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。     

粗糙度对冻土-结构接触面剪切特性的影响研究

随着西部大开发和振兴东北战略进一步深化,各种寒区工程得以大规模修建。为了保证建、构筑物的寿命,使其在服役期内能够保持正常的工作状态,要求冻土和结构物具有良好的冻结强度和稳定性,冻土-结构接触面特性是冻土力学特性最直接的反映,而接触面粗糙度是影响这一特性的重要因素。因此主要从粗糙度出发,根据国内外现有冻土-结构接触面剪切试验研究成果,从粗糙度的评定、粗糙度对力学特性的影响及其微观机理等方面进行了系统的分析;最后基于Gompertz模型构建了可考虑粗糙度影响的接触面剪应力-剪切位移本构模型,验证表明,该模型能够较好地描述接触面的剪应力-剪切位移发展规律。     

基于非饱和黏性土桩土界面剪切特性试验研究

通过自制的大型恒刚度直剪仪对非饱和黏性土进行桩土界面剪切试验,探讨了非饱和黏性土桩土界面剪切特性及受黏性土饱和度的影响规律。试验和研究结果表明:在分析了非饱和黏性土桩土界面土压力和孔隙水压力的变化规律后,得到桩土界面剪应力峰值和剪切破坏位移随黏性土饱和度的增大而降低的结论,同时还受界面粗糙度和法向应力的影响,界面粗糙度和法向应力越大,桩土界面剪应力峰值和剪切破坏位移越大,在法向应力不同时最大剪切破坏位移相差9.81~12.23 mm;桩土界面黏聚力在饱和度80%~90%时最大,摩擦角随着饱和度的增大呈衰减趋势,因此在桩基设计中需要考虑黏性土饱和度对桩土界面抗剪强度参数的影响,否则会使设计结果过于安全。     

土与混凝土接触面的动力剪切特性

<正>一、前言 土工结构物的接触面性质对结构物的变形和稳定有着重大影响。目前接触面的强度特性已有较多的试验资料,并已用于结构的稳定分析之中,而对接触面变形特性的研究则很不够。在动力分析中,接触面的处理大多采用两种材料变形完全协调的假定,主要原因之一就是缺少接触面的动力特性资料。Desai等曾用多向周期剪力仪(CYMDOF)进行了接触面的动力试验,建立了接触面的本构模型--修正的Ramberg-Osgood模型,并在试验基础上提出了用于数值计算的模拟接触面的薄层单元。但由于已有的工作所用的试验装置大多是直剪     

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。     

粗糙度对接触面处土石混合体剪切特性的影响

对于土与结构接触面相互作用的研究基本上是对于一般粘土或者砂土,而对于土石混合体结构接触面的相互作用研究较少。利用德国研制的ADS-500/HL-200大型直剪试验仪探究接触面粗糙度对土石混合体与结构接触面力学特性的影响以及在特定粗糙度下,通过下移结构面法探究剪切带的特性。试验结果表明:随着接触面粗糙度的增大,接触面的内摩擦角略有增大,粘聚力不断增大;在不同的粗糙度下,法向压力从200 kPa增加到600 kPa,剪切过程中的竖向位移逐渐减小,但当法向压力从600 kPa增大到800 kPa时,土石混合体在剪切过程中的竖向位移增大;在法向压力为200 kPa、400 kPa、600 kPa时,土石混合体的剪切带厚度为L₁cm(6 cm≤L₁≤8 cm),在法向压力为800 kPa下,土石混合体的剪切带厚度为L₂ cm(4 cm≤L₂≤6 cm)。     

含水率对桩-土界面剪切特性影响的试验研究

摩擦桩的承载性能决定于桩-土界面之间的剪切特性。为了研究含水率与土质条件等因素对摩擦桩侧摩阻力的影响,设计了摩擦桩的桩-土接触面剪切特性试验装置,进行了粉质黏土、粉土和细砂三种桩周土与三种含水率共9组室内试验。结果表明:摩擦桩的侧摩阻力随着桩的沉降均呈双曲线规律,其初始剪切刚度系数与达到极限摩阻力的沉降量临界值决定于土的类别和含水率大小,细砂的初始剪切刚度略高于相同压实系数的粉质黏土和细砂;而粉质黏土的极限侧摩阻力高于相同压实系数的粉土和细砂;含水率变化对粉土和细砂的极限摩阻力改变显著,而对粉质黏土的极限摩阻力变化相对不敏感,且极限摩阻力最大值均在最优含水率时发生。     

