能量桩桩-土接触面力学特性室内试验研究

基于地源热泵桩埋管形式的能量桩技术逐渐在工程中得到推广应用;但是,针对冷热交换影响下能量桩的承载力特性研究相对较少,尤其针对能量桩-土接触面的摩擦力学特性研究相对更少。基于室内土工试验和南京地区3种具有代表性的典型土样,针对能量桩-黏土、能量桩-粉土和能量桩-砂土接触面的摩擦力学特性进行室内土工直剪试验;着重分析不同桩体温度和桩周土体含水率等情况下能量桩-土接触面力学特性。研究结果表明,相同含水率情况下,能量桩-黏土接触面的温度效应最明显、能量桩-粉土接触面的温度效应次之、能量桩-砂土接触面的温度效应最小;相同桩体温度情况下,桩周土体含水率的大小对能量桩-黏土接触面力学特性的影响最明显、对能量桩-砂土接触面力学特性的影响最小;相关研究成果为能量桩承载力的设计与计算提供一定的参考依据。     

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。     

注浆成型螺纹桩接触面特性试验研究

 为揭示新型注浆成型螺纹桩抗拔承载机制,对桩–土界面开展试验研究。借助自主研制的大型接触面剪切仪,量测普通桩土接触面与不同螺纹间距接触面的剪切应力与相对剪切位移关系,并观察桩土接触的破坏形态。试验研究表明,无螺纹桩–土界面产生平面形态破坏面,而螺纹桩–土界面呈现拱形曲线形态破坏;螺纹加固效应主要是增大桩土间的黏聚力从而提高桩土界面的抗剪强度;桩土界面上的螺纹间距存在某一最优值,可形成最大的拱形破坏面,从而螺纹桩–土界面将发挥最大抗剪强度。     

夯实水泥土桩-土界面摩擦特性试验研究

夯实水泥土桩属于典型摩擦型桩,常用于处理大面积软土。为探究其桩土界面摩擦产生的原因及影响因素,通过一系列直剪试验,模拟了桩-土界面工作性状,探讨了夯实水泥土桩-土界面的接触特性,研究了水泥掺量、土的含水量、法向应力、养护龄期等因素对桩-土接触面摩阻力的影响规律。研究发现存在最优水泥配比,剪切带的影响范围与法向应力和摩擦角有关,龄期通过分阶段影响粘聚力和摩擦角提高接触面抗剪强度,研究结果对工程实践具指导意义。     

桩-珊瑚砂接触面剪切力学特性试验研究

珊瑚砂桩基工程在岛礁建设中备受关注,其赋存环境对桩基承载特性的影响不容小觑。为研究不同环境下桩-珊瑚砂接触面剪切力学特性,采用自主研制的温控桩-土接触面三轴试验仪,对取自南海海域的珊瑚砂进行不同温度、围压和盐度的三轴排水剪切试验。结果表明：桩-珊瑚砂接触面的剪切应力-位移曲线有明显的应变软化特征;温度对桩和珊瑚砂的表面特征影响并不显著,进而对二者接触面的剪切特性影响亦较小;围压与接触面剪切强度呈线性正相关关系,100～300 kPa围压下,由于剪切过程中珊瑚砂颗粒重排列和破碎,接触面内摩擦角减小,残余强度约为峰值强度的70%～80%,在较高围压下剪切强度损失更为显著;相对淡水环境,盐水环境一定程度上会弱化接触面的剪切强度。     

粉质黏土与混凝土结构接触面的力学特性研究

为了研究粉质黏土与混凝土接触面作用的力学特性规律,运用大型直剪仪进行了粉质黏土与混凝土接触面的直剪试验,得到了在不同法向应力(5 kPa、20 kPa、50 kPa、100 kPa、150 kPa)下,土体的不同含水率(12%、14%、16%)对力学特性的影响。结果表明:(1)在同一含水率条件下,桩土接触面的抗剪强度随着法向应力的增大而呈现同幅度增大。(2)在同一法向应力条件下,随着含水率的增加,抗剪强度及初始切线模量呈现下降的趋势。(3)粉质黏土与混凝土接触面抗剪强度满足摩尔-库伦强度准则。     

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。     

竖向受荷桩的桩-土接触面简化模型

将桩-土接触面由一个理想弹塑性的切向弹簧简化为一层薄壁单元,通过理论分析的方法,在Desai薄层单元法的基础上进行改进,考虑桩径与薄壁单元厚度对单元参数的影响,给出一种弹簧切向刚度与薄壁单元剪切刚度的换算式.数值模拟结果表明,该模型在薄壁单元厚度和桩径在一定范围内变化时模拟结果稳定,其竖向位移分布规律与接触面弹簧模拟结...     

