考虑粗糙度影响的不同土与混凝土界面大型直剪试验研究

土与结构接触界面的力学特性对于土体与结构相互作用系统的研究具有重要意义,结构周围土体性质与结构表面粗糙度是影响接触面力学性质的重要因素。为研究结构表面粗糙度对不同土体与结构接触面的剪切力学特性的影响,采用大型直剪试验仪进行了3种土体（红黏土、砂土与碎石土）与混凝土接触面剪切试验。通过在混凝土表面预制不同数量的规则半圆型凹槽来改变表面粗糙度,并采用灌砂法对混凝土表面粗糙度进行定量评价,研究粗糙度对不同类型接触面的剪切应力与剪切位移曲线以及强度参数的影响。结果表明：土体类型对接触面的剪切应力与剪切位移曲线形态具有较大的影响,红黏土与混凝土接触面剪切曲线表现为剪切软化型,砂土与混凝土接触面剪切曲线表现出理想弹塑性特征,碎石土与混凝土接触面剪切曲线主要表现为应变硬化型。粗糙度对接触面的剪切强度有着显著的影响,不同土体与混凝土接触面的剪切强度随粗糙度的增大均有明显提高,但法向应力的增大会弱化粗糙度对接触面剪切强度的影响。不同粗糙度条件下接触面的剪切强度与法向应力之间均存在着良好的线性关系,表明接触面的剪切破坏符合摩尔-库伦准则。粗糙度的增大能显著提高接触面的表观黏聚力,但对接触面内摩擦角的影响较小。     

黏土–水泥土接触面剪切特性试验研究

黏土–水泥土接触面的剪切特性及土体运移规律是研究水泥土桩、墙等结构物承载和变形机理的关键。对黏土与不同粗糙度水泥土接触面的力学特性进行直剪试验研究,探讨黏土–水泥土接触面抗剪强度、破坏规律及变形特性。结果表明:黏土–水泥土接触面的剪切破坏强度服从摩尔–库伦强度准则,接触面摩擦角随粗糙度的增加而增大,但增长速率逐渐减缓,而接触面黏聚力与黏土黏聚力大小相当;黏土–水泥土接触面的法向应变–剪切位移曲线整体表现为剪缩型,且剪缩量随法向应力和粗糙度的增加而增大。归一化的接触面强度有效系数Es随粗糙度的增加而增大,且当粗糙度R超过1.0 mm后,Es大于1.0,说明由于"被动阻力"的存在使得黏土–水泥土接触面的抗剪强度得到提升,从而出现大于黏土自身抗剪强度的情况。不同法向应力下,各接触面的剪应力–剪切位移关系曲线均服从指数分布,据此建立了描述接触面粗糙度、剪应力、剪切位移、法向应力、摩擦角和黏聚力关系的复合指数模型,该模型对接触面剪应力–剪切位移关系曲线具有良好的拟合效果。此外,随剪切过程的持续进行,剪切破坏区逐步由剪切前方扩展至剪切后方。研究结果对揭示黏土–水泥土接触面的力学特性及水泥土桩、墙等的设计具有参考和指导意义。     

植被根系固土抗剪强度试验研究

通过对培养的黑麦草加固黏土原状土样进行直剪试验,研究了根系含量和含水率对加固土体抗剪性能的影响,并结合研究结果对其作用机理进行分析。试验结果表明:随根系含量增加,加固土体的抗剪强度和黏聚力逐渐增强,内摩擦角变化较小。这是因为根系的存在加强了土颗粒之间的摩擦,同时在剪切过程中根系发生弹性形变,其内部产生的拉应力通过摩擦力转化为阻碍土体位移的力,增强土体强度。随着含水率的增加,加固土体的抗剪强度和黏聚力均减小,内摩擦角变化不大。这是由于一方面水的存在使根系的拉拔阻力和土颗粒之间的摩擦阻力减小,另一方面含水率的增加导致基质吸力减小,使土颗粒之间的液桥强度降低,从而降低了土体的抗剪强度。     