温度对饱和黏性土剪切特性影响的试验研究

采用温控三轴仪,考虑不同的温度–应力路径,对两种正常固结的饱和黏性土进行了固结不排水和固结排水剪切试验,研究了温度变化对土体强度、应力应变关系、孔压响应和流动法则等的影响。结果表明,温度效应的强弱与土的类别有关,温度变化对粉质黏土的剪切特性基本没有影响,但对黏土的影响不容忽视。随着温度的增加,黏土的不排水和排水峰值强度有明显的提高,临界摩擦角基本保持不变。不同温度下黏土不排水剪切过程中均产生正的超孔压,排水剪切中土体体积均持续减小,表明高温下偏应力偏应变曲线出现软化的原因与强超固结土的剪胀机理有区别。黏土剪切特性的变化程度与温度–应力路径相关,先升温后固结试样的不排水强度比固结后升温试样的低。温度循环一周后,黏土的不排水强度较室温下有明显提高。     

粗糙度对CFRP 混凝土界面剪切黏结性能的影响

针对3种强度、6种界面粗糙度的54块混凝土试件,采用单向剪切试验,研究了表面粗糙度对碳纤维增强复合材料(CFRP)-混凝土梁界面黏结性能的影响.结果表明:6种界面中,粗糙度为0.44的混凝土试件界面黏结性能最佳,CFRP-混凝土的极限荷载和黏结强度较粗糙度为0.25的试件分别提高36%~51%,124%~221%;粗糙度对混凝土界面有效黏结长度影响较大,与现有模型中的有效黏结长度计算值相比,考虑粗糙度和黏结树脂后的有效黏结长度最高可提高273%;6种界面的有效黏结长度随粗糙度的提高,总体呈现减小趋势;粗糙度为0.25~0.44的混凝土界面τ-s曲线在脆性区域上的刚度相差无几,界面越粗糙,脆性区间越短;进入塑性阶段后,6种界面的CFRP-混凝土梁黏结滑移曲线均以不同斜率下降,最终以0.04~0.35mm的滑移值剥离破坏.     

土与不同桩侧表面粗糙度接触面剪切试验研究

利用同济大学研制的大型多功能界面剪切仪,对上海地区黏性土与具有不同表面粗糙度混凝土接触面之间相互作用及力学特性进行了试验研究,由此模拟钻孔灌注桩桩侧不同粗糙度条件下侧摩阻力的发挥情况。通过试验研究,得到了接触面相互作用时切向位移与剪切应力之间的关系及其相关参数,发现粗糙度对于接触面上的力学特性有着重要的影响。     

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。     

砂土-混凝土界面剪切特性实验研究

对于桩基础,侧摩阻力的发挥对其承载性能的发挥有重大影响,研究土与混凝土接触面的剪切特性的影响因素具有重要意义。采用直剪仪开展了砂土-混凝土界面的剪切试验,以表征砂土-混凝土界面在不同含水率及法向应力条件下的界面剪切特性。结果表明：砂土-混凝土接触面剪切位移曲线符合对数-双曲线模型,在法向应力较大时接触面剪切位移曲线呈硬化型;界面剪切破坏符合Mohr-Coulomb破坏准则;接触面的抗剪强度及摩擦角均随土体含水率的提高而降低。     

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。     

升降温作用对黏性土剪切特性影响的试验研究

采用温控三轴仪,对升降温作用后的正常固结饱和黏土进行了固结不排水剪切试验,研究了升降温作用对土体强度、有效应力路径、超孔压等的影响。结果表明,在100,200,400 kPa固结围压下,土样在升降温作用后呈现出类似超固结土的特性,固结不排水剪切强度分别提高了25.8%,22.1%,14.8%。强度的变化主要表现为黏聚力的提高,临界摩擦角基本保持不变。对比室温下不同超固结比（OCR）土样的固结不排水剪切试验结果,发现升降温作用后土样的峰值强度与OCR=1.5的土样相近,但升降温作用过程中产生的塑性体积应变增量远小于力学加-卸载所产生的,表明升降温作用对土体的硬化作用与超固结土的体积硬化机理有所区别。     

