切面平行于大孔方向的横向试样和剪切面与大孔方向正交的竖 ６ ｈ，然后在同一保湿器内放置２ ｄ，使每个试样的含水量尽量相 向试样的ｒ一口关系曲线（见图４）。收稿日期：２００６．１０．１８ 作者简介：汪丽（１９７８．）。女，助教，西安航空技术高等专科学校，陕西西安７１００７７ 史永跃（１９７６．），女，中国科学院博士研究生，北京李新生（１９６３．），男，副教授，长安大学，陕西西安１０００２９ ７１００５４ 维普资讯 http://www.cqvip.com ・８６・ 第３３卷第２０期 ２ ０ ０ ７年７月 山 西 建 筑 ＳＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲｔ ＶｏＩ ｌ３３ Ｎｏ．２０ Ｊｕ１．２００７ 文章编号：１００９—６８２５（２００７）２０—００８６—０２ 大跨度厚层泥岩复合顶板煤巷预应力组合支护 萧 潇 摘要：针对新元煤矿Ｄ３０２回风顺槽的大跨度厚层泥岩复合顶板，应用了高预应力桁架锚索联合控制技术。同时运用 ＦＬＡＣ数值模拟软件对技术方案进行研究，确定了有效控制巷道围岩稳定性的总体布置方式，从而有效地控制巷道围岩 塑性区和破碎区的发育，提高了围岩的承载能力。 关键词：泥岩，大跨度，预应力，桁架锚索，数值模拟 中图分类号：ＴＵ４６３ 文献标识码：Ａ １ 工程概况 桁架锚索采用（｝１５．２４ ｒｎｍ，１×７股高强度低松弛预应力钢绞 ｍ，锚索长８．５ ｍ，采用一支 ３×１ ２００ ｍｍ中速 新元煤矿位于山西省晋中市寿阳县内。Ｄ３０２工作面开采山 线，锚索眼深７ 树脂药卷，锚固长度为１ ２００ ｒｎｌＴｌ。采用（｝１５、２４ ｒｎｌＴｌ钢绞线配套 西组中部３号煤层。煤层以煤为主，内生裂隙发育，含１层～２层 锁具及其桁架锚索连接器，送人钻孔后，过２ ｈ～３ ｈ张拉至额定 夹矸，伪顶为高岭土泥岩，直接顶为砂质泥岩。老顶为中粒砂岩； ２０ ｋＮ。 底板为灰色砂质泥岩，中厚层状，节理发育。该回刚颐槽沿３号顶 预紧力１板掘进，破底不破顶，倾角７。～９。。巷道形状为矩形，净宽４．７０８ ｍ，净 高２、７ ｍ，净断面为１２．６１２ ｍｚ，取回风顺槽断面为４．５ ｍＸ ３．０ ｍ （高ｘ宽）。工作面煤岩层柱状见表１。 巷道两帮采用锚杆、金属网、钢筋托梁配合支护。锚杆为２０ 号左旋无纵筋螺纹钢筋，长度２．２ ｍ，采用一支 ３×８００ ｍｅｎ双 速树脂药卷锚固，规格为钻孔直径忆８ ｍｅｎ，锚固长度８００ ｍｅｎ。 托板１５０ ｍｍｘ １５０ ｍｍｘ １０ ｍｍ（长×宽×厚），中孔 ４ ｍｍ。网 片采用经纬金属网护帮，规格为３０ ｍｍｘ ３０ ｍｍ。钢筋托梁采用 ４１４ ｍｍ的钢筋焊接，宽度８０ ｍｍ，长度３．０ ｍ，见图１。 ２支护形式 顶锚杆为 ０×２ ４００ ｍｍ左旋无纵筋螺纹钢锚杆，两侧顶角 锚杆与铅垂线夹角为２０。。顶锚杆钢托板规格为１００ ｍｍｘ １００ ｍｍ ｘ８ ｍｍ（长×宽×厚），每根锚杆使用一支 ３×８００ ｍｅｎ的双速树 脂药卷，锚固长度８００ ｍｅｎ，顶锚杆的预紧力矩１２０ Ｎ・ｍ。 ３数值模拟分析 计算模型选取沿煤层走向为，７７轴方向，铅锤向上为Ｙ轴方 顶板的锚索支护为桁架锚索和单体锚索联合支护，桁架锚索 向。选取５倍以外的区域作为计算模型的边界。计算模型的尺 ｍｘ ６０ ｍ，回风顺槽围岩本构关系采用摩尔一库仑模型。 和单体锚索交替布置。单体锚索采用（｝１５．２４ ｍｍ，１×７股高强度 寸为１１５ 低松弛预应力钢绞线，锚索眼深６ ｍ，锚索长度６．３ ｍ，用两支 ２３× 模型中煤、岩体的力学参数设置见表２。模型上部为应力边界条件，应力均布载荷１３．７２ ＭＰａ。下部 ８００ ｍｅｎ的中速树脂药卷，采用与（｝１５．２４ ｍｍ钢绞线配套锁具。 ７７方向上可以运动，Ｙ方向上铰支。