劉新宇， 張先偉， 孔令偉， 張世興， 徐 超

(1.中國科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所 巖土力學(xué)與工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，武漢 430071；2.中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100049； 3.大連理工大學(xué) 海岸和近海工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，大連 116024；4.廈門軌道交通集團(tuán)有限公司，廈門 361000)

花崗巖殘積土在我國東南濕熱地區(qū)分布廣泛，由于成土機(jī)理不同，該類土的力學(xué)性質(zhì)與沉積形成的黏土或砂土有顯著差別，表現(xiàn)在雖然具有較高的抗剪強(qiáng)度，但由于富含風(fēng)化裂隙，也具有易擾動、浸水軟化崩解等不良力學(xué)特性[1]。近年來，隨著城市地下軌道交通工程的迅速發(fā)展，無論區(qū)間隧道還是地鐵站基坑，都普遍面臨如何在花崗巖殘積土地層中科學(xué)安全施工與經(jīng)濟(jì)合理營建的問題，這在基坑開挖與支護(hù)工程中表現(xiàn)尤為突出。以往對于花崗巖殘積土在單調(diào)靜力加載條件下的力學(xué)性質(zhì)已經(jīng)有較深入的探索[2]；對其動力學(xué)行為，多集中于交通荷載作用下的壓實(shí)土路基性能研究[3]。這些研究加深了人們對花崗巖殘積土工程性質(zhì)的了解，但對于更加復(fù)雜的循環(huán)荷載作用，尤其是瞬時施加的高能沖擊荷載作用下，土體的力學(xué)響應(yīng)以及破壞機(jī)理的研究仍處于起步階段。通過對廈門地鐵1號線施工過程的調(diào)查發(fā)現(xiàn)[4]，盾構(gòu)穿越地鐵區(qū)間隧道前，花崗巖殘積土層中的孤石常采用預(yù)先爆破處理，雖然爆破源的周圍土體被盾構(gòu)機(jī)挖出，但隧道周圍殘積土仍不可避免受到?jīng)_擊荷載作用，隧道基礎(chǔ)土體受到強(qiáng)烈擾動引起土體強(qiáng)度衰減；此外，廈門地鐵站花崗巖風(fēng)化層常采用振動壓入預(yù)制樁，高能沖擊樁體壓入過程產(chǎn)生的沖擊振動也必然引起土體力學(xué)性能的降低。這些沖擊荷載的作用模式與以往土力學(xué)關(guān)注較多的波浪荷載、交通荷載有明顯不同[5]，具有高能、高頻和高速(瞬時性)的特點(diǎn)，對土的結(jié)構(gòu)損傷效果更強(qiáng)烈，對土體力學(xué)性質(zhì)帶來的不利影響也更加顯著。對這類工程問題如果仍沿用勘察階段得到的力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)而忽略施工過程中沖擊荷載引起的力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)衰減，就有可能對花崗巖殘積土基礎(chǔ)工程的穩(wěn)定性與安全性造成隱患。

建筑基礎(chǔ)施工涉及的沖擊荷載普遍具有高能、高頻和高速的動力特征，土體在這類荷載作用下的力學(xué)響應(yīng)測試與評價是當(dāng)前土力學(xué)研究的熱點(diǎn)與難點(diǎn)之一，對此研究者們常采用簡化的理論分析以及數(shù)值模擬等方法進(jìn)行研究[6-7]。但一些研究多針對某一工程或某一工況，其研究成果是否具有普適性需要進(jìn)一步驗(yàn)證。更重要的是這些研究多針對黏性土或砂土，對于花崗巖殘積土這種多是黏質(zhì)粉土、粉土或砂質(zhì)黏性土的混合土而言，由于土性更加復(fù)雜，現(xiàn)有研究成果不能簡單地直接指導(dǎo)花崗巖殘積土地區(qū)的工程建設(shè)。此外，花崗巖殘積土較高的強(qiáng)度多來源于母巖風(fēng)化殘留的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，但這種結(jié)構(gòu)強(qiáng)度極易在動力擾動作用下產(chǎn)生損失，進(jìn)而引起強(qiáng)度的衰減，加之土體普遍具有風(fēng)化形成的裂隙，沖擊荷載作用下裂隙的發(fā)展與貫通會進(jìn)一步提高細(xì)觀結(jié)構(gòu)的損傷程度，引起土體力學(xué)性能的迅速降低。胡華等[8]通過測試沖擊作用下花崗巖殘積土的超聲波波速變化，定量地評價沖擊頻率與沖量等因素對試樣損傷程度的影響。研究表明，土體力學(xué)參數(shù)在沖擊過程的劣化程度與其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的演變和損傷程度密切相關(guān)，從損傷發(fā)展的角度研究殘積土在沖擊荷載下力學(xué)行為更接近其本質(zhì)特征。目前直接對試驗(yàn)中的土體進(jìn)行損傷持續(xù)觀測和定量評價在技術(shù)上還較難實(shí)現(xiàn)，而循環(huán)荷載下的應(yīng)力-應(yīng)變曲線(即滯回曲線或滯回圈)的形態(tài)特征(如面積、斜率、間距等)正好反映了土體的變形、剛度及能量耗散等變化特征，很多研究也表明動力滯回曲線的形態(tài)特征變化與微細(xì)觀損傷密切相關(guān)[9]。借助這一工具，國內(nèi)外學(xué)者對巖石的動力損傷評價研究取得了較為豐富的研究成果[10-11]，對于土體工程，僅對黏性土[12]、黃土[13]等開展了一些初步的研究工作，對花崗巖殘積土的沖擊滯回曲線規(guī)律，特別是定量評價鮮有報道。

