单一粒径砂-混凝土单剪试验研究

通过单剪试验,研究了不同单一粒径砂与混凝土接触面的力学特性。试验结果表明,不同单一粒径砂的接触面厚度和试样破坏时的剪切位移随粒径的增加而增加;在法向压力较低时,剪切应力-位移关系曲线呈现应变软化型;随着法向压力的增高,剪切应力-位移关系曲线逐步呈现应变硬化型;此时,单一粒径砂与混凝土界面剪应力～位移曲线可看成由一条斜直线、一条双曲线和一条水平直线三部分组成。随着法向压力的增大,试样剪胀性逐渐减弱,试样发生剪胀时的剪应力也逐渐增大。     

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。     

粗粒土与混凝土接触面特性单剪试验研究

采用大型单剪仪进行粗粒土与混凝土接触面在膨润土以及混合土(膨润土中掺入水泥)泥皮条件下的剪切试验。通过对不同水泥浆含量的混合土泥皮接触面进行试验,揭示不同泥皮条件下接触面的力学特性。结果表明,与无泥皮或膨润土泥皮时不同,存在混合土泥皮时,剪应力与剪应变关系曲线存在明显软化段,峰值强度的位置与水泥含量以及法向应力大小有关。水泥含量越大其相应的强度越大,水泥含量由10%提高到40%时,其相应的内摩擦角提高约3.2倍,水泥含量为40%时,其强度达到无泥皮时的84%。剪切破坏时,在同一高度处,法向应力越大,切向位移也越大;同样的法向应力及高度处,切向位移随水泥含量的提高而增大。无泥皮、低法向应力下,试样出现明显的剪胀现象,而泥皮条件下试样均表现为剪缩。试样的有效高度对粗粒料的强度及变形有一定的影响,最大粒径为20mm时,高度分别为100与30mm的试样相比,其内摩擦角及水平位移偏差分别为3%和6%左右。与最大粒径为60mm试样相比,最大粒径20mm试样的内摩擦角要小1.9°,减幅4.8%。     

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。     

考虑卸荷效应的砂土–混凝土接触面剪切特性影响研究

采用上海某工程第(3)_2层灰色粉砂,通过对3种粗糙度的砂土–混凝土接触面在3种不同固结法向应力下进行的共计36组加、卸荷大型直剪试验,分析不同加、卸荷状态下接触面的力学特性,以及卸荷程度、粗糙度等对接触面软化特性和剪胀(缩)性的影响。试验结果表明:固结法向应力主要通过影响接触面土体密实度和含水率间接对峰值剪切应力产生影响;接触面峰值和残余剪切应力均随着卸荷比的增大而线性降低;粗糙度对接触面峰值和残余剪切应力随卸荷比的降低速率没有明显影响;同一剪切法向应力下,接触面残余剪切应力值随粗糙度增大逐渐趋向于剪切法向应力值;接触面软化现象随卸荷比增大而越明显,而粗糙度r对接触面软化性的影响存在一临界值,约为10 mm,当r10 mm时,接触面软化现象受粗糙度的影响较小,软化现象不明显,当r10 mm时,接触面软化现象随粗糙度的增大而越明显;加荷条件下接触面土体均发生剪缩,卸荷条件下随着卸荷程度的减小由剪胀逐渐向剪缩发展;在同一粗糙度下,接触面最大剪胀量随着卸荷程度的增大而增大,而接触面最大剪缩量则随着卸荷程度的增大而减小。     

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。     

考虑剪胀与软化的接触面弹塑性模型

采用大型单剪仪进行粗粒料与混凝土接触面在混合土泥皮(膨润土中掺入水泥)条件下的剪切试验,揭示混合土泥皮条件下接触面的力学特性与机制。试验结果表明,存在混合土泥皮时,接触面表现出明显的剪胀及应力-应变软化现象。峰值强度以及发生剪胀所对应的剪应变与法向应力大小有关,相同法向应力下,峰值强度所对应的剪应变滞后于产生剪胀的位置。为反映接触面的这一变形特性,基于广义位势理论,建立考虑剪胀以及应变软化的接触面弹塑性本构模型。利用塑性状态方程取代传统屈服面,采用分段函数,对剪应力与剪应变关系曲线和法向应变与剪应变关系曲线均用双曲线函数以及似正态函数分别进行拟合,从而确定模型中的各个参数。结合部分试验结果表明,模型计算的剪应力与法向应变与试验值的误差分别在10.5%,12.7%以内,从而验证模型的合理性。     