两侧为位移 单体锚索装配槽钢和钢托板并锁紧，过３ ｈ后张拉至额定预紧力， 为位移边界条件，，预紧力不得低于１２０ ｋＮ。 边界条件，Ｙ方向上可以运动。围岩计算模型见图２。 从图４可以看出，土体各向异性的抗剪强度指标差别很小， 响大于对粘聚力Ｃ的影响，随着前期饱和压力的增大， 值在不 内摩擦角二者的差别很小，横向的内摩擦角比纵向大了不到３。； 断增加，而Ｃ值却在不断减小。黄土横、纵抗剪强度指标差别不 而粘聚力却相差较大，纵向的Ｃ值比横向的大了将近１７ ｋＰａ。这 太明显，横、纵向的内摩擦角差￣ｌＪ－？Ｅ４＂，，横向的内摩擦角比纵向大 说明黄土各向异性的抗剪强度的不同主要表现在Ｃ值的差异上， 了不到３。；而粘聚力却相差较大，纵向的Ｃ值比横向的大了将近 而内摩擦角主要与土的容重有关。充分说明，平行黄土竖直孔隙 １７ ｋＰａ。 的胶结强度要小于水平方向的胶结程度。由于黄土各向异性的抗 参考文献： 剪强度试验数据较少，以及在不同含水量下，黄土表现出不同的力 ［１］关文章．湿陷性黄土工程性能新篇［Ｍ］．西安：西安交通大学 学性质。因此，黄土各向异性的强度特性还有待进一步研究。 出版社．１９９２． ４结语 黄土的粘聚力Ｃ和有效粘聚力Ｃ 都随含水量的增加而显著 差不大，且无一个明显的规律。前期饱和压力对内摩擦角 的影 ［２］张茂花．湿陷性黄土增（减）湿变形性状试验研究（硕士论文） ［Ｄ］．西安：长安大学，２００２． ２０００（６）：８９—９０． ３］胡再强．非饱和黄土的结构性研究［Ｊ］．岩石力学与工程学报， 减小，但对内摩擦角（ ， ）的影响较小，其值随含水量的变化相 ［Ｔｈｅ ｓｈｅａｒｉｎｇ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｏｆ ｃｏｌｌａｐｓｉｂｉｌｉｔｙ ｌｏｅｓｓ ＷＡＮＧＬｉ ＳＨＩ Ｙｏｎｇ－ｙｕｅ ＬＩ Ｘｉｎ－ｓｈｅｎｇ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｓｈｅａｒｉｎｇ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｔｅｓｔ ｏｎ ｔｈｅ ｌｏｅｓｓ ｓａｍｐｌｅ ｏｆ Ｘｉ’ａｎ ａｒｅａ ｈａｓ ｆｏｕｎｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｍｏｉｓｔｕｒｅ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ ｓａｍｐｌｅ ａｎｄ ｐｒｅｃｏｎｓｏｌｉｄａｔｉｏｎ ｐｒｅｓ— ｓｕｒｅ ｇｒｅａｔｌｙ ｉｍｐａｃｔ ｏｎ ｔｈｅ ｓｈｅａｒｉｎｇ ｓｔｒｅｎｇｔｈ，ｔｈａｔ ｔｈｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ｏｆ ｓｈｅａｒｉｎｇ ｓｔｒｅｎｇｔｈ，ｏｂｔａｉｎｅｄ ｂｙ ｔｅｓｔｉｎｇ ｏｎ ｔｈｅ ｓａｍｐｌｅｓ ｏｆ ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ ａｎｄ ｖｅｘ— ｔｉｃａｌ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ．ｉｓ ｍｕｃｈ ｌｉｔｔｌｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｗａｔｅｒ ｃｏｎｔｅｎｔ，ａｎｔｉ—ＣＵｔ ｈａｒｄｎｅｓｓ，ｅａｒｌｙ ｓａｔｕｒａｔｅｄ ｒｅｉｎｆｏｒｃｉｎｇ ｐｒｅｓｓｕｒｅ 收稿日期：２００７—０２－２７ 作者简介：萧潇（１９８２一），男，北京科技大学土木与环境工程学院岩土工程专业硕士研究生，北京１０００８３