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%。     

压实度对红层泥岩土中土工格栅拉拔性能影响的试验研究

通过室内拉拔试验,研究压实度对土工格栅与红层泥岩界面拉拔性状的影响,试验结果表明,土工格栅在红层泥岩中主要表现为拔出破坏。随着压实度的增大,在一定程度上提高筋土界面的峰值剪应力;在压实度一定的情况下,随着竖向应力的增加,筋土界面剪应力峰值增大,其对应的剪切位移减小。由于土与土工格栅接触面的剪胀造成该类接触面的界面剪应力峰值与竖向应力不再是线性关系。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

基于大型直剪的砂土及其筋土界面剪胀性研究

采用大型直剪仪,对三向土工格栅加筋北京地区砂土的界面剪胀特性进行了试验研究,通过大型直剪试验模拟砂土加筋时的剪切作用过程,得出了以下结论:1砂土在剪切过程中都是由短暂的剪缩效应发展为稳定的剪胀效应;2在低含水率时砂土的剪胀效应较明显,随着含水率的增加,剪胀效应有一个先降低后升高的过程,当含水率增大到12%且竖向应力为215~323k Pa时,砂土的剪胀效应会超过含水率为2.5%时的剪胀效应;3当竖向压力小,砂土较为松散时,砂土基本没有剪胀效应,但是随着竖向压力的增大,砂土的剪胀效应经历从无到有并且是先升高后降低的过程。当竖向应力在215~323k Pa时剪胀效应最显著;4格栅加筋可以降低砂土的剪胀效应,并且压力越大降低效果越明显。     

土工格栅拉拔特性及加筋土剪胀性试验研究

土工格栅通过筋土界面相互作用能起到很好的加筋效果,在许多工程中得到了广泛运用。拉拔试验是研究筋土界面相互作用的重要手段之一。通过室内拉拔试验,对竖向荷载、填料密实度以及试验类型对格栅拉拔力的影响规律开展研究,试验结果表明:在高密实度的填料中,随着筋-土界面位移的发展,填料的剪胀现象越明显;填料密实度小,竖向压力大时,剪胀趋势不明显;填料密实度越大,土体剪胀趋势越明显;土体的密实度将直接影响到格栅的加筋效果;对于土体的剪胀,存在一临界点,当格栅拉拔位移大于此临界点时,土体的剪胀趋势将显著发生。     

砂土剪胀剪缩特性及其对抗剪强度的影响

为了研究饱和砂土的剪胀剪缩特性及其对抗剪强度的影响,选取滹沱河细砂,利用空心圆柱扭剪仪较系统地开展了一系列不同初始密度、不同固结压力条件下的排水与不排水纯扭剪试验研究,在总应力保持不变的情况下研究了砂土的剪胀剪缩特性,着重探讨了在排水与不排水试验中,不同密度和不同有效围压的砂土在单调剪切荷载作用下的应力-应变关系、硬化与软化、土体的剪胀剪缩以及强度等特性。结果表明:砂土密度和固结压力对砂土剪胀剪缩特性具有显著的影响;砂土的剪胀剪缩特性对砂土的排水、不排水强度以及应力-应变关系产生显著的影响;由于剪胀剪缩特性的影响,砂土的不排水抗剪强度甚至可能高于排水抗剪强度;研究成果可为今后砂土的本构模型和数值模拟提供试验资料。     

加筋红砂岩风化土强度和变形特性

红砂岩风化土是湖南公路路堤工程中应用较多的填筑材料,采用直剪试验研究了不同压实度的红砂岩风化土的强度和变形特性,以及加筋对其工程性质的影响。试验表明,随压实度增大,红砂岩风化土的峰值抗剪强度明显提高,但主要由粘聚力的增大引起,随剪切位移增大,粘聚力减小,抗剪强度大幅度降低,其应力–应变曲线呈现随应变软化型。加筋提高了红砂岩风化土的峰值抗剪强度和残余强度,更重要的是明显减小了峰值后强度的降低幅度,且达到峰值抗剪强度的剪切位移增大,峰值区域增宽,土体延性提高,改善了红砂岩风化土的强度和变形特性;对于不同的加筋层数和不同的筋材模量,以及在不同的压实度和试验竖向压力下,加筋对红砂岩风化土的强度和变形特性的改变不同;根据试验结果,还对红砂岩风化土的工程性质以及加筋的抗剪作用机理进行了初步探讨,阐述了加筋材料在土的应力–应变关系中的主要功能和作用。     

基于直剪试验的金坛盐岩力学特性研究

 采用RMT–150C试验机对江苏金坛拟建储气库埋深段盐岩试样进行一系列直剪试验研究。将盐岩作为多晶聚合体考虑,深入分析试验过程中的剪切应力、剪切变形、剪胀以及破坏特性。试验结果表明：盐岩剪切破坏是一种延性破坏,盐岩剪切峰值对应的剪切位移一般为4～6 mm,个别试样可达7～8 mm,且整个剪切应力–剪切位移曲线都较平缓,剪切峰值不明显,这主要是由于局部位错交替导致的;得到盐岩抗剪强度参数c,? 值分别为3.16 MPa,44.7°;发现残余强度基本上与法向应力呈正比例关系,且残余应力较大,约为峰值应力的50%～80%,表明盐岩摩擦承载能力较强;盐岩剪胀终止发生在峰值应力之后、残余应力之前,且在较大法向应力作用下剪胀起始应力与剪胀终止应力接近;盐岩的剪切破坏位置不是一个面,而是一个破碎带,破碎带上下一定范围内有不同程度损伤;表面局部有明显擦痕,类似于摩擦学的“犁沟效应”,有利于提高其抗剪能力。试验研究成果对深入理解金坛盐岩破坏机制及地下盐岩储气库稳定性研究具有一定的参考价值。     

