Page 58 - 2024年第55卷第9期

量 ４．５ｋｇ，击锤的下落高度为 ４５ｃｍ，直径为 ５ｃｍ。假定冲击试验过程中能量不发生损失，基于能量
守恒定律可知，输入能量 Ｅ可表示为：
ｂ
ｍｇｈＮ
Ｅ ＝ （１５）
ｂ
１０００
式中：ｍ为冲击锤的质量；ｇ为重力加速度；ｈ为锤击高度；Ｎ为每层冲击次数。
３．３ 试验材料与方法 本文所使用的炭质泥岩是取
自广西某坝址附近，其中粒径小于 ５ｍｍ的炭质泥
３
岩颗粒密度为 ２．６４ｇ?ｃｍ ，粒径大于 ５ｍｍ的颗粒密
３
度为 ２．６２ｇ?ｃｍ 。对现场取回的炭质泥岩进行清洗，
随后将试样放入 １０５℃烘箱干燥处理，通过一组标
准筛（孔径尺寸 ４０、２０、１０、５、２、１、０．５、０．２５、
０．０７５ｍｍ）进行筛分，结果如图 ７所示。将每组粒径
范围内的颗粒按照级配分别称重，并将其混合得到
试验土料。其中，反 Ｓ型级配土料的最优含水率在
６％附近波动，故反 Ｓ型的设计含水率 ｗ为 ４％、６％
和 ８％；双曲线型级配土料最优含水率在 ８％上下波
动，因此设计含水率为 ６％、８％、１０％，将试 样密
封放置 ２４ｈ。随后，将试样分 ３层放入试样筒进行
冲击试验，为研究冲击能对炭质泥岩颗粒破碎的影
响，对上述两 种 不 同 初 始 级 配 试 样 开 展 不 同 次 数
（ ２０、４０、６０、８０、１００、１２０）的冲击试验。
图 ７ 炭质泥岩各粒组的粒径示意图
为了研究冲击荷载对炭质泥岩颗粒破碎及粒径
级配曲线的影响，每个试验结束后将试样置于烘箱风干（６０℃，２４ｈ）并冷却至室温，随后利用筛析法
对炭质泥岩进行颗粒分析，得到试验后各粒组的含量。

４ 试验结果及分析

４．１ 粒径级配曲线的演化 通过对不同初始含水率的双曲线型和反 Ｓ型试样进行不同冲击能试验，比
较试验前后级配曲线的变化。由于试验数据较多，不同含水率试样的级配曲线变化规律基本一致，限
于篇幅原因，本节选取最优含水率附近的双曲线型和反 Ｓ型试样结果进行分析，试验前后的粒径级配
曲线如图 ８所示。同时，为了对冲击荷载过程中产生的颗粒破碎进行量化，利用式（６）对其进行计算，
结果如表 １所示。
由图 ８和表 １可知，随着冲击能的增加，炭质泥岩的颗粒破碎程度越高。从表 １可以看出，反 Ｓ
型试样的颗粒破碎程度较双曲线型级配试样的要低。对该现象的解释为：一方面反 Ｓ型试样的粗颗粒
含量相对较少，试样呈现为 “悬浮 － 密实” 结构，双曲线的粗颗粒含量相对较多，试样呈 “骨架 － 密
实” 结构，粗颗粒相较于细颗粒的内部缺陷较多，粗颗粒在冲击荷载作用下更易发生破碎。另一方
面，由于双曲线型试样的不均匀系数较大，过大的不均匀系数会使炭质泥岩缺乏中间粒径，导致冲击
荷载作用下的颗粒破碎率增大。最后从图 ８（ａ）（ｂ）可看出，试验后的级配曲线与初始级配曲线密切相
关，无论冲击能是大是小，试验后的粒径分布曲线均与初始级配曲线形态基本类似。
冲击试验中炭质泥岩受初始含水率的影响而表现出不同的颗粒破碎特征，为了分析不同含水率作
用下炭质泥岩的粒径级配变化，选取双曲线型试样和反 Ｓ型颗粒破碎最为明显的试样结果进行分析，
试验前后的颗粒级配曲线如图 ９所示。表 ２列出了冲击能 Ｅ ＝ ７．２９０ｋＪ 时两种不同级配初始含水率对
ｂ
应的颗粒破碎率 Ｂ 。
ｗ

０
— １ ６ ３ —