粗糙度对混凝土–砂土接触面力学特性的影响试验研究

为探究粗糙度对混凝土–砂土接触面力学特性的影响规律,开展不同粗糙度条件下的混凝土–砂土接触面大型直剪试验。根据钻孔灌注桩成孔后的孔径–深度曲线,采用概率统计分析的方法获得混凝土结构凸出尺寸的分布频率。基于此,分别构建表面"光滑"和"规则型"凹槽的混凝土板用于模拟实际工程中混凝土结构表面的粗糙度。提出可考虑凹槽几何参数、槽内土体扰动深度和槽宽修正的粗糙度(R)计算方法。试验研究结论如下:(1)对于平均粒径D500.7 mm的粗砂和细砾,其剪切带厚度约为5D50;(2)对于"规则型"凹槽的混凝土–砂土接触面,其峰值应力比随lgR近似呈线性增长;峰值、残余应力比均随法向应力的增加而减少。(3)接触面剪胀角随粗糙度的增加而增大,随法向应力的增加而递减。高法向应力抑制剪胀,并弱化粗糙度对剪胀的影响。(4)归一化接触面峰值摩擦因数Ep随lgR的增加而线性递增,当R增至0.70 mm时,Ep1,说明由于"被动阻力"的存在,砂土的自身切剪强度不是"规则型"混凝土–砂土接触面剪切强度的上限。     

滨海土体与钢材接触面剪切特性试验

以某滨海地区土体为研究对象,采用改进直剪仪研究土与钢材料接触面的摩擦特性。试验结果表明,法向应力越大剪应力越大,剪应力最大时纯土的剪切位移大于土体-钢材料复合体的剪切位移,剪应力与法向应力近似呈线性关系;一般情况下,土体-钢材料复合体的抗剪强度低于纯土的抗剪强度;随着法向应力的增长,沥青涂层使得剪应力先降低后增加。     

原状黄土与结构接触特性直剪试验研究

采用大型直剪仪对常、变法向应力下原状黄土与混凝土接触面力学特性开展研究。结果表明:法向应力及混凝土表面粗糙程度均对剪应力—剪切位移曲线影响很大,接触面抗剪强度符合摩尔—库仑定律。     

砂土颗粒级配对筋土界面抗剪特性的影响

为了研究砂土与土工合成材料相互作用时筋土界面的抗剪强度以及剪胀特性,采用3种不同级配的砂土分别与土工格栅和土工织物进行室内大型直剪试验,研究不同颗粒级配、密实度、筋材种类以及竖向应力对界面剪切特性的影响,并对界面剪胀系数进行分析。试验结果表明：粗砂和细砂与筋材的界面剪切强度要明显大于粗细混合砂;松砂剪切过程中只有剪缩效应的存在,但密实砂土呈现出明显的剪胀过程;当竖向应力较大时,筋土界面达到峰值剪切强度所需的剪切位移比低应力时大;粗砂与土工格栅作用时达到峰值剪切强度所需的剪切位移比与土工织物作用时大,而细砂则相反。     

卸载对粗砂抗剪强度影响的直剪试验研究

采用粗砂试样进行一系列卸载后的室内直剪试验,分析卸载作用、超固结比OCR、先期固结压力和剪胀性对粗砂抗剪强度的影响。试验结果表明：对于同样的卸载后竖向应力,OCR越大,相同剪切位移对应的剪应力越大;当OCR较小时,峰值强度基本上随超固结比的增加而增加,当OCR较大时,其对峰值强度的影响较小;当卸载后竖向应力较小时,峰值强度随竖向应力几乎线性增加,当竖向应力增加到一定数值以上时,竖向应力变化对峰值强度几乎没有影响;当卸载后竖向应力较小时,与正常固结砂样相比,超固结砂土试样均有一定的剪胀性,其中在低竖向应力下这种现象尤为明显,摩擦强度和剪胀强度均对剪胀性砂土的峰值强度有所贡献;根据试验结果,得到粗砂的峰值内摩擦角与最大剪胀角之间的线性拟合关系。     

循环荷载作用下脆性材料剪切性能试验研究

在自制的MTS振动台试验设备上对混凝土、岩石类脆性材料（砂浆材料）进行静力和动力剪切试验,试验结果表明,（1）动力荷载情况下位移-剪力包络线形状同静力荷载情况下曲线破坏形状相似,均可划分为相同的4个阶段;（2）在相同垂直压力作用下试件的动力抗剪强度与静力抗剪强度相比有明显的增大趋势,强度较低的试件强度增加较大;（3）在相同频率情况下,随着垂直压力的增大,峰值剪切强度、残余抗剪强度随之增大;（4）静力荷载情况下其破坏处水平位移要大于动力荷载情况下破坏处的水平位移,其他条件相同时破坏处水平位移值随峰值抗剪强度的增大而增大;（5）剪切过程中有明显的剪胀现象出现。最后根据试件的破坏形状,初步分析混凝土、岩石类脆性材料的动静态剪切特性的机制。     

