高频循环剪切下结构与松砂接触面的土体特性

应用颗粒离散元分析理论,深入地研究了高频循环剪切荷载下松砂与结构的接触面土体响应特性,对各种颗粒因素和剪切条件对接触面土体孔隙率和体应变的影响进行详细分析。数值仿真分析结果表明,松砂颗粒摩擦系数和颗粒刚度越大,接触面附近土体剪缩性越不明显;松砂的颗粒刚度比对其力学性质影响不大;边界围压越大,松砂的剪缩性越明显;高频循环剪切的剪切振幅和剪切频率越大,松砂的剪缩性越强。     

高应力下石英砂与不同结构接触面抗剪强度的试验研究

高应力下土与结构接触面抗剪强度研究是当前井壁破裂理论研究的关键之一 .通过在DRS 1型微机高压直残剪试验系统上所进行的标准石英砂与不同基底的界面剪切特性试验研究表明 ,高应力作用下不同结构接触面的峰值强度与正应力以及残余强度与正应力之间的关系符合库仑强度准则 .咬合强度C和界面摩擦角δ取决于基底材料的刚度 ,刚度越大 ,C值越小 ,δ值越大 .高应力作用下不同结构界面剪切过程中土体都呈现出剪缩性 ,体积应变随剪切位移的增大而增大 ,体积应变受接触面的刚度和正应力共同影响     

高应力下石英砂与不同结构接触面抗剪强度的试验研究

高应力下土与结构接触面抗剪强度研究是当前井壁破裂理论研究的关键之一．通过在DRS.1型微机高压直残剪试验系统上所进行的标准石英砂与不同基底的界面剪切特性试验研究表明,高应力作用下不同结构接触面的峰值强度与正应力以及残余强度与正应力之间的关系符合库仑强度准则．咬合强度C和界面摩擦角δ取决于基底材料的刚度,刚度越大,C值越小,δ值越大．高应力作用下不同结构界面剪切过程中土体都呈现出剪缩性,体积应变随剪切位移的增大而增大,体积应变受接触面的刚度和正应力共同影响．     

应变软化及剪胀性土体中考虑大应变的孔扩张问题解析

采用应力跌落模型模拟土体的应变软化,以Mohr-couloub屈服准则和不相关联的流动法则考虑土体屈服塑性流动和剪胀特性,引进对数应变考虑土体的大变形,给出了应变软化及剪胀性土体中考虑大应变的孔扩张问题的弹塑性解析解,为了对比,还给出了小应变情况下位移的解析表达式.分析了大、小应变理论、不同剪胀特性、不同软化程度和考虑塑性区弹性变形与否对结果的影响.结果表明:在孔扩张压力较大时,用小应变理论会引起很大误差,必须考虑大应变;在相同扩张力作用下,土体的软化程度越高,扩张率越大,土体的剪胀角越大则扩张率越小.土体的软化和剪胀特性还影响极限扩张压力,软化越严重,极限扩张压力越小;剪胀角越大,极限扩张压力越大.     

砂-结构接触面直接剪切的物理试验与数值模拟

利用DRS-1型超高压直残剪试验系统以及颗粒流软件PFC2D,对砂与地下结构的接触面分别进行了直接剪切物理试验与数值模拟,获得了砂与地下结构接触面力学特性的宏观表象及内在机理.结果表明:砂与地下结构接触面的剪切应力-剪切位移曲线随法向应力的增加,其应变软化特性逐渐减弱而硬化特性逐渐增强.在一定法向应力条件下,随着结构面粗糙程度的增加,应变软化特性增强,且达到峰值剪应力所需要的剪切位移逐渐减小;随着法向应力的增加,结构面粗糙度对接触面力学特性的影响程度降低.在一定的法向应力条件下,对同一结构面,接触面的剪切强度符合摩尔-库伦强度准则;不考虑颗粒破碎时,颗粒的"剪胀"是引起砂-结构接触面剪切强度变化的主要原因之一;当相对粗糙度R较小时,结构面的存在所引起的剪胀量较小,接触面的峰值剪应力较小;随着R增大,颗粒受结构面的约束,引起的剪胀量变大,峰值剪应力增加;当R增大到一定程度时,结构面对颗粒运动的约束作用所引起的试样剪胀量变小,峰值剪应力亦随之降低.     

