锚杆锚固体与土体界面特性室内测试新方法

为了更真实地反映锚杆受拉时锚固体与土体界面的特性,较准确地获得包含界面剪切残余段的剪应力–位移(?–s)全过程曲线,自行研发了一种锚–土界面摩阻性能测试仪及相应的锚杆拉拔试样制作装置和方法。该测试仪器和测试方法简便易行,可成批模拟多种环境条件进行室内锚杆拉拔试验。利用该仪器完成了4批次27个不同条件的锚固体拉拔试验,深入研究了锚固体养护龄期、拉拔速率等因素对锚–土界面剪切强度特性的影响,提出了一种锚–土界面?–s全过程本构模型。研究结果表明:界面剪切强度在锚固体养护14 d后增长缓慢;锚杆以0.1~2.5 mm/min拉拔时,速率对剪切强度的影响不大;提出的锚–土界面模型计算曲线与试验曲线吻合良好。     

基于钻孔式锚固单元体试样的锚-土界面剪切特性研究

为探究土体干密度和含水率对锚杆锚固体-红土界面剪切特性的影响,研制了一种钻孔成孔的锚杆单元体试样制作装置。制备了6组不同土体含水率、不同干密度的红土锚固单元体试样,测试其界面剪切特性,获得了锚-土界面剪应力-剪切位移全过程曲线(τ-s曲线),并同步开展相应土体的直剪试验,获得了土的抗剪强度包线。试验结果表明:随着含水率的降低,土体黏聚力和内摩擦角均呈减小趋势,而随着干密度的增大,土体黏聚力显著增加;随着土体含水率和干密度的增大,锚-土界面剪切τ-s曲线逐渐由应变硬化转变为应变软化,且含水率越高,软化特征越明显;此外,随着土体干密度的增大,锚-土界面剪切强度增加,峰值位移减小,界面剪切刚度增大,而随着土体含水率的增大,锚-土界面剪切强度减小,峰值位移也减小。最后,通过回归分析建立了锚-土界面剪切强度随土体黏聚力和内摩擦角变化的经验公式。     

基于局部应力变形测试方法的土–结构物渐进破坏试验研究

为研究土–结构物接触面渐进破坏机制及影响因素,研制一种新型剪应力–位移传感器,并用该传感器展开红黏土与结构物接触面大型直剪试验,探讨剪切作用下接触面的应力变形响应特征及渐进破坏规律。试验结果表明:接触面沿剪切方向上峰值应力及位移的出现呈现明显的先后顺序,在剪切方向上接触面呈现渐进破坏特征。接触面上的法向应力和土体的压实度对其渐进破坏有着显著的影响。各测点剪应力峰值出现的时间差随法向应力的增大而增大,而随压实度的增大而急剧减小。接触面的渐进破坏现象在土体低压实度情况下表现更为明显。     

考虑注浆压力影响锚–土界面剪切蠕变Kriging模型

锚–土界面剪切蠕变特性直接关系到锚杆支护系统的长期锚固性能,而工程锚杆施工中通常采用的压力注浆对锚固体–土体界面蠕变特性有重要影响。为研究不同注浆压力下的锚–土界面剪切蠕变特性,本文利用自主研制的压力注浆装置制作了不同注浆压力下的锚杆微元体试样,利用自行设计制作的锚–土界面剪切蠕变特性测试系统对试样进行分级加载,获得了不同注浆压力下的锚-土界面剪切蠕变全过程曲线,利用"陈氏加载法"将蠕变全过程曲线转化为分别加载蠕变曲线,并采用等时曲线法获得不同注浆压力下的锚–土界面长期抗剪强度。为提高建模精度,提出了将蠕变试验曲线经对数转换后来建立蠕变模型的方法,并引入Kriging法,建立了考虑注浆压力影响的锚–土界面剪切蠕变Kriging模型。通过所建模型的预测结果与试验结果对比分析发现,本文方法建立的锚–土界面剪切蠕变模型,其拟合和预测精度均很高。     

吸湿环境下膨胀土与桩接触面强度特性试验研究

为探讨水分迁移条件中,土质特性对膨胀土地基中桩–土接触面的影响规律,以广西南宁中强膨胀土为研究对象,针对大气环境作用对膨胀土宏微观特性的影响,进行原状土体强度与接触面强度的对比试验研究。结果表明:吸湿环境下,含水率对土体强度的影响比对接触面强度的影响显著,原状膨胀土和桩–土接触面的黏聚力均随含水率的增加而减小,而含水率增加引起土体摩擦角减小的影响远大于桩–土接触面;接触面的摩擦角始终大于土体内摩擦角,受含水率变化影响不大;当膨胀土吸湿临近饱和含水状态时,桩–土接触面的强度与原状土体强度近似相等。利用回归分析,得出了用土体强度参数表征的桩–土接触面抗剪强度关系表达式。利用该式,能够对吸湿环境下原状膨胀土与结构接触界面的强度进行预测分析。     

