基于非饱和黏性土桩土界面剪切特性试验研究

通过自制的大型恒刚度直剪仪对非饱和黏性土进行桩土界面剪切试验,探讨了非饱和黏性土桩土界面剪切特性及受黏性土饱和度的影响规律。试验和研究结果表明:在分析了非饱和黏性土桩土界面土压力和孔隙水压力的变化规律后,得到桩土界面剪应力峰值和剪切破坏位移随黏性土饱和度的增大而降低的结论,同时还受界面粗糙度和法向应力的影响,界面粗糙度和法向应力越大,桩土界面剪应力峰值和剪切破坏位移越大,在法向应力不同时最大剪切破坏位移相差9.81~12.23 mm;桩土界面黏聚力在饱和度80%~90%时最大,摩擦角随着饱和度的增大呈衰减趋势,因此在桩基设计中需要考虑黏性土饱和度对桩土界面抗剪强度参数的影响,否则会使设计结果过于安全。     

双向土工格栅与砂土界面循环剪切特性研究

利用单调直剪试验、循环剪切试验、循环剪切后单调直剪试验,探究单调剪切与循环剪切作用下双向土工格栅与砂土界面剪切特性。通过单调直剪试验研究了法向压力对筋土界面剪切特性以及剪胀性的影响;循环剪切试验则揭示了法向压力、循环次数以及循环剪切位移幅值对循环剪切及循环剪切后筋土界面特性的影响。试验结果与参数分析表明,筋土界面剪应力峰值随着法向压力和循环次数的增大而增大;循环剪切位移幅值对界面剪应力峰值的影响甚微;界面经单调直剪与循环剪切后均发生了剪切硬化,但循环剪切后的界面剪应力峰值大于单调剪切试验;循环剪切后筋土界面黏聚力及内摩擦角均有所提高,加筋结构稳定性增强。     

基于恒刚度剪切试验的预制桩侧阻退化估计

采用双向循环恒刚度剪切试验对预制桩的侧阻退化效应进行试验研究。研究显示，剪切应力（摩阻力）随剪切循环数的增加呈指数型衰减，衰减主要发生在开始的部分循环内，约 25 个循环后基本达到稳定。剪切过程中剪切带发生明显的剪缩，导致法向应力释放，此为摩阻力退化的 原因之一 。随剪切循环数的增加界面摩擦角发生指数型退化直至达到残余值，此为摩阻力退化的另一原因。法向刚度的大小决定剪切应力、法向应力和界面摩擦角衰减的速度和幅度，法向刚度越大，衰减越快且残余值越小。恒刚度剪切试验说明桩土界面摩擦力的退化与桩周土的坚硬程度密切相关，土体越硬则侧阻退化现象越明显。     

应力历史对黏土–混凝土界面剪切特性的影响研究

 采用大型直剪仪,系统研究法向应力历史对黏土–混凝土界面剪切特性的影响。根据制定的加卸荷方案,对3个粗糙度等级(锯齿高为0,1,2 cm)的黏土–混凝土接触界面先加荷至初始法向应力,再卸荷至剪切法向应力进行剪切。从剪应力–剪切位移曲线、界面最大剪应力、剪胀性3个角度对试验结果进行对比分析。分析结果表明：黏土–混凝土界面剪应力–剪切位移曲线仍大体呈双曲线形式,并未出现应变软化现象。初始法向应力越大,相同剪切位移对应剪应力越大;初始法向应力越大对应的界面最大剪应力越大,根据Mohr-Coulomb准则通过线性拟合得出界面强度参数,并引入界面摩擦有效系数和黏聚有效系数。通过数据对比发现,界面黏聚有效系数随着初始法向应力的增大而增大,而摩擦有效系数则随初始法向应力的增大而减小。剪切过程中3个粗糙度等级的黏土–混凝土界面均发生不同程度的剪胀,界面越粗糙,剪胀量越大。同时,应力历史对界面剪胀性规律有明显的影响,未经历法向卸荷的界面剪切过程开始先剪缩然后再剪胀,而经历法向卸荷的界面剪切一开始便呈现剪胀,且初始法向应力越大,剪胀越明显。     

钢界面粗糙度对界面强度循环弱化的影响研究

钢界面粗糙度的大小是界面强度循环弱化的重要影响因素之一。文中通过界面环剪仪,研究了打入钢管桩在循环剪切过程中,钢界面粗糙度的大小对界面强度循环弱化的影响,并通过粒子图像测速(PIV)技术从颗粒尺度对界面剪切过程中砂颗粒的运动进行了分析。试验结果表明,钢界面粗糙度越大,钢界面的移动对上部砂颗粒影响范围越大,砂样剪胀剪缩幅度均增大,界面法向应力衰减速度越快,且砂样的体缩主要集中在界面部分。     