土与结构接触面单直剪试验力学性质研究

基于高应力下土与结构接触面单直剪试验结果,从接触面本构关系、接触面剪切刚度及接触面摩擦角等方面研究了高应力下单直剪试验接触面的力学性质差异。结果表明:高应力直剪过程中剪应力-剪切位移具有非线性弹性特征,可用双曲线模型描述,而单剪条件下两者可用非线性弹性-理想塑性表征,双曲线模型的本质特征与单剪试验数据不吻合;直剪试验中接触面剪切刚度未减至零,而单剪试验中接触面剪应力达到抗剪强度后接触面保持零剪切刚度状态;高应力单剪试验条件下土与结构接触面的强度准则更适合用无黏聚力的莫尔-库仑强度准则表示;两种剪切试验条件下,影响因素对接触面初始剪切刚度的影响不尽相同;借助Taylor基于Davis关系式提出的接触面流动法则,给出了高应力下单直剪接触面摩擦角差异的理论解释,试验结果印证了该分析的合理性。     

温度影响下能量桩-土接触面剪切特性试验研究

能量桩工作过程中,桩体受温度变化影响会产生热变形,进而引起桩周土体的循环剪切作用,弱化地基承载力,给桩基的正常使用带来风险。由于传统直剪仪无法模拟能量桩工作过程中的温度变化,因此对桩-土接触面力学特性受温度影响的变化规律研究较少。对传统直剪仪进行改造,使其可以改变剪切试样温度;所用土体从重庆某施工现场取样,开展不同温度变化下桩-土接触面的室内土工直剪试验,分析单次温度变化和循环温度变化对桩-土接触面力学性能的影响,并对温度影响下桩-土接触面力学特性与土体力学特性的差异进行比较。结果表明,能量桩-土接触面的抗剪强度受温度影响较大;随着温度的升高,能量桩-土界面摩擦角和黏聚力先减小后增大;低法向应力下温度循环对桩-土接触面力学特性影响较大,而高法向应力下温度循环对桩-土接触面力学特性影响不显著;土体的抗剪强度、黏聚力和摩擦角随温度变化规律与桩-土界面类似。     

考虑粗糙度影响的黏土–混凝土接触面峰值剪切强度模型研究

结构物表面粗糙度是影响土体与结构接触面剪切力学特性的重要因素。为研究结构面粗糙度对接触面强度特性的影响,采用大型直剪仪进行不同粗糙条件下黏土–混凝土接触面剪切试验,分析粗糙度对接触面峰值剪切强度的影响规律,并揭示粗糙度对接触面剪切强度的影响机理。研究结果表明:不同粗糙度条件下黏土–混凝土接触面剪切应力位移曲线均表现为剪切软化型,且粗糙度越大,曲线的峰值点越明显。粗糙度的增大能显著提高接触面的峰值剪切强度,且粗糙度的影响存在临界值;不同粗糙接触面的剪切破坏面形态特征分析结果表明,剪切过程中光滑接触面主要发生界面剪切滑移破坏,随着粗糙度的增大,土体与结构面间的摩擦、咬合作用得到增强,导致接触面剪切破坏逐渐向土体内部剪切破坏发展。接触面的剪切强度主要由土体与光滑接触部分的界面剪切强度以及粗糙接触部分土体自身剪切强度组成,通过在Jewell界面强度模型中引入与粗糙度相关的粗糙效应系数,并提出了粗糙效应系数与粗糙度间的函数关系式,最终建立了考虑粗糙度的接触面峰值剪切强度模型;最后将不同粗糙度条件下的模型计算值与试验值进行对比分析,模型计算最大相对误差为11.01%,平均相对误差为4.74%,验证了本文模型的准确性与合理性。     

高应力下粗砂与混凝土接触面剪切特性影响因素试验研究

利用改装自RMT-150B的直剪试验仪在不同法向应力下进行了含水量为0%、8%、16%、24%的粗砂与具有4种不同粗糙度、强度混凝土基底的接触面直剪试验。试验结果表明：当法向应力等于2 MPa时,随接触面粗糙度的增加,达到极限抗剪强度的剪切位移先增加后减小;当法向应力大于2 MPa时,达到极限剪切强度的剪切位移基本不再随接触面粗糙度而变化;在法向应力相同的情况下,干砂初始抗剪刚度较湿砂大。依据试验数据回归分析可知：高应力直剪条件下,粗砂与混凝土接触面的剪应力剪切位移关系可用双曲线模型描述。直观分析结果表明：极限抗剪强度受法向应力影响最大,且与应力呈线性相关,其次为接触面粗糙度,含水量的影响略高于混凝土界面强度;初始抗剪刚度随法向应力、接触面粗糙度、基底硬度的增大而增大,接触面初始剪切刚度所受因素影响从大到小依次为法向应力、含水量、接触面粗糙度、基底硬度;颗粒相对破碎受法向应力影响最大,其次为含水量,再次为基底硬度,接触面粗糙度影响最小,并且颗粒相对破碎随法向应力增达而增大,随混凝土粗糙度与基底硬度的增大而减小,随含水量增加存在破碎的破碎峰值。     