一种大型桩土界面直剪试验装置的研制与应用

自主设计研制了一台大型恒刚度桩土界面直剪仪用于黏性土中桩土界面的力学特性测试。该试验装置采用理想弹簧组加载系统,法向可提供恒刚度边界条件;切向可按位移控制,能够实现上剪切盒静止,下剪切盒直线和往复运动的加载路径。试验结果表明:该试验装置再现了黏性土体与结构接触面在不同加载条件下的力学响应,能够很好地模拟桩土界面剪切过程,为黏性土中桩土界面力学特性的研究提供了基础;大型桩土界面直剪试验得到的不同法向应力下,随着接触面粗糙度、剪切速率和黏性土含水率变化而变化的剪应力–剪切位移关系曲线,与已有关于桩土界面剪切力学特性影响因素研究结论相符。     

非饱和重塑弱膨胀土孔隙结构与土–水特征曲线试验研究

为研究压实程度对非饱和重塑弱膨胀土孔隙结构的影响,探讨膨胀土孔隙结构改变对土–水特征曲线的影响。以新疆哈密地区重塑膨胀土为研究对象,采用压汞试验测定压实程度对土样的微观孔隙结构影响,并利用热力学关系模型对膨胀土分形维数进行研究;采用滤纸法试验测量不同初始干密度下重塑土样的土–水特征曲线,提出可考虑压实作用影响的膨胀土土–水特征曲线双参数拟合模型,最后,基于土体孔隙特征,借助毛细管原理计算并结合滤纸法试验数据修正其土–水特征曲线。研究结果表明：随压实程度的增加,新疆哈密地区非饱和弱膨胀土孔隙呈初始三峰状并逐渐趋于双峰状分布,其在微观上表现为大孔隙的压缩引起的大孔隙向小孔隙的转化,孔隙内壁的粗糙程度及孔隙结构的复杂程度提高;土体基质吸力随含水率的增加而降低,相同体积含水率下,土体初始干密度越大,基质吸力越大,双参数模型可较好反映土体初始干密度对膨胀土土–水特征曲线发展规律的影响;基于毛细管原理的土–水特征曲线计算值同滤纸法实测曲线有相同函数模型发展规律,且随试样初始干密度的增加两者呈逐渐“远离”趋势发展;土–水特征曲线修正模型可统一描述非饱和弱膨胀土基质吸力随孔隙结构、含水率及密度状态的发...     

土石混合体—基岩界面剪切力学特性试验研究

填方体–下伏基岩接触面间的剪切强度是控制高填方体或堆积体边坡稳定性的重要因素,界面强度参数取值是高填方工程设计的重要参数之一。通过较系统地室内大型直剪试验探讨了接触面粗糙度对土石混合料–基岩接触面剪切力学特性的影响。结果表明:在低法向应力作用下,剪应力–剪切位移曲线前期呈现出应变硬化现象,后期呈现出塑性应变现象,且接触面粗糙度越大接触面发生剪切破坏时变形越小;在高法向应力作用下,曲线呈现出应变硬化现象,无明显峰值;相同法向应力水平作用下,接触面粗糙度越大,土石混合体–基岩接触面剪切刚度越大。剪切界面上块石的破碎形态可分为完全破碎、部分破碎和表面磨损3种,随着接触面粗糙度的增加,剪切界面上块石的破碎总数也增加。接触面的抗剪强度、内摩擦角和表观黏聚力随着接触面粗糙度的增加而增大,相比于内摩擦角,接触面的表观黏聚力增大较为明显。接触面粗糙度对剪切带宽度有影响作用,表现为接触面粗糙度越大,剪切带越宽。     

掺砂高液限土抗剪强度影响因素分析

选取广东省西部地区云罗高速沿线的高液限土为试验材料。通过室内试验研究,分析含水率、压实度对掺砂高液限土黏聚力和摩擦力的影响,并从土体结构和土中水的类型2个方面分析作用机理,得出有益的结论:掺砂改良后高液限土的各项力学指标得到明显改善。土体的黏聚力与含水率、压实度等因素相关,但并不是简单的线性关系,并存在一个特征含水率,且特征含水率并不等于最优含水率,随着压实度的增加而逐渐减小。含水率越小,压实度对土体的黏聚力及摩擦角的影响越敏感。压实度越大,土体的黏聚力及摩擦角越大。     

