三峡库区典型土石混合体与混凝土接触面大型剪切试验研究

利用大型直剪仪和单剪切仪,对三峡库区典型土石混合体—混凝土接触面力学特性开展了不同试验方法和不同法向应力的剪切试验,对比分析了直剪和单剪试验条件下土石混合体—混凝土接触面的抗剪强度和变形特性,试验表明,界面应力应变特性与试验方法、法向应力水平有关。低法向应力情况下,直剪和单剪试验界面应力应变曲线均表现为硬化型,高法向应力情况下,直剪为应变软化型,单剪为应变硬化型,通过单剪试验结果分析得到了剪切破坏带及其厚度,研究成果能为土石混合体地质体与混凝土结构共同作用分析提供参考。     

土与结构接触面直剪试验颗粒流模拟分析

以直剪试验为原型,采用颗粒流模拟程序PFC建立粗粒土与混凝土接触面的直剪模型,分析了不同粗糙度、不同试样高度对粗粒土与混凝土接触面强度的影响,并建立了细观摩擦系数与接触面宏观力学参数的关系,为确定接触面的强度提供了一种手段和参考依据。     

渠道下卧土-混凝土衬砌冻结接触面直剪试验研究

为研究渠道下卧土-混凝土衬砌冻结接触面抗剪强度及其随主要影响因素的变化规律,采用直剪仪开展了不同含水率、冻结温度、法向应力及冻结时间条件下渠道下卧土-混凝土衬砌冻结接触面直剪试验研究。结果表明:剪切的初始阶段,接触面存在局部剪应力释放现象,释放量大小受土体含水率、法向应力、冻结时间因素影响,但不受冻结温度的影响;在本试验参数范围内,接触面峰值抗剪强度随着土体含水率、法向应力、冻结时间的增加而增大,随冻结温度的降低而增大;接触面的抗剪强度实质上是冻土中的冰晶与混凝土衬砌接触面之间的胶结力,以及土体与混凝土衬砌接触面之间的黏聚力与摩擦力;峰值抗剪强度大小主要受胶结力影响;黏聚力和摩擦力主要受法向应力、冻结时间的影响。     

砂砾石与结构接触面强度与变形特性试验研究

通过长江科学院和四川大学华西岩土仪器研究所针对实际工程中的砂砾石料与结构物所形成的接触面联合研制的大型叠环单剪仪，对砂砾石料与凝土接触面及夹泥皮混凝土接触面力学特性进行了相关试验研究．试验结果表明，泥皮的作用对结构接触面特征影响较大，在试验的法向应力范围内，砂砾石料与混凝土板接触面的剪应力与相对剪切位移呈现出较好的双曲线关系，可用Clough—Duncan双线性模型进行描述；而砂砾石料与夹泥皮的混凝土板的接触面试验在达破坏阶段后切向变形具有刚塑性的变形特征，可用殷宗泽刚塑性模型进行描述．     

宝天高速黑岭隧道土、岩及接触面力学特性分析

研究黄土隧道土、岩接触面的力学特性,是选择黑岭隧道土、岩接触面支护措施和开挖方案的重要依据。针对黑岭隧道开挖,采用黄土三轴试验、重塑饱和黄土的三轴剪切试验、重塑砂土样应力—应变曲线测试,对土、岩及接触面力学特性进行分析。研究表明:饱和重塑土较原状土的粘聚力有较大程度减小,摩擦角较接近,也说明原状土结构性丧失主要是由于其粘聚力的减小。     

接触面薄层单元耦合本构模型

接触面单剪试验显示，在土与结构接触界面土体一侧存在剪切错动带，剪切过程中的土尤其是粗颗粒土出现明显的剪胀/剪缩效应。为了反映剪切错动带的应力应变特征，更恰当地模拟土与结构的相互作用，提出了接触面薄层单元耦合本构模型。同时讨论了薄层单元厚度的确定问题。     