描述饱和砂土剪切特性的一个热力学本构模型

砂土的力学特性十分复杂,与其所处的物理状态直接相关,表现为松砂的剪缩以及密砂的剪胀特性,受相对密度和有效围压的共同影响。为有效地描述饱和砂土在不同物理状态下的剪切特性,基于颗粒物质热动力学理论,考虑颗粒层次能量耗散机制,并结合引入状态参数的剪胀方程,发展一个饱和砂土的热力学本构模型。该模型形式较为简单,不涉及屈服准则、流动法则等概念,而是引入颗粒熵和颗粒温度的概念来描述砂土内部的不可逆变形,并通过迁移系数和能量密度函数将饱和砂土内部的能量耗散机制与宏观力学行为建立联系。模型可以反映饱和砂土在剪切过程中由于相对密度和有效围压的变化对土体强度和变形特性的影响。基于模拟计算结果与等向压缩、三轴不排水以及排水剪切试验结果的对比,验证了模型描述饱和砂土剪切特性的能力。     

高应力下砂土与结构界面单剪试验研究

利用改装自RMT-150B试验系统的单剪试验仪进行饱和砂土与结构界面单剪试验,研究高应力条件下界面本构模型及界面剪切刚度变化趋势,为高应力状态下涉及到界面力学问题的工程设计、计算提供理论依据。试验中,首先对剪切盒中的砂土进行固结,然后法向应力恒定在高应力水平上开始界面剪切,并记录试验数据,剪切时保证砂土能相对自由的变形。试验结果表明：高应力下界面剪应力剪切位移关系曲线呈现非线性弹性一理想塑性特征,不同于直剪试验条件下二者呈现的双曲线关系;三参数威布尔分布曲线能克服NEPP模型中双曲线的缺陷,其取代双曲线形成新的非线性弹性理想塑性模型能更好地拟合试验数据。界面初始剪切刚度的回归结果表明,相对于幂函数,线性函数更适合描述界面初始剪切刚度同法向应力之间的关系。基于新的界面模型给出了界面切线剪切刚度的公式,同时比较了2种模型的界面切线剪切刚度随剪切位移的变化趋势。     

橡胶颗粒-砂混合物三轴CD剪切试验研究

对6种围压7种不同质量配比的干燥橡胶颗粒-砂混合物(橡胶砂)进行三轴CD试验,研究不同配比不同围压对橡胶砂的强度特性、偏应力-轴向应变曲线和体应变-轴向应变曲线特性的影响。试验结果表明:橡胶颗粒质量分数为0%~30%时,有利于改善砂颗粒的剪切强度特性;在10%附近时,内摩擦角出现最大值;在20%附近时,其粘聚力出现最大值。橡胶砂的偏应力-轴向应变曲线特性在橡胶颗粒质量分数低于50%时,与纯砂类似,表现出双曲线特性;不低于50%时,与纯橡胶类似,表现出近似线弹性,且由双曲线模型拟合得到的橡胶砂模型参数(如峰值偏应力、初始切线模量以及破坏比)随围压的增加而增加,随橡胶颗粒含量的增加而减少。橡胶砂的体应变-轴向应变曲线特性在橡胶颗粒质量分数不高于20%时,与纯砂类似,有先剪缩后剪胀的特点;高于20%时,表现出单调剪缩的特性,橡胶颗粒含量越大,剪缩越明显。     

砂土与结构界面单剪特性影响因素分析

疏排水沉降引起的竖直附加力导致了华东地区多个立井井筒破裂,为了有效地解决这一工程问题,通过单剪仪研究了竖直附加力的影响因素,在自行加工改造的高应力单剪仪试验系统上进行了饱和（干）粗砂、饱和（干）细砂与钢材及混凝土界面的正交试验.试验研究表明：砂的干湿状态对抗剪强度（竖直附加力的峰值）影响最大;砂的干湿状态,基底对初始剪切刚度的影响均较显著.颗粒破碎是砂的干湿状态、土性、基底三者对界面剪切特性影响的一个综合性反映.     

