Page 46 - 水利学报2021年第52卷第11期

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图 14 有效应力路径

比较稠密。在经过一段时间的循环振动后，一部分由土骨架承担的摩擦接触力逐渐转移到孔隙水压
力上，由于这种转移速度非常迅速，孔压在短时间内快速增长，使得中段的有效应力路径较为稀
疏。在破坏阶段，试样由土骨架的摩擦接触力和孔隙水压力共同抵抗外部荷载作用，使孔压增长到
最大值时试样才发生破坏，由于这种作用会持续一定时间，因此在有效应力路径后段比较稠密。
5.2 耦合作用下的尾粉砂颗粒破碎分析 在循环荷载作用下，尾粉砂颗粒会发生不同程度的破碎，

分裂成粒径较小的颗粒，最终导致颗粒级配发生改变，因此，可通过对比试验前后的颗粒级配曲线
来对颗粒破碎现象进行分析。为保证试验的可比较性，故分别选取编号为 1-3、2-3、3-3、3-4、
［24］
3-5 试样试验后中部位置的尾粉砂进行颗粒级配分析，本文利用 Hardin 提出的相对破碎率 B 来描述
r
［1］
颗粒破碎程度，但根据刘海明等 的研究，尾矿材料临界颗粒破碎直径应由 Hardin 建议的 d=0.074mm
改为 d=0.0015 mm。如图 15 所示，定义 B ［25］ ：
r
1
∫ lg(d i0 d i )dr
B r = B t = 0 （11）
1
∫ lg( )dr
B p
d i0
0
式中：B t 为破碎量，为试验前、后颗粒级配曲线与 d=0.0015 mm 竖线所围成的面积；B 为破碎势，为
p
试验前的颗粒级配曲线与 d=0.0015 mm 及纵坐标围成的面积；d i0 、d i 为尾粉砂样循环剪切前、后的颗
粒粒径，mm；r 为小于某粒径的尾粉砂样占总质量的百分比，%。
根据式（11）与图 16 的级配曲线可分别计算出相对破损率 B 为 4.51%、7.42%、8.65%、11.44%、
r
15.12%。结果表明：无论在何种荷载作用下尾粉砂颗粒均会发生不同程度的颗粒破碎。在单纯循环
球应力作用下颗粒发生少量破碎，在宏观上，试样不发生明显的破坏；而在耦合作用下，颗粒破碎
的程度大于在同等条件下循环偏应力引起的颗粒破碎，在宏观上，使得试样发生明显的破坏。究其
原因，粒径较大的颗粒组成的骨架是承担循环荷载的载体，在循环荷载作用下组成土骨架的大颗粒
更容易达到其自身的强度极限，随即发生颗粒破碎。在单纯循环球应力作用下，颗粒受到各向等值
的荷载作用，使其颗粒不容易发生破碎；而在耦合作用下，颗粒受到更加复杂的循环荷载作用，颗

1
lg( )dr
∫ 0 d i0
1
lg(d i0 d i )dr
∫ 0

图 15 相对破碎率 B r的定义 图 16 试验前、后颗粒级配曲线

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