土-格栅界面强度参数和剪切刚度试验研究

以4种不同土工格栅和2种不同填料为试验材料, 完成了不同填料初始状态(含水率、干密度)和不同剪切速率的筋-土界面特性直剪试验, 详细分析了不同工况对界面强度参数和剪切刚度的影响。结果表明:①填料压实度的增大和剪切速率的增大会分别引起格栅-砂砾石界面抗剪强度参数的增大;②格栅-砂砾石界面的抗剪强度参数和剪切刚度明显都大于格栅-黏土界面;③格栅-黏土界面似黏聚力和内摩擦角随着填料含水率的增大而显著降低, 而且格栅-黏土界面强度参数对含水率比黏土本身更为敏感;④现行规范中对格栅-土界面摩擦因数比的推荐值为0.8是合适的, 但是总结文献发现, 拉拔试验所得到的筋-土界面强度参数都远小于直剪试验;⑤法向压力的增加、填料压实度的增加、黏土填料含水率的减小以及剪切速率的减小都会使筋土界面剪切刚度明显增大;⑥在采用的4种格栅中, 纵肋较短的单向格栅-砂砾石界面的剪切刚度最大, 其余3种格栅的筋土界面剪切刚度比较接近。     

土工格栅与砂垫层界面力学特性试验研究

筋土间相互作用是加筋土强度提高的根本原因,是土工合成材料加筋加固应用中的核心问题。通过室内拉拔试验,分析了法向应力、砂垫层厚度、土工格栅横肋间距3个因素对加筋体极限拉拔力的影响,从宏观角度揭示了筋土界面间的力学特性。结果表明:增设5 cm厚的砂垫层后,格栅的极限拉拔力得到显著提高;高法向应力下,砂垫层厚度对拉拔试验结果影响更显著;在土工格栅加筋软土体中,增大横肋间距会减小筋土界面摩擦角,但是对黏聚力影响不大;格栅网格形态是筋土界面特性的重要影响因素。     

新型多功能土-土工合成材料试验机在筋土相互作用研究中的应用

土-土工合成材料的相互作用是加筋机理研究中的重要问题,筋材性质是加筋土结构设计中的关键参数。为了真实模拟筋材在土中的受力条件,获得更符合实际的材料特性参数,深入探讨筋土相互作用规律,在原土-土工合成材料界面直剪试验仪的基础上,研制了新型的土-土工合成材料多功能试验机。该机采用双伺服电机控制及全自动数据采集系统,通过不同辅助手段和控制模式,可完成土-土工合成材料的界面直剪、拉拔、侧限约束拉伸以及侧限约束蠕变试验。采用不同类型的土工格栅和砂土进行了多项试验,对筋材与土的界面特性、以及筋材在约束作用下的拉伸特性和蠕变特性及其影响因素进行了探讨。试验成果充分验证了该机性能的稳定性和可靠性,为深入掌握筋土相互作用特性提供重要试验依据。     

粗糙度对结构物-细砂界面剪切特性的影响

下部基础与土体界面的剪切特性对于整个结构的安全施工至关重要,地基上部土层中多见砂土层,砂粒径大小和结构物表面粗糙程度会影响下部基础的受力特性,对于研究砂土层下部基础的侧摩阻力具有重要意义。利用改进后的直剪仪,进行粒组为0.075~0.150 mm,0.150~0.300 mm的砂与人造粗糙混凝土板、钢板的界面剪切试验,研究不同砂粒组、不同粗糙度、不同法向应力下的钢-砂和混凝土-砂界面抗剪强度和界面剪切强度指标。结果表明:界面剪切应力-剪切位移关系可用双曲线模型描述,试验峰值剪切应力与模型峰值剪切应力的比值为0.85~0.95;峰值剪切应力随法向应力和粗糙度的增大而增加,粒组Ⅰ的较粒组Ⅱ略大,混凝土-砂界面峰值剪切应力较钢-砂界面的大;对于未刻纹路的结构物-砂界面剪切面为一移动的水平面,刻有纹路的结构物-砂界面剪切面由间断的水平剪切面和动态曲形剪切面构成;界面摩擦角随粗糙度增大而增加,粒组Ⅰ的抗剪强度指标较粒组Ⅱ略大,钢-砂界面摩擦角集中在23°~28°,混凝土-砂界面摩擦角集中在25°~31°。研究成果可为砂土层桩侧摩阻力估计和数值模拟提供参考。     

苯板与土的界面摩擦特性试验研究

采用ZJ型应变控制式直剪仪与非散粒体摩擦角测定仪进行了苯板与土的界面摩擦特性试验,试验过程与结果表明:随正应力的增大,采用ZJ型应变控制式直剪仪测得的苯板水平变形、垂直变形增大产生的偏心作用增大,随着剪切位移增大苯板与细砂、黏土的接触面积减小,上下剪切盒的边界条件对结果影响也较大;采用非散粒体摩擦角测定仪所测苯板与细砂、黏土的界面摩擦角大小与竖向应力无关,只与它们之间接触面的粗糙程度有关,苯板在滑动过程中与细砂、黏土完全接触并且没有产生变形.     