小湾坝体混凝土与基岩接触面抗剪强度研究

通过在300m级的小湾高拱坝坝区的片麻岩上进行的4组混凝土与基岩接触面抗剪试验的研究，确定了坝体混凝土与基岩接触面的抗剪强度指标。对抗剪强度特性和试验成果进行了详细分析。所得成果已在小湾拱坝初设中被采用。     

结构性对淤泥质土强度影响试验研究

以郑州新区淤泥质土为研究对象,在室内对原状土、部分愈合重塑土及完全重塑土进行不固结不排水三轴试验,研究淤泥质土的结构性对应力-应变关系及土体抗剪强度的影响.结果表明:受土体天然结构性的影响,原状土体具有明显弹性变形阶段,完全重塑土体无明显弹性阶段,部分愈合重塑土体具有较小范围的弹性变形阶段;部分重塑土体的抗剪强度大于原状土体,原状土体的抗剪强度大于完全重塑土体.     

粉细砂与混凝土接触面强度影响因素显著性分析

土与混凝土接触面剪切强度是研究土与混凝土接触面力学特性的重要参数,是解释土与混凝土相互作用问题的理论基础,为探究含水率、干密度及法向应力对粉细砂与混凝土接触面剪切强度的影响,开展不同含水率、干密度及法向应力工况下粉细砂与混凝土接触面直剪试验研究。结果表明:三种试验因素对粉细砂与混凝土接触面剪切强度影响的主次顺序为法向应力＞含水率＞干密度;粉细砂与混凝土接触面剪切应力－剪切位移关系曲线在低法向应力下表现出应变软化特性,在高法向应力下呈现出应变硬化特性;粉细砂与混凝土接触面在高法向应力下形成一定厚度的剪切带,且剪切带厚度和面积随着法向应力的增加而增大;在一定干密度下,粉细砂－混凝土接触面剪切强度在不同法向应力作用下随含水率的增大呈现先增大后减小的趋势,在粉细砂最优含水率附近接触面剪切强度达到极大值,且这种变化趋势随法向应力的增大而愈发显著。     

原状与重塑粉土固结不排水剪切特性的对比试验研究

利用应变控制式静力三轴剪切仪，对3组原状饱和粉土试样进行了不同围压下固结不排水剪切试验；在此基础上，又采用干装法和控制固定含水率的湿装夯实法制备了相同干密度的重塑饱和粉土试样，对两种方法制成的试样进行了同样的对比试验研究。通过对原状试样与不同成样方法的重塑试样的应力-应变关系、应力路径、抗剪强度指标等试验结果的对比分析，探讨了两种室内成样方法制备重塑试样的试验结果与原状试样结果的差别及其产生的原因。试验结果表明：在3组对比试验中，两种重塑样之间、重塑样与原状样之间的应力-应变关系和应力路径均差异较大；湿装重塑样的抗剪强度指标均低于干装重塑样，两种重塑样抗剪强度指标均低于原状样。固结后的密实程度并不是导致试验结果差异的根本原因。原状样和重塑样固结过程的孔压消散曲线及正常固结线均有所不同，说明原状样和重塑样的结构不同，是导致试验结果不同的根本原因。     

结构性对黄土抗剪强度的影响研究

为揭示结构性对原状黄土和重塑黄土抗剪强度的差异影响,以国道Ｇ310三门峡西至豫陕界段的黄土路基为研究背景,对具有相同含水率和干密度的原状黄土和重塑黄土进行一系列直剪试验和扫描电镜试验,对比分析了原状黄土与重塑黄土在抗剪强度和微观结构的差异及其机理。直剪试验结果表明:剪切过程中原状黄土的应力应变关系呈应变软化而重塑黄土的应力应变关系呈应变硬化;原状黄土的应变软化现象随着垂直压力的增大逐渐减弱;原状黄土的抗剪强度参数比重塑黄土的大。原状黄土和重塑黄土的抗剪强度均随黄土黏粒含量的减少而降低。微观试验结果表明:原状黄土具有清晰的骨架颗粒、明显的支架孔隙、密集的接触处胶结物,其完整的原生结构是使其抗剪强度高于重塑黄土的主要原因。     

