近年来随着我国对各种基础设施的投入力度不断加大,公路、桥梁、矿山、水利等土木工程建设进入了大发展的时期。各种工程边坡特别是大型矿山的边坡失稳绝大多数是由于剪切破坏引起的,准确把握岩土体强度特性是稳定性分析与治理工程设计的关键,对工程建设的安全性、合理性、经济性起着极为重要的作用。而在岩土体强度试验的各种方法中,直剪试验应用最为广泛。西藏邦铺矿区位于拉萨以西的墨竹工卡县,矿区地形起伏较大,第四系松散天然堆积物较为发育,碎石土覆盖层较厚且不均一,容易发生剪切破坏而造成滑坡等一系列地质灾害的发生。邦铺矿区海拔在4640米～5264米之间,常年受季节性的周期冻融作用,冻融作用会改变土体颗粒间的结构连结与排列方式,从而改变碎石土的力学性质,同时使土颗粒得以重新排列,形成了大颗粒多、联结力很小的高原特殊碎石土。这类在高海拔、高地应力和季节性冻融作用下所形成的碎石土的各种物理力学性质与普通碎石土表现出较大差异。只有准确把握高原碎石土的物理力学性质才能为边坡稳定性计算、矿山工程设计提供准确的参数。在高原季节性冻土分布地区的边坡治理工程中有必要对这类特殊碎石土的物理力学特性进行研究。基于试验仪器的局限性,常规直剪试验必须剔除大颗粒碎石,只能测试出较小颗粒碎石和土体的力学参数,而不能真实反映碎石土的力学特性。且常规的直剪试验存在正应力加载不稳定、剪切盒侧壁与土体试样之间存在摩擦力的影响、剪切速率不恒定、有效剪切面积减小等缺陷。故本文以西藏邦铺矿区高原碎石土为研究对象,以室内大型剪切试验为主并与小型剪切试验的结果比较研究,详细介绍了大型剪切试验的原理、特点以及试验方法,探讨剪切过程中各种因素对土体试样抗剪强度的影响。通过大型剪切试验研究、高原特殊碎石土强度理论分析、基于有限差分法的FLAC3D软件对剪切面上剪应力、剪应变及正应力分布规律及变化趋势的数值模拟研究等多种途径对高原特殊碎石土的力学特性进行了详细的研究。本课题的研究成果对高原碎石土分布地区的工程建设、地质灾害防治具有一定的借鉴和参考价值,特别是对碎石土质类边坡的稳定性研究以及碎石土质改良具有实质性的指导意义。主要研究内容及成果如下：1.介绍了直剪仪的研制、改进发展现状以及结构和工作原理,总结了各种直剪仪的优缺点及适用条件。传统直剪仪主要存在应力应变分布不均匀、水平受剪速率不稳定、垂直压力系统不稳定、实际剪切面积不断减小、剪切盒侧壁与土体试样间存在相互摩擦力等问题。2.详细介绍了新型多功能大型剪切试验仪的工作原理、结构构成及适用条件。该大型直剪仪在剪切盒设计时设置了上下盒间剪切缝从而减小了刚性剪切盒内壁对碎石土粗颗粒的约束作用；通过液压千斤顶和垂直荷载传感器等垂直加载系统保证垂直加载的稳定性;能够进行反复推拉剪切试验；采用移动式竖向加载传力系统保证试验进行过程中所受竖向荷载不会偏心；该大型直剪仪利用剪力加载传感器、精密螺杆、自动化变频减速系统等各种水平加载传力系统保证了剪切位移的严格精确控制,使得土体在试验过程中剪切速率稳定；此外本大型直剪仪还具有结构的整体性、安全性、适用范围较广、整体可拆卸、剪切变形均匀、测量数据精确等优点。3.首次将室内大型直剪试验应用于高原特殊碎石土力学性质的研究,通过仪器检测和大量剪切性能测试结果显示,新型多功能大型剪切试验仪在高原碎石土测试中性能稳定,所得测试数据可靠,可进一步应用于高原碎石土相关的各种科研、生产项目中。4.通过有限差分软件FLAC3D对大型剪切试验的剪切性状进行分析,模拟分析剪切盒侧壁施加的摩擦力对剪切测试结果的影响；模拟土体试样的剪切过程,并得出试样的剪切应力、剪应变及正应力在剪切面上的分布情况及其在剪切过程中的变化趋势。5.本文综合研究了高原碎石土的抗剪强度特性,将原状碎石土试验结果与重塑土试验结果对比研究,通过试验结果对比揭示高原碎石土具有结构性强度特征；通过与常规直剪试验结果相比较,验证了大型剪切试验对高原碎石土的适用性、可靠性和准确性,并得到了含水率、石灰含量、剪切速率、剪切盒宽高比等因素影响碎石土力学特性的基本规律。