粉土—混凝土界面与粉土剪切对比试验研究

采用自制的大型直剪仪开展不同含水量条件下黄泛区粉土-混凝土界面剪切及粉土直剪试验,研究不同含水量下粉土-混凝土界面及粉土剪切力学特性。试验结果表明:粉土-混凝土界面和粉土直剪的剪切应力-剪切位移曲线均为应变硬化型;粉土直剪的剪缩变形明显大于界面剪切结果;相同条件下,粉土-混凝土界面的剪切强度大于粉土的直剪强度,随着含水量的增大,粉土-混凝土界面与粉土剪切强度的差异逐渐减小,粉土趋近饱和时,两者强度基本相同;粉土直剪破坏时的剪切位移大于界面剪切破坏时的剪切位移;粉土直剪的黏聚力和界面黏聚力、摩擦角随含水量的增大均近似呈线性减小趋势,粉土直剪的内摩擦角随含水量增加呈现先缓慢后加速减小的变化趋势。     

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。     

基于恒刚度剪切试验的预制桩侧阻退化估计

采用双向循环恒刚度剪切试验对预制桩的侧阻退化效应进行试验研究。研究显示,剪切应力（摩阻力）随剪切循环数的增加呈指数型衰减,衰减主要发生在开始的部分循环内,约 25 个循环后基本达到稳定。剪切过程中剪切带发生明显的剪缩,导致法向应力释放,此为摩阻力退化的 原因之一 。随剪切循环数的增加界面摩擦角发生指数型退化直至达到残余值,此为摩阻力退化的另一原因。法向刚度的大小决定剪切应力、法向应力和界面摩擦角衰减的速度和幅度,法向刚度越大,衰减越快且残余值越小。恒刚度剪切试验说明桩土界面摩擦力的退化与桩周土的坚硬程度密切相关,土体越硬则侧阻退化现象越明显。     

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。     

大型土与结构相互作用恒刚度直剪试验装置研究

已有的土与结构接触面室内剪切试验多集中在恒荷载和恒位移加载条件下接触面力学特性的研究,而预制桩基础沉桩过程中桩土界面受力条件与恒刚度加载类似,即桩土界面法向应力随桩周土体法向位移是动态变化的。针对目前黏性土中桩土界面大型恒刚度的试验手段比较缺乏,自主设计研制了一种大型恒刚度直剪仪用于桩土界面力学特性的测试。该直剪仪考虑了桩周土体变形特点,剪切过程中桩土界面接触面面积始终保持不变,能够准确模拟桩土界面剪切试验;采用弹簧组加载系统和数控电机控制系统,法向可提供恒刚度边界条件,水平切向可按位移控制,能够实现桩土界面上直线和循环剪切的加载路径。试验结果表明:该直剪仪能够很好地再现黏性土中桩土界面在恒刚度加载条件下直线剪切的力学响应,为静压桩沉桩过程的桩土界面力学特性的研究提供了基础。     

粉土液化特性的试验研究

利用TYD-20动三轴实验机对杭州湾附近的近海粉土，模拟不同的波浪荷载作用下相同固结比的不排水动三轴的动强度和液化试验，对所得的试验结果进行比较，研究频率改变对液化特性的影响，从而总结不同的振动频率和不同的振幅对粉土液化强度的影响程度，为判断粉土液化的可能性和附加变形提供科学有效的分析方法。     

海底粉土动力特性的试验研究

为了对杭州湾海底粉质土在波浪荷载作用下的动力特性进行研究,选用杭州湾地区分布较广的粉土,通过一系列模拟不同振动频率的波浪荷载的动三轴试验,探讨了振动频率的变化对粉土动应变、动孔压和动强度的影响。试验结果表明:波浪荷载作用下振动频率的大小对土体的累积轴向应变和动强度有较大影响;振动频率的变化对动孔压的发展趋势的影响不明显,同时围压对动孔压比的影响很小,动孔压比与累积轴向应变的关系曲线具有良好的归一性。     

考虑桩土相对刚度影响的桩基水平循环累积变形特性及预测方法研究

针对海上风机桩基水平循环累积变形预测研究主要聚集于外部循环荷载作用特征,忽视桩土相对刚度影响的问题,通过自行研制的循环加载系统在砂土中开展了一系列1g模型试验研究。试验结果表明：归一化累积变形y N/y1随循环次数N增加呈指数型增长趋势,且随着循环荷载比ζc的增大而减小,但与循环幅值比ζb无明显关联性。桩土相对刚度与归一化累积变形呈现“S”型变化规律,即相对刚度对柔性桩和刚性桩的累积变形影响较小,但半刚性桩的累积变形则随着桩土相对刚度的增大而增加。在此基础之上,进一步提出了考虑循环荷载特性及桩土相对刚度联合影响的桩基水平循环累积变形预测公式,通过与文献已有试验数据对比分析,验证了方法的合理性与可靠性。     