黄土抗侵蚀能力与抗剪强度关系研究

基于野外测试试验及室内土工试验成果，对黄土抗侵蚀能力与抗剪强度之间的关系进行了系统研究。试验结果显示：低压条件下饱和原状土的粘聚力在大于2 kPa时与黄土抗冲系数Kc有强烈的正相关关系，小于2 kPa时，Kc严接近于0；天然原状土、饱和扰动土的粘聚力与Kc没有明显的相关性。试验黄土的内摩擦角变化不大，对Kc没有直接的影响。这说明低压条件下饱和原状土的粘聚力是影响黄土土壤抗侵蚀能力内在因素。     

黄土湿陷系数与浸水对其力学性质的影响之间的关系初探

黄土湿陷性系数的变化与其土体的其他物理力学性质存在一定的相关性,文中通过收集万家寨引黄工程北干线工程区原状黄土湿陷性土工试验及其物理力学试验资料,分析初探其抗剪强度在原状土状态与浸水饱和后变化值与湿陷性系数之间关系,通过线性回归分析初步得到其抗剪强度变化值与湿陷性系数之间的经验关系式。对于湿陷性黄土场地工程设计和重新评估湿陷性黄土浸水后对工程建设的危害提供一定的参考。     

考虑中溶盐作用下的结构性黄土强度准则

以西安地区Q₂^eol黄土为研究对象,采用室内试验和理论研究的方法探究以CaSO₄为代表的中溶盐含量对原状黄土结构性强度的影响。通过对4种不同含量(0、0.476、0.952、1.904 g/L)的CaSO₄溶液饱和下的黄土试样进行不同围压(50、100、200、400 kPa)的三轴固结不排水剪切试验,测定并分析结构性黄土试样强度的变化规律。结果表明,该土样的应力-应变关系曲线均呈硬化型,且在同一围压作用下,黄土强度随中溶盐含量的增大呈先快增再缓增的趋势。基于岩土体的二元介质模型,对结构性土体的强度准则进行修正,得到与中溶盐含量相关的剪切抗力分担率参数,建立了适用于西安地区考虑中溶盐含量的结构性黄土强度准则,为具有该特性的黄土区域建设提供参考。     

原状黄土增湿变形起始屈服函数研究

为研究黄土的增湿变形问题,通过常规三轴剪切试验、等向压缩试验,分别研究了不同初始含水率原状黄土试样的应力-应变关系。通过三轴剪切试验发现,原状黄土的临界状态线近似一条直线且不通过p-q平面的坐标原点,随初始含水率变化沿q轴上下平移。通过三轴压缩试验发现,原状黄土的e-lnp曲线不是一条直线而是折线,且折点处对应的球应力随初始含水率的增大而减小。采用椭圆形屈服轨迹的假设,结合试验规律得出原状黄土试样的起始屈服函数,通过该起始屈服函数可以得出各应力路径下的起始屈服应力和起始含水率。该研究成果是后续建立原状黄土增湿变形本构模型的基础。     

砂质原状黄土强度各向异性试验研究

为研究各向异性条件下原状黄土的变形及强度特性,针对取自北京市郊某施工现场原状黄土试样,在保持土样天然含水率条件下,分别对水平方向和竖直方向原状土样开展了固结不排水和固结排水三轴剪切试验。试验结果表明:试验用原状黄土黏粒含量相对较低,砂粒含量则偏高;其抗剪强度在水平方向和竖直方向表现出明显的各向异性。对于固结不排水试验,竖直方向的内摩擦角和黏聚力均大于水平方向,当增大围压时,水平方向和竖直方向试样的最大偏应力以及破坏应变值都呈上升趋势;对于固结排水试验,竖直方向的内摩擦角大于水平方向,而黏聚力则是水平方向大于竖直方向,当增大围压时,水平方向和竖直方向试样的最大偏应力都呈上升趋势,水平方向试样的破坏应变值呈上升趋势,然而竖直方向的试样则呈现出先下降后上升的变化趋势。     