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。     

基于桩-土接触面的双排桩边坡支护结构受力性能研究

双排桩支护结构以其抗侧移刚度大、场地适用面广以及施工便捷等优势,近年来被广泛应用于边坡支护。针对永久性边坡的双排桩支护结构,借助岩土有限元计算软件Midas GTS NX,以接触面的形式考虑桩-土相互作用,研究永久性双排桩支护结构的位移及内力情况,确定合理的桩排距以及后排桩桩间距,对比工程监测数据,对双排桩支护结构的安全性、可靠性进行验证,为相关工程提供参考。结果表明,通过建立桩-土接触面,可更符合实际地模拟双排桩的变形形态;桩排距取为桩径的3.5倍左右可较好地发挥双排桩的力学性能及空间效应;后排桩桩间距取为前排桩桩间距的2倍左右可在满足工程安全要求的前提下节约造价;对比数值计算结果与现场监测结果,验证了双排桩数值仿真中建立桩-土接触面的必要性及该双排桩支护方案的合理性。     

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。     

考虑结构性影响的原状软黏土应力–应变特性真三轴试验研究

通过对营口原状软黏土和饱和重塑软黏土的真三轴试验,研究围压和中主应力系数对软黏土强度的影响。基于综合结构势理论,提出真三维应力条件下软黏土的应力比结构性参数,建立引入结构性参数的原状软黏土偏应力–广义剪应变关系式。研究结果表明:当固结围压先期固结压力时,原状软黏土偏应力–广义剪应变曲线形态表现为应变软化,体应变表现为剪缩特性;当固结围压先期固结压力时,其曲线形态表现为应变硬化,体积应变表现为剪胀特性;饱和重塑软黏土的偏应力–应变关系曲线则不受先期固结压力的影响,均表现为应变硬化型。软黏土强度都随着固结围压和中主应力系数的增大而增大。应力比结构性参数m_η随广义剪应变、固结围压和中主应力系数的增大而降低,其与广义剪应变呈显著的对数关系。将拟合得到的应力比结构性参数m_η引入到原状软黏土的q-ε_s曲线中,得到q/m_η-ε_s关系曲线,进而建立引入结构性参数的原状软黏土偏应力–广义剪应变关系式,其与试验结果具有较好的一致性,从而使原状软黏土q-ε_s曲线得到合理描述。     

考虑超孔隙水压力的桩土界面直剪试验研究

采用大型恒刚度直剪仪,系统研究超孔隙水压力对黏性土中桩土界面剪切性能的影响。根据制定的测试超孔隙水压力方案,对4个粗糙度等级(混凝土表面锯齿状峰谷距为0、2、4、6mm)的不同含水率黏性土中桩土界面在不同剪切速率下进行剪切试验。针对界面粗糙度、黏性土含水率、剪切速率3个变化参数对界面抗剪强度的影响进行分析。结果表明：界面粗糙度越大,界面超孔隙水压力越小,有效法向应力越大,黏性土颗粒与混凝土表面吸附性越大,桩土界面抗剪强度越大;黏性土含水率越大,界面超孔隙水压力越大,有效法向应力越小,黏性土颗粒与混凝土表面吸附性不能完全发挥,桩土界面抗剪强度反而减小;在剪切速率0.4~1.0mm/min范围内,剪切速率越大,界面超孔隙水压力增幅较小,有效法向应力变化不大,桩土界面抗剪强度虽有减小,但不同剪切速率下超孔隙水压力对桩土界面抗剪强度的影响不明显。     

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。     

Nonlinear elastic model for compacted clay concrete interface

In this paper, a nonlinear elastic model was developed to simulate the behavior of compacted clay concrete interface (CCCI) based on the principle of transition mechanism failure (TMF). A number of simple shear tests were conducted on CCCI to demonstrate different failure mechanisms; i.e., sliding failure and deformation failure. The clay soil used in the test was collected from the “Shuang Jang Kou” earth rockfill dam project. It was found that the behavior of the interface depends on the critical water contents by which two failure mechanisms can be recognized. Mathematical relations were proposed between the shear at failure and water content in addition to the transition mechanism indicator. The mathematical relations were then incorporated into the interface model. The performance of the model is verified with the experimental results. The verification shows that the proposed model is capable of predicting the interface shear stress versus the total shear displacement very well.     