基于GDS的非饱和砂质粉土的三轴试验研究

利用高级静力三轴试验仪器(GDS)对气压沉箱施工现场具有代表性的第5层砂质粉土进行了非饱和土固结不排水三轴试验(CU)研究。研究了在孔隙水压和孔隙气压共存条件下砂质粉土的抗剪强度、有效应力路径和应力应变关系等物理力学参数的特性。试验结果表明:砂质粉土非饱和强度在低吸力范围内,有效内摩擦角近似为39°,而有效黏聚力c'加基质吸力(ua-uw)产生的黏聚力约35.7kPa。由于基质吸力的存在,非饱和土的强度参数略有提高。为气压沉箱的刃脚结构设计和周边土体的沉降计算提供了可靠的物理力学参数。     

膨胀土干湿循环强度特性的试验研究

通过室内试验，模拟了土体季节性的干缩湿胀，利用常规剪切试验，测定南阳膨胀土击实土样经过干湿循环后饱和样的抗剪强度，从而探讨干湿循环效应对于膨胀土强度的影响，具有重要的理论意义和工程意义。     

法向常刚度切向应力控制接触面动力特性试验研究

运用最新研制的80 t三维多功能土工试验机,对工程中常用的粗粒土与人造粗糙钢板形成的接触面在常刚度法向边界条件切向应力控制下的动力特性进行了试验研究,并分析了切向控制方式的影响。接触面在剪切时产生了明显体变,可分为可逆和不可逆两部分;可逆性剪切体变的发展程度主要与切向位移幅值有关;不可逆性剪切体变的发展与剪切路程有很大关系;接触面体变出现了一定的异向性,且受切向加载路径、切向控制方式的影响。随着循环剪切的进行接触面切向位移发生明显偏移,其幅值也逐渐增加,受切向加载路径影响较大;切向应力、应力比、法向位移与切向位移的关系与切向加载路径、切向控制方式有很大关系。接触面在初始剪切时没有达到、随后逐渐达到抗剪强度,但破坏状态持续时间很短;其抗剪强度指标与切向控制方式关系不大。     

钢筋混凝土剪力墙板的剪切滞回性能试验研究

为提高低矮钢筋混凝土剪力墙板的数值模拟精度,完善混凝土在循环荷载作用下的剪切本构理论,进行6个钢筋混凝土剪力墙板的循环剪切试验,研究配筋率及钢筋角度对钢筋混凝土剪力墙板在循环剪切应力作用下滞回性能及累积耗能能力的影响,得到试件的滞回曲线、骨架曲线、延性、刚度退化、累积耗能能力等。试验结果表明：所有试件均发生剪切破坏模式。配筋率对钢筋混凝土剪力墙板的抗剪承载力有一定影响,对其变形能力影响不明显。钢筋角度对钢筋混凝土剪力墙板的滞回曲线有显著影响,分布钢筋与剪力墙剪切斜裂缝夹角越小,其滞回曲线越饱满,累积塑性剪切角、累积延性比、等效黏滞阻尼比及累积塑性耗能系数越大,但其初始剪切刚度反而越低。该文的试验结果可为完善混凝土的本构理论提供参考。     

Anisotropic surface roughness and shear behaviors of rough-walled plaster joints under constant normal load and constant normal stiffness conditions

In this context,we experimentally studied the anisotropic mechanical behaviors of rough-walled plaster joints using a servo-controlled direct shear apparatus under both constant normal load(CNL)and constant normal stiffness(CNS)conditions.The shear-induced variations in the normal displacement,shear stress,normal stress and sheared-off asperity mass are analyzed and correlated with the inclination angle of the critical waviness of joint surfaces.The results show that CNS condition gives rise to a smaller normal displacement due to the larger normal stress during shearing,compared with CNL condition.Under CNL conditions,there is one peak shear stress during shearing,whereas there are no peak shear stress for some cases and two peaks for other cases under CNS conditions depending on the geometry of joint surfaces.The inclination angle of the critical waviness has been verified to be capable of describing the joint surface roughness and anisotropy.The joint surface is more significantly damaged under CNS conditions than that under CNL conditions.With increment of the inclination angle of the critical waviness,both the normal displaceme nt and shea red-off asperity mass increase,following power law functions;yet the coefficient of deternination under CNL conditions is larger than that under CNS conditions.This is because the CNS condition significantly decreases the inclination angle of the critical waviness during shearing due to the larger degree of asperity degradation.     