垃圾填埋场土工合成材料界面摩擦特性的拉拔试验研究

土工合成材料与填料的界面特性是决定垃圾填埋场中衬垫系统与土工合成材料受力特性的重要因素。选择3种不同种类的土工合成材料,用砂土和黏土为填料,通过拉拔试验研究土工合成材料的界面特性。试验结果表明:界面的峰值剪切强度与峰值位移随着法向应力的增加而增加;土工合成材料与黏土之间的摩擦角较大;填料为砂土时,无纺布与填料间的摩擦角最大,EPDM次之,HDPE最小;当HDPE上下都铺无纺布时,界面的摩擦系数最小。     

砂土与混凝土接触面力学特性大型单剪试验研究

利用研制的大型单剪仪,进行砂土与混凝土接触面单剪试验研究,研究单一粒径的砂土对混凝土接触面物理力学性质的影响。从试验结果分析得到,不同单一粒径砂土的接触面厚度和试样破坏时的剪切位移。试验表明:抗剪强度与法向应力呈较好的线性关系;在接触面法向应力压力较低时,剪切应力-位移关系曲线呈应变软化型;随着接触面法向应力的增高,剪切应力-位移关系曲线呈应变硬化型的趋势越明显,此时,不同单一粒径的砂土与混凝土界面剪应力-位移曲线可看成由一条曲线与一条平直线组成。接触面法向应力越低剪胀越明显;随着接触面法向应力的增大,剪胀性减弱,试样发生剪胀时的剪应力也逐渐增大。     

随机形貌岩石节理剪切数值模拟和非线性剪胀模型

 采用满足正态分布的随机函数,构造岩石节理剖面的形貌,为研究受剪岩石节理的细观剪切特性和宏观剪胀效应提供研究基础。利用UDEC软件,基于CY微段节理模型,开发随机形貌岩石节理直剪特性的数值分析程序,采用CY微段节理模型的细观剪切力学参数,探讨微段节理的细观剪切特性和岩石节理的宏观剪切响应,提出节理抗剪强度参数与节理面粗糙度系数JRC之间的拟合关系。得到如下结论：JRC越大,岩石节理的宏观剪切峰值强度和剪胀角随之增大,而峰值剪切位移与JRC成反变化关系;随着法向应力的增加,节理的剪胀效应逐渐减弱;这些数值结论得到模型实验的充分验证。微段节理的细观切向爬坡和剪胀效应是岩石节理产生宏观剪胀的细观力学机制。通过对随机形貌岩石节理的宏观剪胀数值曲线性态进行分析,提出能考虑节理粗糙度JRC和法向应力影响的非线性剪胀本构模型,该模型较好描述了受剪岩石节理的剪缩段和剪胀段。     

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。     

基于梯度塑性理论的岩样单轴压缩扩容分析

采用梯度塑性理论，对岩样剪应变局部化引起的扩容进行了理论分析。假设岩石的剪切本构关系为弹性-应变软化双线性，局部化启动于应力峰值强度，利用局部塑性剪应变与局部塑性体积应变的线性关系，得到了局部塑性体积应变、局部塑性体积增量及剪胀引起的剪切带总塑性体积增量的解析式，这体现了该理论在研究剪胀问题时的优越性。另外，还得到了弹性阶段及应变软化阶段的轴向应力-体积应变曲线的理论关系。塑性体积应变是专指由剪切带剪胀而引起的，因而，轴向应力．体积应变不具有尺寸效应，与局部化带的尺寸无关，但扩容角、剪切降模量及泊松比却对该曲线有重要影响。在弹性阶段及应变软化阶段轴向应力-体积应变均呈线性。在相同的应力水平下，扩容角越大则剪胀程度越大；剪切降模量越大，剪胀程度越小。在应变软化阶段，泊松比不影响塑性体积应变。     

吸力对非饱和膨胀土抗剪强度及剪胀特性的影响

利用非饱和土直剪仪进行原状样和压实样的控制吸力直剪试验以研究吸力对非饱和膨胀土抗剪强度和剪胀性状的影响。试验结果表明:该膨胀土原状样和压实样的剪胀势随着吸力增加而增大。吸力对该膨胀土抗剪强度的贡献可归结于两种不同的机理:①吸力使得土体中粒间有效应力增加;②吸力对土体剪胀势的贡献。由于吸力对土体剪胀势的贡献,吸力对该膨胀土峰值强度的贡献大于其对峰后软化强度的贡献。当吸力相同时,原状样的峰值强度和剪胀势均高于压实样,这与原状样中铁锰结核的胶结作用有关。吸力对该膨胀土抗剪强度的贡献高于压实高岭土。