高强箍筋约束高强混凝土轴心受压应力-应变全曲线研究

为研究高强箍筋约束高强混凝土的受压力学性能,进行了高强箍筋约束高强混凝土棱柱体试件的轴心受压试验,分析了配箍率、箍筋屈服强度和箍筋形式对约束高强混凝土应力-应变曲线的影响。结果表明：高强箍筋在约束混凝达到其峰值应力时并未屈服,根据其受力机理提出了有效侧向应力和相应的高强箍筋应力的计算方法;高强箍筋可在约束混凝土应力-应变曲线下降段提供更有效的侧向约束,曲线下降较为平缓。在试验研究和理论分析的基础上,提出了约束高强混凝土的强度和变形的计算式,建议了高强箍筋约束高强混凝土的应力-应变全曲线方程,理论曲线与实测曲线吻合较好。     

粉土–混凝土接触面冻结强度试验研究

土与结构物接触面冻结强度是寒区构筑物基础切向冻胀力计算及抗冻拔模型建立的重要参数。为解释土与结构物接触面冻结强度形成机制,探究其影响因素及变化规律,针对粉土–混凝土接触面开展多种含水率、温度及干密度条件下的正交直剪试验研究。试验结果表明:(1)试验设计的控制因素对抗剪强度影响的主次顺序为:含水率>温度>干密度,低温、高含水率、低干密度条件下,接触面的抗剪强度试验达到最佳;(2)含水率、温度对接触面的抗剪强度影响显著,接触面抗剪强度随含水率及温度绝对值的增大而增强,且二者对接触面抗剪强度的影响具有交互作用;(3)随法向压力增大,含水率对接触面抗剪强度的增强作用逐渐变小,而温度对接触面抗剪强度的增强作用仍能得到提高。基于试验结果进行讨论,给出了土与结构物接触面冻结强度形成及破坏机制的一种解释,研究结果可为切向冻胀力计算和抗冻拔模型的建立提供参考。     

Behavior of compacted clay-concrete interface

Tests of interface between compacted clay and concrete were conducted systematically using interface simple shear test apparatus. The samples, having same dry density with different water content ratio, were prepared. Two types of concrete with different surface roughness, i. e., relatively smooth and relatively rough surface roughness, were also prepared. The main objectives of this paper are to show the effect of water content, normal stress and rough surface on the shear stress-shear displacement relationship of clay-concrete interface. The following were concluded in this study: 1) the interface shear sliding dominates the interface shear displacement behavior for both cases of relatively rough and smooth concrete surface except when the clay water content is greater than 16% for the case of rough concrete surface where the shear failure occurs in the body of the clay sample; 2) the results of interface shear strength obtained by direct shear test were different from that of simple shear test for the case of rough concrete surface; 3) two types of interface failure mechanism may change each other with different water content ratio; 4) the interface shear strength increases with increasing water content ratio especially for the case of clay-rough concrete surface interface.     

黏土中超长群桩竖向承载力模型试验研究

针对超长群桩使用较多而理论研究较少的现状,进行了大型的室内超长群桩模型试验。通过对黏性土中桩距为6d的超长钻孔灌注群桩的室内模型试验和实测数据分析,研究了超长群桩的荷载传递机理和承载力特性。得到了在竖向荷载作用下超长群桩的荷载与沉降关系曲线,桩身压缩量占桩顶沉降的百分比、桩身轴力分布曲线以及桩侧摩阻力分布曲线。研究结果表明:超长群桩属于非刚性摩擦桩,桩顶沉降主要由桩身压缩量引起;极限荷载作用下,桩端阻力接近为零,桩身中下部的侧摩阻力没有充分发挥。这些结论为超长群桩的理论研究、工程设计与施工提供有益参考。