考虑超孔隙水压力的桩土界面直剪试验研究

采用大型恒刚度直剪仪,系统研究超孔隙水压力对黏性土中桩土界面剪切性能的影响。根据制定的测试超孔隙水压力方案,对4个粗糙度等级(混凝土表面锯齿状峰谷距为0、2、4、6mm)的不同含水率黏性土中桩土界面在不同剪切速率下进行剪切试验。针对界面粗糙度、黏性土含水率、剪切速率3个变化参数对界面抗剪强度的影响进行分析。结果表明：界面粗糙度越大,界面超孔隙水压力越小,有效法向应力越大,黏性土颗粒与混凝土表面吸附性越大,桩土界面抗剪强度越大;黏性土含水率越大,界面超孔隙水压力越大,有效法向应力越小,黏性土颗粒与混凝土表面吸附性不能完全发挥,桩土界面抗剪强度反而减小;在剪切速率0.4~1.0mm/min范围内,剪切速率越大,界面超孔隙水压力增幅较小,有效法向应力变化不大,桩土界面抗剪强度虽有减小,但不同剪切速率下超孔隙水压力对桩土界面抗剪强度的影响不明显。     

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。     

结构物标准砂界面剪切机理试验研究

桩基表面粗糙程度与砂粒径大小对砂土层桩侧摩阻力有显著影响。本文利用改装的室内直剪仪开展了不同粗糙界面的木板、钢板、混凝土板与北京标准砂间的直剪试验,研究界面剪切应力剪切位移关系、界面抗剪强度构成和界面摩擦角变化规律。结果表明:剪切应力位移关系可用对数幂函数模型拟合,硬化阶段采用对数模型,软化阶段采用幂函数模型,模型峰值剪切应力与试验峰值剪切应力的比值集中在0.92～1.02之间;峰值剪切应力与平均灌砂深度呈正相关关系,其从未刻纹路的界面Ⅰ到刻有纹路的界面Ⅱ增加值最大;刻有纹路的界面抗剪强度由未刻纹路区域、纹路棱角和纹路内的砂三部分提供,未刻纹路区域提供的抗剪强度最大,纹路棱角次之,纹路内的砂最小;木、钢和混凝土与标准砂的界面摩擦角分别集中在11°～23°、14°～23°和22°～27°范围内。研究成果可为砂土层桩侧摩阻力估计提供试验参考。     

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。     

土工合成材料大型直剪界面作用宏细观研究

利用大型直剪模型试验设备，在不同竖向压力下进行一系列的土工合成材料直剪试验，应用数码可视化跟踪技术，结合土体变形无标点量测技术来研究双向土工格栅与砂土直剪界面作用的宏细观特性，同时分析界面附近土压力分布规律，并研究界面颗粒运动变化规律和细观组构演化特征与宏观特性的关联。分析结果表明，直剪筋土界面附近竖向压力分布从前端依次向后端减少；直剪界面位移达25 mm时，形成了稳定的剪应变集中带；在筋土界面（6～8）D₅₀粒径厚度范围内，界面颗粒以旋转和平动方式同时位移，该范围外颗粒以平动方式沿剪切方向位移，且位移较小；在剪切过程中，界面颗粒发生旋转，土体发生剪胀，孔隙率增大，平均接触数减小，颗粒重新被压密，孔隙率减小，平均接触数增多，颗粒长轴排列趋于水平方向，各细观组构处于相对稳定状态。     

不同竖向应力和剪切位移下砂砾石与砂双层土渗透试验

目前很多高土石坝直接坐落在覆盖层上,修建坝体后,会使坝基覆盖层产生较大的应力和剪切位移,对覆盖层的渗透稳定有极大的影响。因此有必要开展考虑应力和剪切位移影响的坝基覆盖层渗透特性试验研究。利用粗粒土大型高压水平渗透仪,考虑竖向应力和剪切位移的影响,对砂砾石和砂双层土进行渗透试验研究,探讨了砂砾石和砂双层土试样的渗透性和抗渗坡降随竖向应力和剪切位移的变化规律,将渗透破坏的发生和发展分为稳定、过渡和破坏三个阶段。试验结果表明:随着竖向应力的增大,砂砾石和砂双层土的渗透系数逐渐减小,而细颗粒的启动坡降和试样的破坏坡降则逐渐增大。随着剪切位移的增大,砂砾石和砂双层土的整体渗透系数先减小后增大,破坏坡降先增大,后迅速减小。无剪切位移以及剪切位移较小时,细颗粒的启动坡降和试样的破坏坡降之间的过渡阶段较长;而发生大的剪切位移后,启动坡降和破坏坡降之间的过渡阶段大大缩短,达到启动坡降后很快就会出现渗透破坏。