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。     

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。     

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。     

土工格栅与砂土相互作用的单剪试验研究

利用大型循环单剪试验仪,进行30组大型单剪试验,综合研究分析不同类型的土工格栅,不同的格栅数量和格栅分布形式对加筋土力学特性的影响。研究3种不同类型的土工格栅,分别是矩形截面和椭圆形截面的双向格栅,以及三向土工格栅。试验结果表明,土工格栅的截面肋条以及节点厚度和相对开孔面积与加筋砂土的抗剪强度呈正相关,肋条长度和宽度与加筋砂土的抗剪强度呈负相关。进一步试验表明,格栅的布置层数对砂土的力学性能产生影响。当向纯砂中加入土工格栅时,其整体纯剪切强度降低。砂土的剪切破坏面集中在试样上部,试样下部各高度处的相对剪切位移较小。加入土工格栅后,整体试样的表观黏聚力增加,摩擦角降低。因此,在单剪模式且筋材铺设方向与剪切方向一致时,筋土界面成为软弱界面,降低了抗剪强度,同时筋材对砂土有一定的约束作用,因此出现了表观黏聚力。     

不同土工合成材料下新型加筋土界面特性

土工合成材料对加筋土结构的界面直剪特性具有重要的影响。通过一系列大型直剪试验对不同筋材下的Sandwich型加筋土筋土界面的直剪特性进行研究,研究不同竖向应力下不同种类加筋材料对Sandwich型加筋土界面直剪特性的影响。试验结果表明:土工格栅的加筋效果最佳,两种格栅的加筋界面抗剪强度明显高于土工织物;随着竖向应力的增加,筋土界面抗剪强度提高。结合理论分析,对不同的土工格栅进行直剪试验,得出土工格栅横、纵肋对界面剪切强度的提高值分别为15.3%和4.1%。     

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。     

剪切速率和法向加载频率对筋土界面剪切特性的影响

加筋土结构在道路工程中广泛应用,而车辆等动荷载对筋-土界面相互作用特性的影响不可忽略。采用动态直剪仪开展了一系列法向循环荷载作用下的砾石-土工格栅界面直剪试验。试验研究了4种剪切速率(0.1,1,5,10mm/min)、4种法向加载频率(0.1,0.5,1,2 Hz)以及3种法向初始应力(20,40,60 kPa)对筋土界面剪切特性的影响。试验结果表明:法向循环荷载下的剪切应力及法向位移呈周期性动态变化;上峰值应力、上残余应力及剪切应力幅值随频率的增大而减小,随剪切速率的增大而增大,而下剪切应力受影响较小;剪切应力和法向应力的峰值相对时间差分别在频率为0.5 Hz和速率为1 mm/min时最大,而摩擦系数与法向应力的相对时间差约为0.5个周期;上峰值摩擦角随频率的增加而减小,随剪切速率的增加而增大。     

不同筋材界面剪切试验研究

为了研究废旧轮胎、土工格室和土工格栅3种不同土工合成材料的筋-土界面抗剪特性,对试样开展了一系列大型直剪试验。对比了3种筋材的加筋效果,并研究了竖向荷载对筋-土界面抗剪强度和剪应力-剪切位移曲线特征的影响。试验结果表明:筋-土界面的剪切应力与剪切位移关系为非线性;几种不同筋材加筋效果较为显著,其中废旧轮胎的加筋效果最为明显;筋-土界面的黏聚力提高较大,内摩擦角变化相对较小,表明筋-土界面主要依靠提高黏聚力增大其抗剪强度。确定了各筋材加筋界面抗剪强度指标,并分析了3种筋材的加筋机理。     

筋土界面剪切特性的研究综述

介绍了拉拔试验和直剪试验两种筋土界面参数的测试方法,阐述了影响试验的主要因素以及试验方法的选择标准,并对筋—砂土界面剪切特性和筋—粘性土界面剪切特性进行了研究,最后论述了接触面上剪应力—位移的关系,以保证加筋土结构的内部稳定性。     

非水反应高聚物与土工材料的界面剪切特性

基于单调直剪试验,研究了竖向应力、剪切速率对非水反应类高聚物-土工布界面及高聚物-砂土界面的剪切应力、剪切位移、抗剪强度和剪切模量等剪切特性的影响.结果表明:在给定竖向应力和剪切速率下,随着剪切位移的增加,高聚物-土工布界面、高聚物-砂土界面均表现出剪切软化的特性;竖向应力对高聚物-土工布界面抗剪强度及剪切模量的影响显著,在剪切速率v=2mm/min下,随着竖向应力由50kPa增加至150kPa,高聚物-土工布界面的抗剪强度由15kPa增至46kPa;在给定竖向应力下,剪切速率v=1~3mm/min时,剪切速率对高聚物-土工布界面的抗剪强度以及高聚物-砂土界面的抗剪强度和剪切模量的影响均较小.     