尾矿土物理力学性质指标的相互关系

目的正确有效地确定尾矿土的抗剪强度,以保证尾矿库工程的稳定性．方法通过现场取样,然后在试验室进行土的物理及力学指标试验,研究尾粉砂、尾粉土、尾粉质黏土的含水率与孔隙比之间的关系以及含水率、孔隙比、干密度与抗剪强度指标之间的关系．结果随着含水率的增大,尾粉砂的孔隙比减小,尾粉土与尾粉质黏土的孔隙比增大;尾粉砂、尾粉土和尾粉质黏土的含水率与抗剪强度指标呈非线性关系;孔隙比、干密度与抗剪强度指标呈线性关系：随着孔隙比的增大,黏聚力与内摩擦角减小;随着干密度的增大,黏聚力与内摩擦角均增大．结论尾粉砂、尾粉土、尾粉质黏土的物理指标与抗剪强度指标之间存在相关性,在明确物理指标的情况下可以推断出相应的抗剪强度指标范围．     

高液限土和红黏土的水敏感性研究

以分布在广梧高速公路沿线的高液限土和红黏土为试样,通过常规直接剪切试验,测定不同含水状态下高液限土和红黏土的抗剪强度,对比分析含水率对两者抗剪强度的影响.结果表明,高液限土和红黏土的抗剪强度均与初始含水率有明显的相关关系,初始含水率越大,抗剪强度越小;随着含水率的增大,高液限土黏聚力与含水率成指数函数关系形式减小,其内摩擦角则先小幅减小,后急剧减小;随着含水率的增大,红黏土粘聚力变化具有显著的分段性,在某一含水率区段内下降较明显,当含水率接近饱和含水率时,则趋于稳定;红黏土的内摩擦角随着含水率的增加先保持稳定,后急剧减小;土颗粒间胶结物质的不同是导致高液限土和红黏土水敏感性不同的主要原因.     

重塑非饱和粉质黏土抗剪强度特性试验研究

含水率对非饱和土的抗剪强度有很大影响,因此研究含水率与非饱和土抗剪强度之间的关系,具有重要的工程意义.以粉质黏土为研究对象,通过直剪和基质吸力试验,研究含水率对抗剪强度及内摩擦角和黏聚力的影响.结果表明:随着基质吸力的增大,非饱和土的抗剪强度不断增大,说明基质吸力对抗剪强度有较大贡献;随着含水率增大,土的内摩擦角减小;在含水率较小时,黏聚力增大,当含水率增加到一定值时,土的黏聚力急剧下降.     

广州地区土体与混凝土表面摩擦特性的试验研究

为了研究广州地区不同土体与混凝土表面的摩擦角，将取自不同地区的4种不同土体试样、3种不同的浆土混合体放入改造后的直剪仪中，在不同法向应力下进行快剪的直剪试验，得到不同土体、浆土混合体与混凝土试件表面的摩擦角。试验结果表明：(1)花岗岩残积重塑干土与混凝土试块表面摩擦角为25.2°；花岗岩残积原状土与混凝土试块表面摩擦角为24.1°；南沙淤泥质土与混凝土试块表面摩擦角为17.2°；福建标准干砂与混凝土试块表面摩擦角为31.7°。(2)分析土体与混凝土表面的摩擦角时，认为剪切时的法向应力、颗粒间的咬合摩擦、含水量、土体与混凝土表面的共同作用等为主要因素；而混凝土剪切表面的黏聚力大小，则与混凝土表面的凸凹程度、土中砂粒的含量及颗粒级配、土体的非饱和状态等有关。(3)随着浆土混合体中泥浆质量比例的提高，管片与浆土混合体的摩擦阻力减小，浆土混合体的整体黏聚力也同时减小。     