大型土与结构相互作用恒刚度直剪试验装置研究

已有的土与结构接触面室内剪切试验多集中在恒荷载和恒位移加载条件下接触面力学特性的研究,而预制桩基础沉桩过程中桩土界面受力条件与恒刚度加载类似,即桩土界面法向应力随桩周土体法向位移是动态变化的。针对目前黏性土中桩土界面大型恒刚度的试验手段比较缺乏,自主设计研制了一种大型恒刚度直剪仪用于桩土界面力学特性的测试。该直剪仪考虑了桩周土体变形特点,剪切过程中桩土界面接触面面积始终保持不变,能够准确模拟桩土界面剪切试验;采用弹簧组加载系统和数控电机控制系统,法向可提供恒刚度边界条件,水平切向可按位移控制,能够实现桩土界面上直线和循环剪切的加载路径。试验结果表明:该直剪仪能够很好地再现黏性土中桩土界面在恒刚度加载条件下直线剪切的力学响应,为静压桩沉桩过程的桩土界面力学特性的研究提供了基础。     

新老混凝土界面直剪力学性能测试研究

新老混凝土界面不同承载方式的抗剪性能是加固结构中的关键,因此,开展了新老混凝土界面倾角和法向应力对剪切性能影响的试验测试,分析了剪切破坏特征,研究结果表明：新老混凝土剪切过程中剪应力-剪切位移曲线大致经历线弹性变化阶段、破坏阶段和残余强度阶段;新老混凝土峰值剪应力随着界面倾角增大呈幂指数增大,随着法向应力增大呈线性增大;新老混凝土剪切破坏一般表现为剪胀-剪缩混合型;界面倾角和法向应力对剪切破坏裂纹扩展模式裂纹分布影响显著。     

混凝土表面粗糙度对桩土接触面剪切特性影响试验研究

桩侧表面粗糙程度是决定桩土接触面力学特性的主要因素之一,其对桩侧摩阻力的发挥具有重要影响。为研究桩侧表面粗糙度对桩土接触面剪切特性的影响,制作不同粗糙度的混凝土板模拟桩侧表面,并给出了混凝土表面粗糙程度计算方法。采用大型室内剪切系统,依次在不同法向应力下进行剪切试验,从剪应力-剪切位移关系、剪胀性和接触面抗剪强度三方面对接触面力学特性进行分析。结果表明:接触面剪应力-剪切位移曲线大体呈折线型,存在较为明显的应变软化现象。表面粗糙度越大,剪应力峰值越高,不同粗糙度界面达到剪应力峰值强度所对应的剪切位移变化不大。在法向应力较低时接触面有剪胀现象发生,随着粗糙度的增大,剪胀现象越明显;法向应力较高时则出现剪缩。接触面抗剪强度及残余剪切强度均随着表面粗糙度的增大而增大。根据试验结果建立的接触面力学参数与混凝土表面粗糙度关系式,可为进一步研究预制抗拔桩承载力发挥机理提供参考。     

剪切速率对黏性土混凝土界面抗剪强度影响的试验研究

通过自行研制的大型恒刚度桩土界面直剪仪,进行6种剪切速率的黏性土混凝土界面剪切试验,探讨剪切速率对黏性土混凝土界面抗剪强度的影响规律。结果表明:在黏性土混凝土界面,超孔隙水压力随着剪切速率的提高而增大;法向应力和剪切速率通过影响超孔隙水压力大小,决定黏性土混凝土界面剪切峰值强度和剪切破坏位移的大小;剪应力剪切位移关系曲线由基本一致变化到一定范围内产生偏离,且法向应力和剪切速率越大偏离越显著,并出现明显的应变软化现象;剪切速率从0.4mm/min增加至5.0mm/min,黏性土混凝土界面抗剪强度减小幅度增大,摩擦系数减小0.1,有效黏着力的变化介于0.81～5.93kPa之间。     