Development of an automated servo-controlled direct shear apparatus applying a constant normal stiffness condition

Correct assessment of the shear strength of rock joints is essential for several rock-engineering projects. The shear behavior of rock joints is usually investigated in the laboratory using a direct shear apparatus, wherein the forces or stresses acting normal to the direction of shear displacement are maintained constant during the shear process. However, this apparatus may be quite inappropriate for situations in which the normal stress on the joint surfaces changes considerably during the shear process. In the present study, an automated servo-controlled direct shear apparatus and computer control system have been developed to automatically accommodate the change in normal stress with dilation under the constant normal stiffness (CNS) boundary condition. A new LabVIEW-based system is used to described the performance of instrument control, data acquisition and storage operations of the new apparatus. The results of the shear tests conducted using the artificially prepared joint specimens show that the normal stiffness has a significant influence on the mechanical behavior of joints during the shear process.     

Laboratory investigation into effect of bolt profiles on shear behaviors of bolt-grout interface under constant normal stiffness (CNS) conditions

Rock bolts have been widely used for stabilizing rock mass in geotechnical engineering. It is acknowledged that the bolt profiles have a sound influence on the support effect of the rock bolting system. Previous studies have proposed some optimal rib parameters (e.g. rib spacing); unfortunately, the interface shear behaviors are generally ignored. Therefore, determination of radial stress and radial displacement on the bolt-grout interface using traditional pull-out tests is not possible. The load-bearing capacity and deformation capacity vary as bolt profiles differ, suggesting that the support effect of the bolting system can be enhanced by optimizing bolt profiles. The aim of this study is to investigate the effects of bolt profiles (with/without ribs, rib spacing, and rib height) on the shear behaviors between the rock bolt and grout material using direct shear tests. Thereby, systematic interfacial shear tests with different bolt profiles were performed under both constant normal load (CNL) and constant normal stiffness (CNS) boundary conditions. The results suggested that rib spacing has a more marked influence on the interface shear behavior than rib height does, in particular at the post-yield stage. The results could facilitate our understanding of bolt-grout interface shear behavior under CNS conditions, and optimize selection of rock bolts under in situ rock conditions.     

循环荷载作用下粗粒土与结构接触面变形特性的试验研究

使用新研制的大型土与结构接触面循环加载剪切仪,对粗粒土与结构接触面在循环荷载作用下的力学特性进行了系统的试验研究,从宏观和细观两个层次进行了分析测量,讨论了循环荷载作用下接触面受力变形的规律和机理。试验表明,在循环荷载作用下,粗粒土与结构接触面的相对法向位移总体上表现为单调增长,但在一个剪切循环内表现出有规律的增减变化,因此接触面的剪胀体变可以划分为可逆性和不可逆性两个分量。接触面表现出由于初次剪切造成的细观结构异向性导致的宏观结构异向性。剪切过程中接触面存在着土颗粒破碎和剪切压密两种物态变化机制,共同支配着接触面力学性质的变化。     

法向循环荷载下筋土界面的剪切应力规律及预测

为了研究法向动荷载作用下筋土界面的剪切应力变化规律,采用大型动态直剪仪,对相对密实度为75%的砾石和土工格栅的界面进行了剪切试验,研究了4种法向初始应力（20,40,60,80 kPa）和4种法向荷载振动幅值（10,20,30,40 kPa）对筋土界面循环剪切特性的影响。在试验的基础上,建立了法向循环荷载作用下筋土界面在峰值前和残余阶段的剪切应力-法向应力表达式。同时,结合应力时间差规律,并考虑法向初始应力和荷载振幅等的影响,提出了界面剪切应力-剪切位移的表达式。将两种预测表达式与试验结果进行了对比,均具有较好的吻合度,验证了方法的正确性。     

循环直剪条件下粗粒土与结构接触面颗粒破碎研究

循环剪切条件下粗粒土与结构接触面颗粒破碎规律的定量研究具有重要意义。循环剪切时,接触面产生了明显的颗粒破碎,并显著影响其宏观力学响应。接触面颗粒破碎细观上表现为大颗粒破碎、小颗粒含量增加及大孔隙的减少或消失,统计上表现为粒径分布曲线的抬升和特征粒径的减小,宏观上表现为接触面不可逆性剪切体变;且不可逆性剪切体变可作为接触面颗粒破碎等物态演化的宏观度量。接触面颗粒破碎主要由剪切引起,相对破碎率与剪切路程、不可逆性剪切体变与相对破碎率间的关系均可用双曲线描述。法向应力越大、结构面板越粗糙、硬度越小,接触面颗粒破碎和损伤越严重;且相对破碎率与法向应力间符合幂函数关系;剪切路径对接触面相对破碎率影响较小。