黏土-水泥土接触面剪切特性试验研究

掌握黏土–水泥土接触面的剪切特性及土体运移规律是研究水泥土桩、墙等结构物承载和变形机理的关键。本文基于系列直剪试验研究黏土与不同粗糙度水泥土接触面的力学特性,以探究黏土–水泥土接触面抗剪强度、破坏规律及变形特性。结果表明：黏土–水泥土接触面的剪切破坏强度服从摩尔–库伦强度准则,接触面摩擦角随粗糙度的增加而增大,但增长速率逐渐减缓,而接触面粘聚力与黏土粘聚力大小相当;黏土–水泥土接触面的法向应变与剪切位移曲线整体表现为剪缩型,且剪缩量随法向应力和粗糙度的增加而增大。归一化的接触面强度有效系数Es随粗糙度的增加而增大,且当粗糙度R超过1.0 mm后,Es大于1.0,说明由于“被动阻力”的存在使得黏土–水泥土接触面的抗剪强度得到提升,从而出现大于黏土自身抗剪强度的情况。不同法向应力作用下,各接触面剪应力–剪切位移关系曲线均服从指数分布,据此建立了描述接触面粗糙度、剪应力、剪切位移、法向应力、摩擦角和粘聚力关系的复合指数模型,该模型对接触面剪应力–剪切位移关系曲线具有良好的拟合效果。此外,随着剪切过程的持续进行,剪切破坏区逐步由剪切前方扩展至剪切后方。研究结果对揭示黏土–水泥土接触面的力学特性及水泥土桩、墙等的设计具有参考和指导意义。     

土与结构物的接触特性研究

土与结构的接触特性受土的类型、密实度、含水量等许多因素的影响,为研究株洲地区典型红土与混凝土结构物的接触特性,设计了9种不同含水量和密实度的土样,并对每种土样分别加上50 kPa、100 kPa、200 kPa、400 kPa 4级不同的法向应力,进行改进的直剪试验.试验数据表明:土与混凝土块接触面抗剪强度随土体密实度的增大而增大,随土体含水率的增大而减小;界面粘聚力随土体含水量的增大先增大后迅速减小,在塑性状态含水量附近时达到峰值.     

非水反应高聚物–混凝土界面单调剪切特性及本构模拟

土与结构物的界面力学性质一直都是岩土工程探究的热点,为了探究非水反应高聚物与混凝土的界面剪切特性,本文基于单调直接剪切试验研究了竖向应力、剪切速率对高聚物-混凝土界面抗剪强度和剪切模量等特性的影响。试验结果表明:在给定的竖向应力与剪切速率下,随着剪切位移的增加,高聚物-混凝土界面呈现出剪切软化的现象。剪切速率对抗剪强度以及残余强度有一定的影响,对界面剪切模量值有显著影响,随着剪切速率的增加剪切模量值不断减小,减小幅值明显,然而对高聚物-混凝土界面的粘聚力、残余粘聚力、摩擦角以及残余摩擦角影响较小;竖向应力对高聚物-混凝土界面抗剪强度、残余抗剪强度以及剪切模量值有显著影响,并且高聚物-混凝土界面抗剪强度、残余抗剪强度以及剪切模量值随着竖向应力的增加而不断增加。同时,本文系统的公式推导描述了高聚物-混凝土界面的双曲线本构模型的构建过程,并依据相关实验结果初步验证了模型的有效性。     

土与混凝土接触面反向单剪本构模型

土与混凝土接触面的反向剪切性质是土木工程中一个重要的课题。根据接触面反向单剪试验结果,定量分析了正向剪切历史对不同含水率接触面反向抗剪强度、摩擦角、黏聚力等因素的影响,给出了相关的经验公式。提出了接触面临界正向剪切比的概念。根据改进的应力应变方程,建立了接触面正反向剪切模量公式,其包含了10个土体参数,均可通过接触面试验求得。确定了该公式中各参数的取值方法,推荐了初步的取值范围。进行了不同正向剪切比情况下的接触面剪切应力应变模拟,得到良好的模拟效果。研究成果可供相关的工程设计参考。     

饱和度对砾质土性质影响三轴试验研究

对糯扎渡土石坝心墙砾质土料进行了不同饱和度条件下三轴不固结不排水剪切试验,对非饱和砾质土的应力应变及强度特性进行了研究。结果表明,相同围压下,试样的变形模量随着含水率增大而逐渐减小;试样的强度随着含水率的增加而减小;试样的粘聚力和内摩擦角均随含水率增加而线性减小,且粘聚力比内摩擦角减小幅度较明显。     