1 土樣性質(zhì)與試驗(yàn)方案

1.1 土樣性質(zhì)

研究所用土樣取自福建省廈門市軌道交通1號線呂厝站開挖基坑，取樣深度為9.5～10 m。為減少試樣擾動，采用人工探槽直接挖取塊狀試樣，取得試樣的邊長為30 cm。該土的顆粒組成為12.5%的礫粒(粒徑d>4.75 mm)、36.3%的砂粒(4.75 mm>d>0.075 mm)以及51.2%的黏粒(d<0.075 mm)，根據(jù)USCS分類方法將其歸為砂質(zhì)黏性土[14]。土的基本性質(zhì)指標(biāo)如表1所示。廈門花崗巖殘積土雖然歸為黏性土，但由于含有較多的砂粒成分，滲透系數(shù)高于一般黏土，三軸固結(jié)不排水剪切(CIU)試驗(yàn)得到的有效內(nèi)摩擦角φ′也相對較高。該區(qū)的地下水水位為1.5 m，導(dǎo)致試樣的飽和度為93.0%，接近飽和。

表1 花崗巖殘積土的物理、力學(xué)指標(biāo)平均值

通過X射線衍射(XRD)測試發(fā)現(xiàn)該地區(qū)花崗巖殘積土中的原生礦物主要是石英，占總礦物質(zhì)量的42.6%，其次為9.6%的云母與5.6%的長石，次生礦物主要是高嶺石，占總礦物的38.9%，還含有少量赤鐵礦(3.3%)。觀察試樣可以發(fā)現(xiàn)，受風(fēng)化影響，廈門花崗巖殘積土具有明顯的不均勻性，表現(xiàn)在局部富集黏粒與粉粒，一些礫粒和砂粒也存在團(tuán)聚效應(yīng)(圖1)。將試樣在顯微鏡下觀察(圖2(a))，可以發(fā)現(xiàn)一些鐵質(zhì)膠結(jié)形成的顆粒團(tuán)聚體，同時顆粒聚集體接觸處有裂隙與裂縫發(fā)育；通過掃描電鏡觀察(圖2(b))可以清楚看到貫通型裂隙以及書卷狀的高嶺石礦物形成的聚集體，這些聚集體作為結(jié)構(gòu)單元體以邊—面或邊—邊接觸形成更大的團(tuán)聚體，形成松散的、開放式的粒狀結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致該土具有較高的孔隙比(e=1.01)。這些裂隙與裂縫很可能在高能沖擊荷載作用下擴(kuò)展并貫通，產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)損傷會引起嚴(yán)重的沖擊破壞。

1.2 試驗(yàn)方案

試驗(yàn)采用美國GCTS公司生產(chǎn)的HCA-100型力學(xué)性質(zhì)測試系統(tǒng)(圖3)。該試驗(yàn)系統(tǒng)配備剛性加載架、閉環(huán)電液伺服控制系統(tǒng)、高精度量測系統(tǒng)和高頻數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等，能夠提供穩(wěn)定的高能、高頻沖擊荷載，并可以實(shí)現(xiàn)高達(dá)1 000次/s的數(shù)據(jù)采集頻率，從而準(zhǔn)確捕捉土體在高速沖擊作用下的力學(xué)行為。