滨海土体与钢材接触面剪切特性试验

以某滨海地区土体为研究对象,采用改进直剪仪研究土与钢材料接触面的摩擦特性。试验结果表明,法向应力越大剪应力越大,剪应力最大时纯土的剪切位移大于土体-钢材料复合体的剪切位移,剪应力与法向应力近似呈线性关系;一般情况下,土体-钢材料复合体的抗剪强度低于纯土的抗剪强度;随着法向应力的增长,沥青涂层使得剪应力先降低后增加。     

土工格栅–土体界面特性大型直剪试验研究

土工格栅与土体的界面特性直接影响了加筋土工程的安全和稳定性,土工格栅两侧为不同材料的界面特性研究还较少。采用双向土工格栅为加筋材料,对其两侧分别为不同含水率粉质黏土及不同粒径石英砂的界面特性开展一系列的大型室内直剪试验,分析法向应力、粉质黏土含水率、剪切速率、石英砂粒径及粉质黏土压实系数等因素对土工格栅–土体界面抗剪强度的影响。结果表明:土工格栅–土体界面抗剪强度与法向应力呈线性相关,符合莫尔–库仑理论;粉质黏土含水率的变化对土工格栅–土体界面抗剪强度有较大的影响,在最优含水率时其界面抗剪强度指标最高;剪切速率的大小和石英砂的粒径变化对土工格栅–土体界面的抗剪强度有一定的影响,其影响范围分别在±10%和±7%内;粉质黏土压实度的增加能有效增加界面抗剪强度,压实系数越高,其提高幅度越大。这些影响应在工程应用中适当考虑。     

高填方土石混合料强度与变形特性及沉降预测研究

 为解决高填方土石混合料强度与变形计算难题,对不同初始含水量不同初始干密度的土石混合试样进行剪切试验和压缩试验,深入分析不同土石比试样的强度与变形特性随初始参数的变化规律。结果包括：(1) 初始压实度越小的试样侧限压缩应变越大,初始含水量越大的试样侧限压缩应变越大;压缩系数随竖向压力的增大整体先增大后减小,压缩模量随竖向压力的增大整体呈增大趋势;(2) 类似高填方工程中填筑体初始压实度宜控制在0.93以上,初始含水量控制在最优含水量±(2%～3%),土石比控制为2∶8～4∶6;(3) 粉质黏土和砂质泥岩混合料压实土的干密度与竖向压力之间呈幂函数关系,建立由填土层的初始状态和所受荷载预测填筑土层强度和沉降量的算法;(4) 考虑初始状态的填方沉降预测方法是合理的,采用其略微偏大的变形计算结果进行高填方设计或施工,可使得高填方地基质量控制偏于安全;(5) 最优含水量范围内不同压实系数引起的沉降差异较小;随着压实系数的增大,地基沉降变形明显减小;土石比为2∶8时压实度增大对地基沉降的影响程度大于土石比为4∶6的高填方地基。研究成果可用于土石混合料高填方地基变形分析与计算。     

粘性土剪切带破坏研究

压实粘性土是静水压力和应变率相关性材料,在低围压下表现出软化现象,在高围压下表现出硬化现象.在同一含水率,不同围压下粘性土随周围压力的增大,同一轴向应变所对应的偏应力也越大;压实度一定时,含水率越高,粘聚力越大,而摩擦角越小,粘性土的抗剪强度越弱;含水率一定时,压实度越高,粘聚力越大,而摩擦角越小,抗剪强度也越大.利用TSZ10-1.0型应变控制式三轴仪,对四川绵阳地区粘性土进行了常规三轴压缩试验,研究了不同围压和含水率下粘性土的应力-应变关系、抗剪强度指标,并对粘性土的剪切带破坏进行了拟合分析.     

纤维底渣混合土循环剪切性能研究

生活垃圾焚烧底渣作为常见的固体废弃物之一,可与纤维混合提高其强度和稳定性。对生活垃圾焚烧底渣–黏土–聚丙烯纤维按一定比例混合,进行循环前大型直剪、循环剪切和循环后直剪试验,研究不同竖向应力、不同剪切位移幅值、不同压实度对纤维加筋底渣混合黏土循环剪切特性及循环后单调直剪特性。试验结果表明:循环前直剪试验中,剪切位移与剪应力曲线呈现弱硬化现象;施加循环荷载后的单调直剪试验,剪切位移与剪应力曲线则呈现明显软化现象。循环剪切试验过程中土样在不同竖向应力、不同剪切位移幅值下均出现循环剪切硬化和剪缩现象。随循环次数增加,硬化程度和剪缩量逐渐减小。随压实度增加,试样由明显的硬化型向软化型发展,压实度越大,沉降量越少,剪缩量越小。对比循环剪切后试样的单调直剪试验与未循环剪切单调直剪试验结果发现,循环剪切后的土样抗剪强度明显增大,黏聚力和摩擦角都相应增加。聚丙烯纤维的加入可以与底渣混合土形成空间网络骨架,从而增加试样抵抗变形能力,减小竖向沉降,增强稳定性。     