纤维底渣混合土循环剪切性能研究

生活垃圾焚烧底渣作为常见的固体废弃物之一,可与纤维混合提高其强度和稳定性。对生活垃圾焚烧底渣–黏土–聚丙烯纤维按一定比例混合,进行循环前大型直剪、循环剪切和循环后直剪试验,研究不同竖向应力、不同剪切位移幅值、不同压实度对纤维加筋底渣混合黏土循环剪切特性及循环后单调直剪特性。试验结果表明:循环前直剪试验中,剪切位移与剪应力曲线呈现弱硬化现象;施加循环荷载后的单调直剪试验,剪切位移与剪应力曲线则呈现明显软化现象。循环剪切试验过程中土样在不同竖向应力、不同剪切位移幅值下均出现循环剪切硬化和剪缩现象。随循环次数增加,硬化程度和剪缩量逐渐减小。随压实度增加,试样由明显的硬化型向软化型发展,压实度越大,沉降量越少,剪缩量越小。对比循环剪切后试样的单调直剪试验与未循环剪切单调直剪试验结果发现,循环剪切后的土样抗剪强度明显增大,黏聚力和摩擦角都相应增加。聚丙烯纤维的加入可以与底渣混合土形成空间网络骨架,从而增加试样抵抗变形能力,减小竖向沉降,增强稳定性。     

密实度不同时格栅–砂土界面循环剪切及其后直剪特性

为研究密实度不同时格栅–砂土界面在经历循环剪切及其后的表现,采用大型直剪仪进行了一系列大型单调直剪试验、循环直剪试验和循环后单调直剪试验。并将单调直剪试验与循环后单调直剪试验的结果进行对比分析。结果表明:单调直剪试验中,随着砂土密实度的增加筋土界面抗剪强度增加,剪切体胀现象变的明显;格栅–密砂界面发生循环剪切软化现象,土样在循环剪切过程当中整体上发生剪缩,且砂土密实度越大经历相同循环次数时的剪缩量越小;循环后单调直剪试验中,3种砂土密实度界面抗剪强度发展曲线都为软化型,在直剪过程中都发生自始至终的剪胀;遭受循环剪切后密砂–格栅界面抗剪强度发生了退化。     

粗粒土与结构接触面三维力学特性的直剪试验研究

运用80t三维多功能土工试验机,对粗粒土与人造粗糙钢板接触面的三维力学特性进行试验研究,包括常法向应力条件下单调剪切试验(法向应力σ=200kPa、400kPa、700kPa、1000kPa)及十字、单向圆形和往返圆形路径下循环剪切试验(σ=400kPa)。结果表明:在单调和循环剪切时接触面均产生了明显的剪切体变,循环剪切时可分为遵循不同规律的可逆和不可逆两部分;不同剪切路径下接触面切向应力-应变关系曲线有很大差别,但主剪应力-主切向位移关系类似;随循环剪切的进行,接触面在逐渐剪切硬化,主剪应力-主切向位移曲线形式均由双曲线形式向理想弹塑性模式转变;接触面抗剪强度具有各向同性,其与法向应力关系符合摩尔-库伦准则;法向应力对接触面单调力学特性影响显著,剪切路径对其循环力学特性(剪切体变、切向应力-应变关系及破坏状态等)有重要影响。     

Dynamic shear behavior of GMB/CCL interface under cyclic loading

The dynamic shear behavior of composite liner interface is of great importance for landfill seismic analysis. In this study, an experimental investigation of the shear behavior of the interface between smooth high density polyethylene (HDPE) geomembrane (GMB) and compacted clay liner (CCL) is presented. A series of displacement-controlled cyclic shear tests were conducted to investigate the effects of displacement amplitudes, normal stress levels and number of cycles on the GMB/CCL interface shear behavior. Cyclic loading with higher displacement amplitude will produce greater vertical contraction and lower interface initial shear stiffness. Also, significant shear strength degradation was observed within the first 5 shearing cycles, then followed by slight interface reinforcement in subsequent cycles. The dynamic shear modulus of GMB/CCL interface is dependent on both normal stress levels and displacement amplitudes, while the damping ratio is only affected by displacement amplitudes. Finally, a method considering the GMB/CCL composite liner as an equivalent soil layer was proposed, which is useful for landfill seismic analysis.     