季节冻土区黄土抗剪强度变化特征及其影响因素

黄土作为一种特殊的土质,其力学特性极易受水热效应的影响。为研究温度、压实度、含水率等因素对季节冻土区黄土抗剪强度的影响,以中国西部典型的兰州黄土为研究对象,通过低温三轴试验,探讨温度、压实度、含水率的变化对冻结兰州黄土抗剪强度的影响。结果表明：冻结兰州黄土的黏聚力及内摩擦角随着温度的降低呈升高趋势,其中,黏聚力受温度的影响较大,而内摩擦角受温度的影响相对较小;冻结兰州黄土的黏聚力及内摩擦角随着土体压实度的增加而增大;对于含水率,由于土体中冰晶以及未冻水会使土骨架自身强度以及土颗粒与冰之间的胶结力发生变化,以土体最优含水率为分界点,分界点两边的冻结兰州黄土抗剪强度呈相反的变化趋势。由此可知温度、压实度及含水率会对冻结兰州黄土的抗剪强度产生较大的影响,在有黄土覆盖层的季节冻土区工程建设中应充分考虑。     

考虑粗糙度的黏性土-结构接触面力学特性试验

目前土与结构接触面的粗糙度定义未达成统一认识,不利于量化分析粗糙度对结构接触面力学性质的影响。同时,粗糙度对粘性土与结构接触面相互作用影响的研究也有待深入。为此,基于对灌砂法的修正,提出了一种测定土-结构接触面粗糙度的方法。针对试验自制的混凝土试块的半圆凹槽状粗糙表面和其他学者设计的齿形粗糙表面,使用修正后的灌砂法、常规灌砂法和试验常用的峰谷距测定法测定它们的粗糙度,并进行对比。利用大型直剪试验仪对红粘土-混凝土试块接触面进行了直剪试验,定量分析了粗糙度对接触面剪切破坏、变形等的影响,并探讨了粗糙度的影响机理。研究成果表明：针对接触面粗糙度的测定,修正后的灌砂法比常规灌砂法或峰谷距测定法都有效。接触面剪切破坏满足摩尔-库伦剪切破坏准则。粗糙度对接触面摩擦角影响不大。接触面抗剪强度和粘聚力的增长速率随粗糙度的增大而降低。随着粗糙度的增大,接触面粘聚力增大且逐渐趋近红粘土的粘聚力,此时剪切破坏可能发生在接触面上或接触面附近土体内。随着法向应力的增大,临界粗糙度减小且粗糙度对接触面抗剪强度的影响降低。粗糙度较小时,接触面剪切破坏后出现较为明显的应力跌落现象。     

粉煤灰改良膨胀土抗剪强度室内试验研究

以宜昌市某公路沿线的膨胀土为原材料,采用宜昌热电厂产生的粉煤灰为外掺剂,在室内进行直接剪切试验,观察不同掺灰量对改良膨胀土的抗剪强度指标的影响规律.研究结果表明,掺粉煤灰改良膨胀土能提高膨胀土的抗剪强度,掺入粉煤灰之后,内摩擦角增大,黏聚力降低.掺粉煤灰改良膨胀土提高膨胀土的抗剪强度主要靠提高内摩擦角来实现.随着掺入粉煤灰量的增加,改良膨胀土的内摩擦角先增大后减小,当掺灰量达14％时,内摩擦角达到最大值.随着掺人粉煤灰量的增加,改良膨胀土的黏聚力逐渐降低,降低的趋势先快后慢.随着掺入粉煤灰量的增加,改良膨胀土的抗剪强度先增大后减小,当掺灰量达到14％时,抗剪强度达到最大值.结论为：掺灰量达14％时,改良效果最好.     

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0.4 mm/min增加至5.0 mm/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0.81~5.93 kPa之间。     

石墨烯改性粘土的剪切强度特性研究

为了研究石墨烯改性粘土的强度特性,将石墨烯均匀地掺入土中,在控制干密度条件下,进行直剪试验,并用扫描电镜(SEM)对样品的剪切面结构进行了观察。将石墨烯按干土质量百分比分别为0%、1%、2%、3%和4%的掺量分别掺入到含水率为14%、16%、18%的素土中进行试验,结果表明,石墨烯能有效提高粘土的破坏强度,且在本试验中未发现最佳掺量。粘聚力随着掺量的增加而增大,随含水率的增长而减小,但内摩擦角基本不变。借助SEM从微观上对石墨烯改性作用机理进行分析,石墨烯的掺入可以填充土中孔隙,提升土颗粒间的摩擦力,从而增强土体的抗剪强度。