四种人工合成纤维加筋黄土的抗剪特性

为了对比分析不同类型纤维的加筋效果及其作用机制,选取玄武岩纤维、聚丙烯纤维、聚酯纤维和玻璃纤维4种常用的人工合成纤维,以黄土为研究对象,在控制试样含水率、干密度、纤维长度和掺量等参数一定的条件下,制备5组试样进行直剪试验。试验结果表明:①纤维加筋前,土体的剪应力-剪切位移曲线存在比较明显的应变软化特征,纤维加筋后的曲线逐渐由应变软化转化为应变硬化。②纤维的掺入能够有效提高土体的抗剪强度。比较而言,玄武岩纤维的增强效果较其他纤维更好,玄武岩纤维加筋土的黏聚力和内摩擦角增幅分别为52.03%和24.30%;聚丙烯纤维次之,增幅分别为45.94%和16.01%;聚酯纤维和玻璃纤维增强效果相对较差。③加筋土黏聚力的提升与纤维-土界面的黏结力、纤维自身的抗拉强度有关,内摩擦角的提升主要与纤维-土之间的界面摩擦力有关。比较而言,玄武岩纤维的表面粗糙,抗拉强度大,使得加筋土的抗剪性能提升明显。相关分析结果可为比选纤维加筋土类型提供较好的参考。     

砂卵石土强度变形特性综合试验及力学模型参数研究

砂卵石土是一种特殊性质粗粒土,其强度变形特性是工程界重点关注的问题之一。针对某工程砂卵石土地基系统开展三轴剪切试验、界面剪切试验及流变试验等综合研究其强度变形特性,选取合适的力学模型描述砂卵石土的应力-应变关系并整理相应模型参数。试验结果表明:砂卵石土非饱和样的抗剪强度指标明显大于饱和样,在低围压下砂卵石土饱和样和非饱和样分别呈现出剪缩特性和剪胀特性,而在高围压下则均表现出明显的剪缩特性;砂卵石土与混凝土面板间的接触面剪应力与剪切位移基本呈双曲线关系,抗剪强度随法向应力的增大线性增大;在双对数坐标系下砂卵石土流变变形随着时间线性增长,基于试验规律提出了砂卵石土11参数流变模型,该模型可较好地反映砂卵石土的流变特性。研究成果为砂卵石土强度变形特性研究及地基沉降分析提供理论支撑。     

粗糙度对结构物-细砂界面剪切特性的影响

下部基础与土体界面的剪切特性对于整个结构的安全施工至关重要,地基上部土层中多见砂土层,砂粒径大小和结构物表面粗糙程度会影响下部基础的受力特性,对于研究砂土层下部基础的侧摩阻力具有重要意义。利用改进后的直剪仪,进行粒组为0.075~0.150 mm,0.150~0.300 mm的砂与人造粗糙混凝土板、钢板的界面剪切试验,研究不同砂粒组、不同粗糙度、不同法向应力下的钢-砂和混凝土-砂界面抗剪强度和界面剪切强度指标。结果表明:界面剪切应力-剪切位移关系可用双曲线模型描述,试验峰值剪切应力与模型峰值剪切应力的比值为0.85~0.95;峰值剪切应力随法向应力和粗糙度的增大而增加,粒组Ⅰ的较粒组Ⅱ略大,混凝土-砂界面峰值剪切应力较钢-砂界面的大;对于未刻纹路的结构物-砂界面剪切面为一移动的水平面,刻有纹路的结构物-砂界面剪切面由间断的水平剪切面和动态曲形剪切面构成;界面摩擦角随粗糙度增大而增加,粒组Ⅰ的抗剪强度指标较粒组Ⅱ略大,钢-砂界面摩擦角集中在23°~28°,混凝土-砂界面摩擦角集中在25°~31°。研究成果可为砂土层桩侧摩阻力估计和数值模拟提供参考。