高应力下接触面抗剪特性影响因素分析

通过在DRS 1型微机高压直残剪试验系统上所进行的建筑砂、标准砂、粉土和粘土与砼、金属光滑、金属粗糙界面的正交直接剪切试验研究表明 :高应力作用下土体与刚度较大的界面的剪切应力 剪切位移曲线呈现出应变硬化的特征 ,与低应力作用下土与不同结构剪切特性存在明显的区别 .根据试验数据的方差分析和直观分析结果 :对于残余强度 ,法向应力的大小是第一影响因素 ,其次是土体的性质 ,第三是界面的基底性质 ,剪切速率的影响最小 ;对于剪切应力 -剪切位移曲线起始切线斜率 ,法向应力的大小、土体的性质是主要影响因素 ,第三是界面的基底性质 ,剪切速率的影响最小 .总的来看 ,影响高应力下接触面抗剪特性的主要影响因素是法向应力的大小 ,土体的性质是其次 ,剪切速率和基底性质的影响可以不予考虑 .     

填料级配对筋土界面特性的影响

不同填料级配对筋土界面特性的影响直接关系到工程的稳定性.通过室内大型直剪试验,研究了颗粒级配、密实度、筋材种类等对于界面强度的影响,深入了解筋土界面抗剪强度以及界面剪胀特性.试验结果表明,粗颗粒和细颗粒土分别与筋材的界面强度要明显大于级配较好的标准砂与筋材的界面强度.密实砂土界面强度具有类似混凝土材料强度高韧性低脆性破坏的特性.对于土工格栅,粗颗粒砂粒由于粒径较大达到峰值强度需要较大的剪切位移.     

机制砂和水玻璃改良弱膨胀土抗压和抗剪强度试验研究

广西地区膨胀土分布广泛,在工程中危害较大,常常需要对其进行改良处治.选用机制砂和水玻璃为改良剂,在两者单独掺入和复合掺入的情况下对广西南宁地区膨胀土进行改良,并通过无侧限抗压试验和直剪试验对该膨胀土强度及刚度进行测定,结果表明:机制砂和水玻璃均能提高该膨胀土的强度和刚度,且强度及刚度均随着掺量的增加而先增大后减小,复合...     

土工格栅-玻璃砂界面细观特性离散元研究

为分析剪切带的形成机制和演化机理,明确拉拔试验中筋土界面参数的宏细观联系,基于离散元数值方法,使用PFC2D软件模拟土工格栅加筋玻璃砂的拉拔试验,并与物理拉拔试验结果进行对比分析.在数值试验中采用分段函数重现格栅非线性应力-应变关系,根据玻璃砂颗粒位移值确定剪切带的平均厚度,重点分析剪切带内接触力链、颗粒位移、颗粒旋转等因素以及大主应力方向与细观组构参数的联系.结果表明,在格栅拉拔位移较小时,离散元数值方法能较好地分析玻璃砂与土工格栅界面之间的力学行为,试样宏观的体积剪胀主要受剪切带内颗粒的运动控制;通过PFC2D程序采用FISH语言开发的颗粒旋转颜色显示程序,显示格栅上下界面砂颗粒出现不同的旋转方式,颗粒位移和旋转形成了一个呈"锯齿"分布的剪切区,揭示颗粒位移和颗粒旋转是剪切带演化的重要特征;接触力的分布及其各向异性演化决定了试样宏观的力学性质和剪切带基本形状;整个拉拔阶段,剪切带内大主应力方向的偏转与接触力各向异性主方向的偏转呈相近趋势.     

高压力下界面抗剪强度的试验研究

在 DRS- 1型微机高压直残剪试验系统上进行了建筑砂、标准砂、粉砂和粘土与混凝土界面、金属光滑界面、金属粗糙界面的正交直接剪切试验 .研究结果表明 :在高压力作用下 ,由于颗粒破碎的原因 ,界面的剪切应力 -剪切位移曲线呈现出应变硬化特征 ,与低压力作用下土与不同结构界面的软化剪切特性存在明显差别 .试验数据的正交误差分析和直观分析揭示 ,界面的剪切峰值强度、残余强度与法向压力均呈现线性关系 ,峰值强度、残余强度受法向压力的影响最大 ,其次为土体性质 ,剪切速率和基底粗糙度的影响较小     

砂土动应力-应变发展特性试验

对福建标准砂和南沙群岛珊瑚砂进行了不同初始固结条件下的循环剪切试验.试验结果表明,在不同固结条件下动应力-应变发展模式显著不同.在均等固结条件下,动应力-应变关系的循环效应和对称累积特性均十分显著,随着砂土强度的完全丧失累积变形迅速发展;而在非均等固结条件下,当动应力作用平面上具有扭剪应力预剪作用时,剪应变则以单向累积变形为主,当动应力作用平面上只有轴向应力作用时,剪应变循环效应相对较大,累积变形并不显著,即使在循环扭剪荷载作用下,变形仍以轴向变形为主.这种特征似乎与中主应力系数没有显著的依赖关系.