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。     

土与混凝土接触面特性的大型单剪试验研究及数值模拟

利用研制的大型单剪仪,对细粒土进行了土-混凝土接触面单剪试验研究.从试验结果分析得到剪切破坏带及其厚度.针对土体在剪切带内既有沿界面的错动滑移薄变形,又有自身剪切变形的双重变形机制,提出了接触面剪切滑移薄层单元及其本构关系,并给出其参数的确定方法.通过有限元数值模拟,证明了所提出接触面单元和本构关系的合理性.     

粗粒土与混凝土接触面特性单剪试验研究

采用大型单剪仪进行粗粒土与混凝土接触面在膨润土以及混合土(膨润土中掺入水泥)泥皮条件下的剪切试验。通过对不同水泥浆含量的混合土泥皮接触面进行试验,揭示不同泥皮条件下接触面的力学特性。结果表明,与无泥皮或膨润土泥皮时不同,存在混合土泥皮时,剪应力与剪应变关系曲线存在明显软化段,峰值强度的位置与水泥含量以及法向应力大小有关。水泥含量越大其相应的强度越大,水泥含量由10%提高到40%时,其相应的内摩擦角提高约3.2倍,水泥含量为40%时,其强度达到无泥皮时的84%。剪切破坏时,在同一高度处,法向应力越大,切向位移也越大;同样的法向应力及高度处,切向位移随水泥含量的提高而增大。无泥皮、低法向应力下,试样出现明显的剪胀现象,而泥皮条件下试样均表现为剪缩。试样的有效高度对粗粒料的强度及变形有一定的影响,最大粒径为20mm时,高度分别为100与30mm的试样相比,其内摩擦角及水平位移偏差分别为3%和6%左右。与最大粒径为60mm试样相比,最大粒径20mm试样的内摩擦角要小1.9°,减幅4.8%。     

隔震用碎石与混凝土接触面之抗滑试验研究

碎石垫层作为村镇低矮建筑基础下滑移隔震材料有着较大研究意义。为了研究单一粒径碎石与混凝土板间的摩擦滑移情况,采用自制大型单剪仪,在室内进行了不同竖向荷载下混凝土板与不同单一粒径碎石材料的水平抗滑试验。结果表明,不同粒径碎石与混凝土板摩擦呈现统一规律,即摩擦力先是逐渐增大,达到一定程度后趋于稳定。随着竖向荷载的增加,各粒径与混凝土板的摩擦力也逐渐增大,摩擦系数存在一个范围值,中八粒摩擦系数最小,小八粒最大,摩擦滑动效果也较稳定,适合作为碎石垫层材料性能的参考对象。     

粉质黏土–混凝土接触面特性单剪试验研究

 利用改进的循环单剪试验系统进行粉质黏土–混凝土接触面剪切性能试验。混凝土表面粗糙度分为光滑、一般和粗糙3种状态,法向压力为5～200 kPa,土样厚度分为10,20 mm两种情况,主要考查接触面粗糙度、法向压力以及试验选取的土样厚度对接触面剪切性能的影响规律。试验结果表明：接触面主要表现出2种破坏模式,一种是接触面附近土体自身剪切破坏,另一种是接触面滑移破坏,接触面的强度即为这2种破坏强度的下限,接触面加载路径最终达到哪一段强度曲线决定接触面的应力–应变特性;接触面粗糙度和法向压力越大,越趋向于土体自身剪切破坏;土样厚度对试验测得的接触面应力–应变曲线存在影响,但这种影响随着接触面粗糙度和法向压力的增大而减小。     

砾石垫层-混凝土接触面力学特性单剪试验研究

混凝土面板坝的安全与面板的受力状态密切相关。混凝土面板与砾石垫层料的特性有较大差异,两者之间接触面的力学特性,对于面板的应力与变形具有重要影响。结合国内在建的水布垭高面板堆石坝的设计科研需要,研制了一大型叠环式单剪仪,对面板与砾石垫层间接触面的力学特性进行了试验研究。为了对接触面的不同处理方式的效果进行对比,为设计方案的选择提供依据,分别进行了混凝土面无保护、砂浆保护和乳化沥青保护三种接触面的剪切试验。     

粒径对剪胀特性的影响及其细观机理探讨

剪胀是由剪切变形导致的真正的剪胀,从砂土变形细观机理出发,建立了一个仅考虑剪切变形影响的简化模型,分析了粒径对孔隙比和体积应变的影响,发现在经历相同的从＂疏松＂到＂紧密＂的过程时,粒径并不改变孔隙比变化值和体积应变值的大小;并通过PFC2D双轴实验,对不同粒径的土样进行了数值模拟,从实验得出的体积应变曲线和孔隙比变化曲线可推出粒径对剪胀影响无关的结论。     