粗粒土与结构接触面静动力学特性的大型单剪试验研究

运用80t大型三维接触面试验机,对单剪条件下粗粒土与钢板接触面静动力学规律进行了研究。随单调剪切的进行,接触面土体变形由靠近结构面区域逐渐向远处传递和发展,并集中于剪切区域内,接触面厚度约为（6D₅₀~7D₅₀;接触面达到强度时对应的滑动位移约为0.5D₅₀,之后滑动位移发展变快,破坏发生在接触界面处;法向应力对接触面厚度、土体变形沿试样深度分布形式影响较小,主要影响土体变形大小。循环剪切时接触面厚度未继续扩展;土体变形及变形位移幅值随循环剪切逐渐减小,并向初始剪切方向偏移,出现了异向性;接触面在不断剪切硬化,主要由结构面附近土体硬化所致;接触面强度是否达到主要取决于滑动位移,并在达到后逐渐减小,减小程度达16%,且正反向剪切时强度呈现异向性;接触面剪切体变、切向应力与3种位移（切向位移、变形位移、滑动位移）的关系稍有差别。     

高应力下砂土与结构界面单剪试验研究

利用改装自RMT-150B试验系统的单剪试验仪进行饱和砂土与结构界面单剪试验,研究高应力条件下界面本构模型及界面剪切刚度变化趋势,为高应力状态下涉及到界面力学问题的工程设计、计算提供理论依据.试验中,首先对剪切盒中的砂土进行固结,然后法向应力恒定在高应力水平上开始界面剪切,并记录试验数据,剪切时保证砂土能相对自由的变形...     

不同剪切速率下格栅–土界面循环剪切及其后直剪特性

 为了研究剪切速率对砂土与土工格栅界面剪切特性的影响,采用室内大型直剪仪对土工格栅加筋砂土试样分别进行不同剪切速率下的单调直剪试验、循环直剪试验,并在循环直剪试验结束后接着对试样进行单调直剪试验,研究了剪切速率对筋土界面剪切应力、剪切体变的影响,对比分析不同剪切速率下单调直剪试验的结果与经受过循环剪切后的单调直剪试验结果的差异。试验表明：剪切速率对单调直剪条件下筋土界面的剪切特性影响不大;循环剪切过程中,低剪切速率和高剪切速率下分别发生循环剪切软化和循环剪切硬化现象;剪切速率对循环剪切后的筋土界面直剪特性影响较明显,受循环剪切后筋土界面的抗剪强度比不受循环剪切作用的要低。     

Monotonic and Cyclic Tests of Interface between Structure and Gravelly Soil

Monotonic and cyclic behavior of the interface between a structure and gravelly soil was investigated using systematical tests. A series of monotonic and cyclic tests of the interface between a steel plate and gravel were conducted using a large-scale test apparatus through varying gravel types, surface roughnesses of steel plates, normal boundary conditions, magnitudes of normal stress and displacement amplitudes. Microscopic movements and crushing process of soil particles were measured coupled with macroscopic stress-displacement relationship response. Based on the results, it is concluded that monotonic and cyclic behavior of the interface between a structure and gravelly soil is significantly different from that of gravelly soil itself. Main behaviors of the interface includes: (1) shear strength is proportional to normal stress; (2) the interface between a steel plate and gravel exhibits insignificant strain softening; (3) normal displacement accumulates and the accumulation rate decreases with increasing shear cycles, but varies in well-regulated manner within a single shear cycle; (4) shear deformation is composed of indispensable slippage component on the contact surface and soil deformation component constrained by the structure nearby while the latter mainly contributes to volumetric change due to dilatancy; (5) mechanical response is dependent on shear direction due to cyclic shear application after an initial shear application; (6) evolution of stress-displacement relationship response are governed by the evolution of physical state including particle crushing and soil compression due to shear application; (7) main factors influencing on behavior include surface roughness of the structure, characteristics of the soil and magnitude of normal stress.     

Particle shape effects on the cyclic shear behaviour of the soil–geogrid interface

The accurate determination of the interface shear strength is essential in the design of geosynthetic-reinforced soil structures. The particle geometries of three types of soil materials and a spherical granular medium are imaged and quantified using binary image-based methods and described in terms of regularity. Cyclic direct shear tests are conducted to investigate the effects of particle regularity on the interface shear strength, stress–displacement relationship, shear stiffness, and damping ratio. The results reveal that the interface shear strength and deformation strongly depend on particle regularity. The vertical displacement ratio is found to increase with particle regularity under the same cycle number. The interface stiffness is observed to increase with the cycle number for particle regularities of 0.453, 0.565, and 0.672 but decreases with the cycle number for a particle regularity of 0.971. For a given regularity, the trend of damping ratio with the increasing cycle number is contrary to the that of shear stiffness. Finally, it is observed that the cyclic friction angle decreases with increasing particle regularity, the relationship of which is determined using linear regression. Thus, the systematic quantification of particle shape characteristics can lead to a better understanding of soil–geogrid interface behaviour.