粉土界面恒刚度循环剪切试验研究

竖向循环荷载作用下桩土界面的作用机理是研究桩土摩擦疲劳的关键。针对循环荷载作用下桩-粉土界面的剪切性能,使用改进的剪切试验装置在恒刚度条件下进行循环剪切试验,研究循环次数、累积位移和法向刚度对其摩擦疲劳性能、循环后单调剪切性能的影响。试验结果表明,粉土在循环剪切过程中,法向应力和剪应力在初始10个循环内随循环数增加快速衰减,随着循环进行,逐渐趋于稳定;单次循环内在剪切位移方向变化时,土体呈现表现出剪缩-剪胀-剪缩交替现象,总体变形呈现剪缩的趋势;循环荷载作用下,粉土界面的法向应力和剪应力随法向刚度增大衰减速率增大,达到稳定的累积循环位移越小;粉土循环后的单调剪切、法向应力恢复的单调剪切的剪应力比小于首次单调剪切试验值,且法向应力恢复的循环后剪切试验的剪胀程度较小,表明循环剪切过程中界面处粉土颗粒棱角破碎,颗粒变得光滑。在对试验数据分析的基础上,提出了与累积位移、法向刚度和初始应力相关的无量纲累积位移,建立了法向应力和界面摩擦角随累积位移的衰减方程。     

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。     

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。     

剪切路径对土与结构接触面三维循环特性影响研究

运用80t大型三维接触面试验机,通过改变往返圆弧剪切路径的半径和旋转角度幅值研究不同剪切路径下接触面三维循环力学特性,重点分析了剪切路径的影响规律。剪切路径由于影响两正交切向位移大小、方向转变及结构面附近土颗粒运动形态,从而导致接触面剪切体变及可逆性剪切体变-x或y向位移关系、切向应力位移关系及切向应力间关系形式差异显著。随旋转角度幅值的增大,接触面x向应力位移关系形式由双曲线向椭圆形转变;残余摩擦角由35°逐渐减小到33°,而后趋于稳定;峰值摩擦角则保持35°不变。不同剪切路径下接触面力学特性亦有诸多相同之处：抗剪强度具有各向同性;往返型路径下均产生明显的不可逆性和可逆性剪切体变,随循环剪切的进行,前者单调增长,后者峰值逐渐减小而后趋于稳定;不同剪切路径下接触面可逆性剪切体变-主切向位移关系及主剪应力-主切向位移关系具有良好的一致性;且后者曲线形式随循环剪切的进行由双曲线形式逐渐向理想弹塑性模式转变。     

切向应力控制条件下粗粒土与结构接触面三维循环特性研究

运用大型三维接触面试验机,对切向应力控制十字剪切、单向和往返圆形剪切路径下接触面三维循环力学特性进行直剪试验研究,并探讨剪切路径、应力幅值等因素的影响.结果表明:(1)切向应力控制循环剪切时,粗粒土与结构接触面产生明显剪切体变,且可分为可逆和不可逆两部分.(2)往返剪切路径下,随循环剪切的进行,接触面剪切体变增量经历由...     

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。     

Dynamic shear behaviors of textured geomembrane/nonwoven geotextile interface under cyclic loading

Textured geomembrane (GMB) and nonwoven geotextile (GTX) are usually used together in liner systems of MSW landfills, but the low shear strength of GMB/GTX interface is extremely detrimental to the stability of landfills, especially under earthquake loading. To study the dynamic shear strength of the GMB/GTX interface, a series of displacement-controlled cyclic direct shear tests are conducted with a large-scale direct shear machine. Normal stress levels ranging from 100 to 1000 kPa and displacement amplitudes ranging from 5 to 25 mm are considered. To compare the failure mechanism, GMB and GTX specimens are tested in not only hydrated but also dry conditions. Different waveforms and excitation frequencies are also applied to analyze the effects of test conditions. It can be seen that the shear deformation develops totally along the GMB/GTX interface when specimens are fully hydrated, while the internal failure of GTX is induced in dry condition. Equivalent linear analyses reveal that the shear stiffness depends on normal stress and displacement amplitude, while the damping ratio is only affected by displacement amplitude. Variations of shear strength during the shear process indicate that the softening behavior of the GMB/GTX interface is closely related to cumulative displacement and normal stress level. Furthermore, based on test results, a positive correlation is summarized between the shear strength and displacement rate of the interface.