砂砾石垫层料与混凝土面板接触面特性的大型单剪试验研究

采用自主研制的低摩阻叠环式双向静动剪切试验机,考虑面板与垫层间喷涂和不喷涂乳化沥青两种情况,进行混凝土面板与砂砾石垫层料之间的大型剪切试验,研究混凝土面板与垫层料接触面的力学特性,基于Clough和Duncan非线性弹性本构模型整理出接触面模型参数,并探讨了乳化沥青在接触面剪切变形中的作用机制。研究表明:①不喷涂乳化沥青时,接触面应力随着剪切位移的增加逐渐变大,接触面剪应力与位移呈现出很好的双曲线关系。喷涂乳化沥青时,接触面剪应力与剪切位移在峰值强度前呈现出很好的双曲线关系,在峰值强度后,呈现出一定的应变软化特性,法向应力越低,表现越为明显;②两种情况下,随剪切位移的增加,上盒土体变形逐渐发展,并由上到下逐渐增加,最大的相对错动位移均发生在混凝土面板与垫层之间的接触面处,表明接触面的抗剪强度小于砂砾石垫层的抗剪强度;③法向应力对叠环的剪切位移有较大影响,法向应力越大,同一高度处叠环的剪切位移越大;在相同的剪切位移和法向应力作用下,喷涂乳化沥青时叠环水平位移均小于不喷涂时叠环水平位移;④乳化沥青对接触面的力学参数有很大的影响,采用Clough和Duncan非线性弹性本构模型拟合时,与不喷涂乳化沥青时相比,喷涂乳化沥青的接触面其劲度系数、指数及强度指标均有大幅度降低,剪切过程中乳化沥青形成了完整的过渡层来隔离砂砾石垫层料和混凝土面板的直接接触,并起到很好的阻隔–润滑效果。     

土与结构物接触面的剪胀、剪缩特性及其描述

通过对土与结构物接触面力学特性的分析,总结出4种基本的接触面应力-应变曲线形式。提出一个新的剪胀方程及其对应的剪胀函数,对接触面的剪胀特性进行描述。与一般土的剪胀方程相比,新剪胀方程显得更为合理。     

红砂岩粗粒土剪胀效应大型三轴试验研究

 采用大型三轴试验仪,进行不同应力状态下的红砂岩粗粒土三轴试验,研究粗粒土在不同应力状态下的剪胀性和剪胀趋势影响因素。试验研究表明围压对粗粒土的剪胀性具有明显影响,在不同围压状态下,红砂岩粗粒土整体表现为高压剪缩低压剪胀,并且低围压下表现出先剪胀后剪缩趋势。当围压＜200 kPa时,体积增量比dev/de1为负值,土样表现为剪胀趋势;当围压＞400 kPa时,体积增量比dev/de1在整个剪切过程中为正值,土样表现为剪缩趋势。粗粒土剪胀趋势还随着轴向总应变发展而改变,开始时剪胀明显,随着轴向应变增加剪胀趋势缓减。粗粒土Rowe模型剪胀参数K值离散性较大,充分反映粗粒土剪切过程中粗、细颗粒间变形不协调性,并且随着总应变值e1的增加,K值离散性减小。本试验结果认为红砂岩粗粒土的Rowe剪胀模型参数K = 20～25。     

温度效应下黏土-混凝土桩界面直剪试验研究

近年来,地热能源桩的应用越来越广,但在温度效应对桩土接触面力学特性的研究试验较少。文中介绍了一种能考虑温度效应的大型桩土接触面直剪仪,并对在温度、外荷载耦合作用下的黏土-混凝土接触面力学特性进行了直剪试验研究。试验研究表明,在升温时,黏土内部会形成固定的温度梯度,黏土层中的水分会随着该温度梯度的方向进行运移,并且随着法向压力的提升运移效果减弱。随着温度的升高,黏土-混凝土接触面抗剪强度下降,并随着法向压力的增大,抗剪强度下降的幅度降低,温度效应主要通过影响接触面的粘聚力,对摩擦角的影响较小。将干砂-混凝土接触面剪切应力-位移曲线分为"线性段"、"极限段"和"稳定段"。同一法向压力作用下,温度升高时,"线性段"界面剪切应力增速变慢,"极限段"界面剪切应力值变小,"稳定段"界面剪切应力受影响不大。界面升高相同温度梯度时,法向压力大小对最大剪切应力降低值影响相对较小。     