(a) 顯微鏡下殘積土的細(xì)觀結(jié)構(gòu)

(b) 掃描電鏡下殘積土的微觀結(jié)構(gòu)

圖3 沖擊荷載試驗(yàn)系統(tǒng)

表2 花崗巖殘積土的沖擊試驗(yàn)方案

其中第Ⅰ組與第Ⅱ組試驗(yàn)研究的試樣相同，但考慮不同的影響因素，因此分別列出。具體試驗(yàn)步驟如下：首先將塊狀樣小心地切削為直徑50 mm，高100 mm的圓柱體試樣，進(jìn)行真空抽氣飽和；裝樣后施加500 kPa的反壓直至孔隙水壓力系數(shù)B>0.99，認(rèn)為試樣達(dá)到充分飽和；采用等向固結(jié)方式施加圍壓，待試樣的超靜孔隙水壓力完全消散后按照表2方案進(jìn)行沖擊荷載試驗(yàn)。當(dāng)試樣的軸向應(yīng)變εa超過20%或沖擊達(dá)到500次時結(jié)束試驗(yàn)[15]。

根據(jù)以往對沖擊荷載波形的監(jiān)測結(jié)果[16]，采用半三角波模擬沖擊動力荷載對花崗巖殘積土的作用，如圖4所示，這種反復(fù)作用的等振幅半三角形波能夠充分模擬實(shí)際工程的循環(huán)沖擊作用?？紤]到實(shí)際工程中沖擊荷載作用時間極短(如試樣A1單次沖擊僅需0.3 s)，試樣來不及排水，因此，沖擊試驗(yàn)階段采用不排水條件。另外，由于花崗巖殘積土富含裂隙，以及礫?；蛏傲F(tuán)聚體造成制備的圓柱體試樣表面凹凸不平，橡皮膜的嵌入效應(yīng)對試驗(yàn)中應(yīng)力量測結(jié)果影響較大，在數(shù)據(jù)處理階段，采用Henkel與Gilbert(1952)提出的方法進(jìn)行修正[17]，以矯正由于橡皮膜嵌入效應(yīng)帶來的誤差。

圖4 沖擊荷載波形示意圖

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

圖5 試樣的軸向應(yīng)變發(fā)展曲線

(a) 不同振幅下試樣的破壞照片(f=3 Hz)

(b) 不同頻率下試樣的破壞照片(A=400 kPa)

(c) 不同圍壓下試樣的破壞照片(f=5 Hz, A=300 kPa)

下面分別從這3個因素對沖擊荷載作用下殘積土的力學(xué)行為進(jìn)行分析。

沖擊荷載振幅A是對試樣施加的呈周期性變化的動偏應(yīng)力最大值，是反應(yīng)沖擊能量的一個重要指標(biāo)。從第Ⅰ組試驗(yàn)試樣A1～A3結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，恒定f作用下，A越高，土的變形速率越高，越容易出現(xiàn)嚴(yán)重的沖擊破壞。如在相對較小的振幅(A=200 kPa)作用下，沖擊N=100后軸向應(yīng)變εa僅為2.46%，隨后400次沖擊過程中εa基本保持穩(wěn)定，沒有發(fā)生明顯破壞(圖6(a)中的試樣A1)；當(dāng)A增大到400 kPa時，如試樣A3，僅經(jīng)歷30次沖擊作用后，εa迅速達(dá)到20.0%，試樣表面出現(xiàn)明顯裂縫，發(fā)生鼓脹破壞(圖6(a)中的試樣A3)。同樣的規(guī)律在本組試驗(yàn)其他試樣的結(jié)果和類似研究[18]也可以發(fā)現(xiàn)。由此看來，較高的沖擊振幅會對土體產(chǎn)生不可逆轉(zhuǎn)的沖擊變形，引起嚴(yán)重的損傷破壞。

進(jìn)一步分析花崗巖殘積土的εa-N的發(fā)展曲線可以看到，在恒定A作用下，相對于中等頻率的沖擊荷載，低頻與超高頻沖擊荷載具有更強(qiáng)的破壞性，這從第Ⅱ組試驗(yàn)中試樣A3、A7、A10、A13的結(jié)果可以清楚看到，低至中等頻率(f=3～10 Hz)時，試樣的變形發(fā)展速率隨著f增加而降低，εa-N曲線下移；當(dāng)f增大至超高頻率(15 Hz)時，εa-N的變化關(guān)系出現(xiàn)相反的規(guī)律，εa-N曲線反而上移。從圖6(b)試樣的破壞程度也可以看到，f越低試樣表面裂縫越明顯，而超高f作用下試樣還可能出現(xiàn)端部的剪切帶破壞。因此，實(shí)際工程中應(yīng)該避免低頻或過高頻率沖擊土體。