考虑粗糙度和粒径影响的钢-砂界面剪切特性试验研究

结构表面粗糙度和土颗粒组成大小对界面的摩擦特性有重要影响,揭示不同介质间界面的力学特性对工程建设具有重要意义。利用改进的直剪仪,对钢板与四组不同粒径组砂粒进行界面剪切试验,研究不同砂粒组、粗糙度和法向应力下的钢-砂界面剪切应力-位移关系、粗糙界面剪切面性状、粗糙界面抗剪强度构成。结果表明:界面峰值剪切应力随法向应力、砂粒组和粗糙度的增大而增加;光面钢板与砂粒在接触表面形成光滑的剪切面,刻纹路部位钢板与砂粒间的剪切面随纹路宽度与粒径的大小而有所不同;粒组粒径不大于刻纹宽度时,在砂-砂间形成剪切面;粒组粒径介于刻纹宽度1~2倍时,可能在砂-砂间形成曲形剪切面,也可能在钢-砂接触部分形成剪切面,粒径远大于刻纹宽度的,形成水平间断剪切面;刻有纹路的抗剪强度由未刻纹路区域与纹路区域提供;界面摩擦角随粒径和粗糙度增大而增加,大致在22°~30°。     

填土中锚固体–土接触面剪切特性研究

自行研发了一种锚固体–土接触面剪切装置,该装置能够充分考虑锚杆的实际形状特征和剪切方向,并具有能够保证剪切过程中接触面面积不变等特点,并为研究锚杆锚固体–土剪切特性提供一种新方法。利用该装置,共完成了35个不同条件下的锚固体–土剪切试验,深入研究了法向压力、土样压实度和土样含水率等因素对锚固体–土接触面剪切特性的影响。研究结果表明:压实度相同情况下,土体含水率w大小,对锚杆抗拔力取值具有重要的影响,越接近最优含水率,越有利于接触面剪应力的发挥;土体压实度对接触面剪应力的影响十分明显,压实度越大,接触面剪切参数越大,但始终小于土体的剪切参数。     

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。     

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。     

含盐量对硫酸钠盐渍土–混凝土界面剪切特性的影响研究

为了探究不同地区盐渍土–混凝土界面的强度及变形差异,自制硫酸钠盐渍土与混凝土试样,将盐渍土在不同含盐量、初始干密度及法向应力条件下与混凝土进行一系列单调直剪试验。通过试验研究不同因素对界面抗剪强度的影响,并分析在不同含盐量下界面抗剪强度参数及剪胀性的变化规律。研究结果表明：含盐量对界面抗剪强度起到劣化作用,其劣化程度在土体孔隙溶液处于非饱和状态时随含盐量增大而减弱,而孔隙溶液饱和结晶时,劣化作用增强;盐渍土抑制了初始干密度对界面抗剪强度的增强作用;不同竖向应力下,含盐量为1%～4%的盐渍土对应界面的平均破坏剪应力是素土的0.71,0.75,0.86和0.77倍,界面盐蚀折减系数在0.68～0.88范围内变化;界面黏聚力随着含盐量的增加而增大,内摩擦角表现出与抗剪强度相同的变化趋势,并且界面黏聚力受含盐量影响效果更显著;在较低法向应力和较高含盐量下,界面出现剪胀现象,其余情况均表现为剪缩,剪缩量随法向应力递增,在含盐量为3%时取得最小值。界面剪胀角在含盐量0%～3%范围内随含盐量增加显著提升。此外较高法向应力对界面剪胀角存在抑制作用,并弱化含盐量对剪胀角的影响。     

纤维加筋非饱和黏性土的剪切强度特性

纤维加筋是近些年发展起来的一种土质改良技术,系统掌握纤维加筋土的力学性质对评价纤维加筋土工程的稳定性和进一步推广该技术在工程中的应用具有重要意义。为了了解纤维加筋的剪切强度特性,以非饱和黏性土为研究对象,以聚丙烯纤维为加筋材料,在控制含水率和干密度条件下开展了一系列直剪试验。借助扫描电镜,从微观的角度探讨了纤维的增强机理,并对相关宏观力学性质进行了分析。结果表明：纤维加筋能有效提高土体的抗剪强度,且抗剪强度随纤维掺量的增加而增加;相对于内摩擦角,纤维对黏聚力的增强效果要明显得多;纤维加筋土的抗剪强度随含水率的增加而减小,随干密度的增加而增加;总体上,低含水率和高密实度条件有利于发挥纤维的拉筋效果,提高纤维对强度的贡献。此外,纤维加筋在提高土体峰值剪切强度的同时,还能增加土体破坏时对应的应变及破坏后的残余强度,改善土体的破坏韧性。由扫描电镜分析可知,单根纤维一维拉筋作用和纤维网三维拉筋作用是纤维加筋土的主要增强机理,增强效果则取决于纤维-土界面力大小;剪切面上的纤维在剪切过程中呈现拔出和拉断两种失效模式。