动剪模量和阻尼比的循环单剪试验研究

使用循环单剪系统,在100kPa、200kPa、300kPa三种固结压力下,通过分级施加动剪应变对一粉质粘土进行了原状土样的动力试验。研究了应变、固结压力对动剪模量和阻尼比的影响,并得到了该粉质粘土的最大动剪模量Gdmax和G/Gdmax-γd、D/Ddmax-γd曲线。本文的试验方法和数据分析对使用循环单剪试验研究土的动力特性有较好的参考作用。     

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°。     

土与混凝土接触面大型直剪试验方法研究

土与结构接触面直剪试验是研究接触面力学特性的有效途径,在常规直剪仪的基础上改进了混凝土制备方法,即分别制作混凝土垫块和面块,预埋吊装钢筋,并以三峡库区碎石土为研究对象,开展了一系列不同法向应力和不同初始含水率条件下的碎石土与混凝土室内大型直剪试验,得到了其接触面力学特性的变化规律,试验结果表明该试验方法方便可行,可为土与结构相互作用大型直剪试验研究提供一定的参考。     

粗粒土与结构接触面静动力学特性的大型单剪试验研究

运用80t大型三维接触面试验机,对单剪条件下粗粒土与钢板接触面静动力学规律进行了研究。随单调剪切的进行,接触面土体变形由靠近结构面区域逐渐向远处传递和发展,并集中于剪切区域内,接触面厚度约为（6D₅₀~7D₅₀;接触面达到强度时对应的滑动位移约为0.5D₅₀,之后滑动位移发展变快,破坏发生在接触界面处;法向应力对接触面厚度、土体变形沿试样深度分布形式影响较小,主要影响土体变形大小。循环剪切时接触面厚度未继续扩展;土体变形及变形位移幅值随循环剪切逐渐减小,并向初始剪切方向偏移,出现了异向性;接触面在不断剪切硬化,主要由结构面附近土体硬化所致;接触面强度是否达到主要取决于滑动位移,并在达到后逐渐减小,减小程度达16%,且正反向剪切时强度呈现异向性;接触面剪切体变、切向应力与3种位移（切向位移、变形位移、滑动位移）的关系稍有差别。     

带U型箍的FRP板-混凝土搭接接头单剪试验研究

大量既有基础设施由于材料性能退化、超负荷使用等原因性能退化,不能满足使用需求,因此需要进行加固、修复和改造。纤维增强复合材料(Fiber Reinforced Polymer/Plastic,简称FRP)是一种新型高性能材料,具有高强、轻质、耐腐及施工便捷等优越的性能,已广泛应用于工程结构的加固。将FRP板粘贴于钢筋混凝土梁/板等受弯构件,提升其抗弯承载能力,是钢筋混凝土结构主流的受弯加固技术之一。FRP加固钢筋混凝土梁/板的极限承载能力通常由中部剥离破坏或混凝土保护层剥离破坏控制,剥离破坏发生时FRP的最大应变仅为其极限抗拉应变的20%～40%,未能有效地利用FRP抗拉强度。FRP-混凝土搭接接头单剪试验常用于研究FRP-混凝土的粘结性能,采用该类试验研究带U型箍的FRP-混凝土的粘结性能,研究U型锚对粘结性能的提升,从而有助于提升配置U型箍的FRP加固钢筋混凝土受弯构件的力学行为。试验包含了6个试件,重点研究U型箍角度的影响。试验结果表明:锐角(如35°和45°)能够显著地提升FRP-混凝土界面粘结性能。     

海积软粘土的单剪试验研究

开展了天津新港海积软粘土的一系列基于应变控制的单剪试验,研究了动剪切的频率、土样超固结比和剪切应变幅值对该土的等效动剪切模量影响,以及等效动剪切模量和阻尼比与动荷载作用时间的变化关系。试验结果表明:剪切频率越高或者土样的固结比越大,相同应变幅值对应的应力幅值和等效剪切模量越大,但是存在一个动荷载频率的阈值,低于此阈值,荷载频率对等效剪切模量的影响可以忽略;等效剪切模量随着循环振次增加而衰减,这种衰化主要发生在循环的初始阶段,超过一定的循环周次后,振动周次的影响逐渐减小;阻尼比受循环振次的影响较小。     

筋土接触面直剪试验研究

为研究筋材与砂土接触面剪切特性,在改造的直剪仪上进行了筋材与砂土界面的直剪试验。结果表明:筋土接触面摩擦关系曲线符合摩尔-库仑强度准则。在本次试验的含水率范围内,筋土接触面的粘聚力随着含水率的增加而增加,摩擦角随着含水率的增加而减小。含水率为4%,筋土接触面的粘聚力和摩擦角随着砂土干密度的增大而增大。