3 滯回曲線特征與損傷定量評價參數(shù)

3.1 沖擊滯回曲線特征

為方便觀察滯回曲線的形態(tài)特征，圖7提取了典型試樣的不同沖擊次數(shù)下的滯回曲線。結(jié)果表明，沖擊荷載下花崗巖殘積土的滯回圈形態(tài)不同于地震荷載下結(jié)構(gòu)阻尼器的“Z型”[19]，也不同于交通荷載下鐵路有砟道床的“S型”[20]，而是呈現(xiàn)中間寬、兩頭窄的“梭形”，且這種“梭形”滯回圈比巖石類材料的滯回圈寬度更寬，斜率更高，疏密程度的變化也與巖石不同，反映出巖石風(fēng)化形成殘積土的過程也是黏滯性提高，剛度減弱與抗沖擊能力減弱的過程。同時也發(fā)現(xiàn)，不同沖擊模式下滯回圈的面積特征、疏密程度、傾斜程度和閉合程度等形態(tài)特征各不相同，而且隨著沖擊次數(shù)的增加，“梭形”的滯回曲線特征也發(fā)生不同的變化，反映出沖擊模式對試樣力學(xué)響應(yīng)的影響。

3.2 損傷定量參數(shù)的提出

滯回曲線反映了土體在沖擊荷載作用下的變形、剛度及能量耗散等變化特征，是沖擊力學(xué)模型和進(jìn)行非線性動力反應(yīng)分析的依據(jù)。本文基于滯回圈的幾何特征提出4個沖擊動力損傷參數(shù)：累積耗散能量EN、累積損傷度dN、剛度退化度δN和殘余塑性應(yīng)變εN。為說明這些參數(shù)含義，圖8給出了N=i和N=i+1時的滯回圈。

其中，點(diǎn)P1和P2為滯回圈的頂點(diǎn)，V1、V2和V2、V3分別是兩次沖擊的起點(diǎn)和終點(diǎn)，Q1和Q2分別是線段V1V2和V2V3的中點(diǎn)。則各參數(shù)定義如下：

(1) 定義累積耗散能量EN為

(1)

圖7 典型試樣的滯回曲線

式中:Nf為試樣破壞時的沖擊次數(shù);Si為第i次沖擊試樣耗散的能量。采用式(2)計算

(2)

式中：ν為花崗巖殘積土的泊松比，取值為0.3；εia為N=i周期內(nèi)的軸向應(yīng)變。Si與第i次沖擊滯回曲線的面積特性(圖8中的陰影部分)有關(guān)。EN反映了沖擊荷載下土顆粒的移位和重排以及原有裂紋擴(kuò)展和新裂紋萌生的累積消耗能量。當(dāng)土體內(nèi)裂紋產(chǎn)生或者變形發(fā)展加快時，每次沖擊作用下土體消耗能量增加，EN隨N加速上升；反之土體內(nèi)部結(jié)構(gòu)逐漸趨于穩(wěn)定時，EN隨N呈等速增加或者增速減緩。

圖8 各參數(shù)的幾何意義

(2) 累積損傷度dN(%)采用式(3)計算

(3)

式中,di為圖8中的Q1、Q2兩點(diǎn)間距離，即第i次與第i+1次滯回圈的間距。由于滯回圈的疏密程度反映了土體的細(xì)觀損傷程度，因此dN可以定量評價反復(fù)沖擊作用引起的累積損傷。滯回圈整體展布越稀疏，dN越大，試樣內(nèi)部的細(xì)觀損傷程度越大。

(3) 剛度退化度δN由式(4)計算

δN=1-Mi/M1

(4)

式中，Mi為第i個滯回圈整體的斜率，即圖8中直線A1C1的斜率。Mi和M1反映了土體的剛度特性，因此δN體現(xiàn)了剛度的衰減規(guī)律。δN越大，滯回圈傾斜程度越大，剛度衰減越嚴(yán)重，試樣越容易產(chǎn)生進(jìn)一步變形。