Mechanical behavior of micaceous clays

This study aims to investigate the effect of mica content on the mechanical properties of clays.Commercially available ground mica was blended with a locally available clayey soil,at varying nica contents by mass of 5%,10%,15%,20%,25% and 30%,to artificially prepare various micaceous clay blends.The preliminary testing phase included consistency limits and standard Proctor compaction tests.The primary testing program consisted of unconfined compression(UC),direct shear(DS) and scanning electron microscopy(SEM) tests.The test results showed that the liquid and plastic limits exhibited a linear,monotonically increasing trend with increase in mica content.The rate of increase in the plastic limit,however,was found to be greater than that of the liquid limit,thereby leading to a gradual transition towards a non-plastic,cohesionless character.The soft,spongy fabric and high water demand of the mica mineral led to higher optimum water contents and lower maximum dry unit weights with increasing mica content.Under low confinement conditions,i.e.the UC test and the DS test at low normal stresses,the shear strength was adversely affected by mica.However,the closer packing of the clay and mica components in the matrix under high confinement conditions offsets the adverse effects of mica by inducing frictional resistance at the shearing interface,thus leading to improved strength resistance.     

珞珈山粘土压缩性的试验研究

对武汉大学珞珈山粘土完成了15组不同含水量和压实度的室内压缩试验,分析了压实度、压实含水量及压实土体的饱和状态三因素对粘性填土压缩性能的影响,并通过压实土体结构方面的理论对其影响机理进行了阐释：这三方面因素主要是通过对土体结构及土中的基质吸力产生影响从而影响到土体的压缩变形性。试验表明,压实度和压实含水量均是在一定的应力范围内对粘性填土的压缩变形性能产生影响,在最优含水量附近粘性填土的压缩变形随着压实度的减小、压实含水量的增大而增大;压实土体浸水饱和后的压缩变形远大于饱和前的变形,压实含水量大的土体在其它条件相同的条件下因饱和引起的压缩变形小于压实含水量小的土体。     

Beitrag zur Qualitätssicherung im Erdbau

A contribution to guaranteeing quality in earthwork. The compaction degree D_Pr are normally used for the quality control in earthworks. This paper presents for a weak cohesive soil that besides the water content not the compaction degree but rather the compaction energy W has the decisive influence on the characteristics of the shear strength, of the compressibility and of the water permeability. The determination of the in‐situ compaction energy during soil compaction is shown. Formulas and diagrams give the possibility to estimate the in‐situ soil characteristics. This requires the estimated values of the compaction energy W.     

Effect of soil compaction conditions on geomembrane-soil interface strength

A laboratory investigation was recently undertaken to evaluate the shear strength of the interface between a cohesive soil used for linear construction and a high-density polyethylene (HDPE) geomembrane. In the investigation, the interface shear strength was measured in a direct shear apparatus. The compaction water content and dry unit weight of the soil were varied in each test. It was found that the shear strength of the interface between these two materials is strongly affected by the compaction water content and dry unit weight of the soil. It is concluded from the test results that the soil compaction conditions strongly influenced the interface shear strength and this factor, among other, should be carefully considered during design.     

淤泥土与新填土接触面抗剪强度试验研究

在坝前淤泥面加坝中,淤泥坝基和新填筑坝体的接触面是整个加坝体的薄弱部位。以宁夏南部山区西吉县南川水库坝前淤泥面加坝工程为研究对象,在参考该工程勘察报告和施工组织设计的基础上,通过改进常规应变式直剪仪测定了在不同工况下淤泥土和新填土接触界面的抗剪强度参数,分析了淤泥土的含水率和压实度对接触面的抗剪强度、黏聚力和内摩擦角的影响。试验结果表明:淤泥―新填土接触面剪切特性受淤泥土的含水率和压实度共同影响;压实度相同时,随着淤泥含水率的增加,接触面抗剪强度先小幅度减小再快速减小,黏聚力先增大再快速减小,接触界面内摩擦角小幅度减小;含水率相同时,随着压实度的增加,界面抗剪强度增大,内摩擦角增大,黏聚力先缓慢增加,再快速增加,具有明显阶段性。