(4) 殘余塑性應(yīng)變εN定義為

εN=εi/ε1p

(5)

式中，εip和ε1p為N=i和N=1時沖擊加載終點(diǎn)與起點(diǎn)對應(yīng)的軸向應(yīng)變之差，反映了滯回圈下部開口程度，即為試樣不可恢復(fù)的塑性應(yīng)變，二者比值εN體現(xiàn)了塑性應(yīng)變發(fā)展規(guī)律。εN越大，塑性變形越大，反之越小。

4 損傷定量評價與破壞機(jī)理分析

4.1 沖擊能量耗散與損傷發(fā)展的關(guān)系

分析圖9中的結(jié)果曲線可知，試樣的能量耗散與沖擊損傷發(fā)展具有明顯的相關(guān)性。如對于第Ⅰ組試驗(yàn)，試樣A1的EN-dN關(guān)系曲線數(shù)據(jù)點(diǎn)分布密集，能量耗散緩慢，而試樣A1的dN僅穩(wěn)定在2.10%左右，這一數(shù)值僅為試樣A2和A3的dN的1/10。而試樣A2和A3能量耗散較快，損傷程度較大，最終dN分別達(dá)到18.98%和19.83%，特別是試樣A3呈現(xiàn)出快速增長的趨勢。上述結(jié)論由第Ⅰ組中試樣A1～A3得出，進(jìn)一步分析其他試樣也可以得到類似的規(guī)律。

(a) 不同沖擊振幅的影響(f=3 Hz)

(b) 不同沖擊頻率的影響(A=400 kPa)

(c) 不同圍壓的影響(f=5 Hz, A=400 kPa)

4.2 損傷程度及其與沖擊作用模式關(guān)系

4.3 沖擊損傷導(dǎo)致的剛度衰減

隨著dN的增加，花崗巖殘積土中的膠結(jié)和殘留的母巖結(jié)構(gòu)強(qiáng)度逐漸被破壞，這將導(dǎo)致土體剛度衰減，抵抗變形能力下降，更容易產(chǎn)生進(jìn)一步的塑性變形與破壞。為定量分析不同沖擊作用模式下試樣的損傷發(fā)展與剛度之間的關(guān)系，建立了如圖10所示的關(guān)系曲線。由圖可知，沖擊荷載作用下，隨著試樣損傷程度的增加，各試樣剛度普遍衰減，衰減程度受控于沖擊荷載作用模式，并且剛度衰減與損傷發(fā)展具有明顯的相關(guān)性。

(a) 不同沖擊振幅的影響(f=3 Hz)

(b) 不同沖擊頻率的影響(A=400 kPa)

(c) 不同圍壓的影響(f=5 Hz, A=400 kPa)

總體而言，對于受沖擊荷載作用的花崗巖殘積土，隨著dN的增加，δN先增大后趨于穩(wěn)定或略微降低，其變化趨勢與沖擊荷載作用模式有關(guān)，但各試樣均產(chǎn)生明顯的剛度衰減現(xiàn)象。而一些疲勞損傷模型往往假定循環(huán)荷載作用過程中土體的剛度恒定[21]，從本文的試驗(yàn)結(jié)果來看，這種假設(shè)不適用于沖擊荷載作用下的花崗巖殘積土。

4.4 試樣的塑性變形發(fā)展規(guī)律

在沖擊卸載階段(如圖8中P1→V2)，少部分能量會被土體釋放，土體的結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生一定程度的恢復(fù)，如部分裂隙重新閉合，少數(shù)礦物顆?；氐皆形恢?，但當(dāng)損傷程度過大時各處結(jié)構(gòu)調(diào)整和裂紋發(fā)育情況不可能完全恢復(fù)到原來的狀態(tài)，無法恢復(fù)的這部分土體結(jié)構(gòu)特性在宏觀上即體現(xiàn)為殘余塑性應(yīng)變εN。

顯然，土體結(jié)構(gòu)損傷越嚴(yán)重，剛度衰減越大，越難恢復(fù)到原來的狀態(tài)，因此殘余塑性變形也越大。當(dāng)塑性變形積累到一定程度時，土體發(fā)生破壞。圖11給出了不同沖擊荷載作用模式下試樣的δN與εN的關(guān)系。當(dāng)沖擊荷載的特征為中、低等振幅時，隨著N的增加，δN先快速上升后迅速趨于穩(wěn)定，試樣的εN總體呈衰減趨勢。如對于試樣A4與A5，沖擊僅10次以后δN趨于穩(wěn)定，此時εN基本衰減到0，表明在該沖擊應(yīng)力水平作用下，試樣的產(chǎn)生的累積塑性變形很小，且隨著N的增加逐漸減小，試樣不會破壞。而當(dāng)A增大至400 kPa時，由于剛度急劇弱化，各試樣的εN在較少的沖擊次數(shù)(N=10)后均呈線性快速上升，塑性應(yīng)變迅速發(fā)展，并且在沖擊過程中產(chǎn)生顯著積累，試樣迅速達(dá)到破壞。從圖10(b)和圖11(b)中還可以看出，由于剛度衰減相對較快，低頻和超高頻荷載作用下試樣的塑性應(yīng)變發(fā)展更快，這也解釋了為什么試樣A3、A7、A10、A13的振幅相同，但達(dá)到破壞應(yīng)變所需的沖擊次數(shù)明顯不同。高圍壓下試樣的剛度衰減明顯偏小，試樣的εN快速衰減，試樣塑性應(yīng)變產(chǎn)生減緩。這也再次證實(shí)可通過預(yù)先擠密降低沖擊荷載對土體的不良影響。

(a) 不同沖擊振幅的影響(f=3 Hz)

(b) 不同沖擊頻率的影響(A=400 kPa)

(c) 不同圍壓的影響(f=5 Hz, A=400 kPa)

4.5 花崗巖殘積土的沖擊破壞機(jī)理

根據(jù)以上結(jié)果與分析，從滯回曲線特征與結(jié)構(gòu)損傷角度提出沖擊荷載下花崗巖殘積土的破壞機(jī)理。沖擊荷載對試樣做功中一部分能量被試樣耗散，用于土顆粒的重新排列，包括礦物顆粒之間的摩擦、移位，從而導(dǎo)致花崗巖殘積土中的裂隙擴(kuò)展、交匯、貫通和新裂紋萌生，這會引起土體細(xì)觀結(jié)構(gòu)損傷。隨著累積損傷程度的增加，花崗巖殘積土中的膠結(jié)作用和母巖殘留結(jié)構(gòu)強(qiáng)度逐漸被破壞。損傷程度越大，結(jié)構(gòu)破壞越嚴(yán)重，土體剛度衰減程度越大，更容易產(chǎn)生進(jìn)一步的塑性變形，當(dāng)塑性變形累積到一定程度，試樣即破壞。

沖擊荷載對土樣的破壞程度受控于沖擊荷載作用模式。當(dāng)沖擊荷載的特征為高振幅、低頻或超高頻率、低圍壓時，能量消耗較快，引起土體結(jié)構(gòu)損傷更嚴(yán)重，導(dǎo)致剛度衰減程度較大，從而更容易發(fā)生塑性變形，因此具有更強(qiáng)的破壞性。

5 結(jié) 論

(1) 根據(jù)沖擊荷載下花崗巖殘積土的滯回曲線形態(tài)特征提出了4個結(jié)構(gòu)損傷參數(shù)：EN、dN、δN和εN。這四個參數(shù)能夠定量評價沖擊荷載作用過程中花崗巖殘積土的損傷規(guī)律。

(3) 更高的損傷度引起試樣剛度衰減更加嚴(yán)重。高振幅、低頻和超高頻作用下發(fā)生沖擊破壞試樣的δN基本達(dá)到0.8。這進(jìn)一步導(dǎo)致試樣的εN快速發(fā)展，最終產(chǎn)生破壞。高圍壓下土體的剛度顯著提高，δN僅為低圍壓下的13%，因此抵抗沖擊變形的能力也增強(qiáng)。

(4) 沖擊荷載對試樣做功引起土體細(xì)觀結(jié)構(gòu)損傷。隨著累積損傷程度的增加，花崗巖殘積土中的膠結(jié)作用和母巖殘留的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度逐漸被破壞。損傷程度越大，結(jié)構(gòu)破壞越嚴(yán)重，土體剛度衰減程度越大，更容易產(chǎn)生進(jìn)一步的塑性變形，當(dāng)塑性變形累積到一定程度，試樣隨即破壞。

(5) 建議工程中避免高振幅、低頻和超高頻率的沖擊荷載。如有必要，可采用預(yù)先擠密的方法對土體進(jìn)行加固，從而有效防范沖擊破壞。