基于GeoStudio渗流模拟的堤防堤身材料优选

华中地区某河经地质勘察,修建的堤防工程主要有3种不同地基(基层细砂、粉质土壤、中密夹砂粉质黏土)情况。利用GeoStudio 2012软件的SEEP/W模块对堤防工程进行渗流数值模拟,通过对比分析,筛选出不同地基条件下适合的堤身材料。模拟结果表明,堤防地基与堤身为基层细砂-粉质黏土、粉质土壤-黄土、中密夹砂粉质黏土-黄土3种组合时渗流路径分布最均匀且渗流稳定,堤防安全性最高;当堤防堤身与地基渗透系数相差较大时,易发生集中渗流。     

加筋土挡墙墙趾界面剪切刚度计算模型研究

在硬质墙面加筋土挡墙数值模拟中,墙趾界面参数的选取对模拟结果的正确性至关重要。然而,墙趾界面剪切刚度仅能通过混凝土界面剪切试验获取,其过程繁琐、周期长。开展大型剪切试验研究混凝土界面剪切刚度与界面摩擦角、正应力的关系,在此基础上提出墙趾界面剪切刚度计算模型,该计算模型的输入参数为墙高和墙趾界面摩擦角,其中墙趾界面摩擦角可通过简单的混凝土斜板试验获得。采用该计算模型为3组不同墙趾约束条件的加筋土挡墙数值模型选取了墙趾界面剪切刚度值。3组挡墙数值计算得出的筋材应变均与实测值相吻合,筋材拉力分布随墙趾约束条件的变化规律与已有的模型试验结果一致,证明了墙趾界面剪切刚度计算模型的可行性。     

悬挂式防渗墙的防渗效果初探

荆江大堤穿过江汉平原腹地,历来是湖北省防洪保安的重点.江汉平原地层结构均为第四纪全新统河湖相沉积,土层可分为若干层,但主要是上部为5～30m左右的软黏土层和下部厚度很大的粉细砂层,砂层顶板分布高程在13.5m左右.砂层由上至下颗粒结构由细变粗,由粉砂渐变到细砂或细砂夹小砾石.砂层分布走向基本为EW向,砂层为流状、中等密度、饱和湿度.为了解决荆江大堤的基础渗漏问题,确保大堤的度汛安全,该堤段大多采用了多种形式的防渗墙加后排水的方式.在荆州区弥市堤段上采用三管高压定喷灌浆法建造的4500延长米、面积为38000m2的防洪堤地下悬挂式垂直防渗墙,除采用随机抽样、开挖检查、作围井抽注水试验求K值、墙体取样试验等方法外,还在该堤段埋设了测压管,以此来研究防渗墙的效果和作用.     

适用于强结构性黏土的修正邓肯-张模型研究

土体的力学特性受结构性影响十分显著,结构性越强,破坏后变形越大,对实际工程影响越显著。目前对结构性土的特殊工程性质已有广泛认识,但如何用数学方法准确描述其强度和变形间的关系仍是主要研究内容。对分布在云南昭通地区的强结构性黏土进行了试验研究,结果表明:其结构屈服应力高达800 kPa,属于典型的强结构性土。根据常规三轴试验的应力-应变关系,将强结构性黏土的剪切变形划分为结构未破坏阶段、结构逐渐破坏阶段和结构完全破坏阶段;基于破坏过程,对传统邓肯-张模型进行修正,引入损伤比参数,建立适用于强结构性黏土的修正邓肯-张本构模型。对模型中的初始剪切模量、主应力差渐进值和剪切模量参数进行推导分析,各参数值与试验的土体剪切变形规律相符合;对已有结构性土的试验数据进行拟合分析,结果表明该修正模型可以较好地描述强结构性黏土的应力-应变特性规律。     

中细砂与有机玻璃界面剪切模型

为了研究试验材料与有机玻璃界面剪切特性,对中细砂-有机玻璃接触界面开展直剪试验,对比了不同法向应力下的应力-应变曲线,并以峰值强度为界限将曲线划分为峰前阶段和峰后阶段2部分,在此基础上,建立了适用于中细砂-有机玻璃界面的剪切模型,通过分析试验数据得到了模型参数,最后与实测数据进行了对比验证。结果表明:随着应变或剪切位移的增加,中细砂-有机玻璃界面上的剪切过程会表现出明显的应变软化特征,界面峰值强度和残余强度包络线可通过摩尔-库伦强度准则计算得到,对应的峰值摩擦角为28.3°,残余摩擦角为24.1°。利用研究得到的参数所构建的峰前与峰后模型能够较好地拟合实测数据,可为地质灾害物理模拟试验设计及材料接触界面剪切行为建模提供参考。     

河谷宽高比对高心墙坝黏土垫层剪切强度的影响

掺砾黏土高心墙堆石坝需要在心墙与坝基面接触部位设置纯黏土垫层, 以探讨心墙与坝基接触面处的应力状态和黏土垫层的剪切强度。三维有限元数值分析主要考虑了河谷宽高比的影响, 经计算得到心墙与坝基接触面处的应力分布, 并按莫尔-库伦强度准则评估黏土垫层的抗剪强度。结果表明, 心墙与岸坡接触面上剪应力和正应力大小随着坝高变化明显。正应力自坝顶向下大致呈线性增大, 在接近坝底附近达到最大值; 剪应力自坝顶向下先增后减, 最大值发生在坝底向上约1/5坝高处, 当岸坡角为45°左右时其值最大。根据抗剪强度准则, 心墙底面黏土垫层不会发生剪切破坏; 岸坡面中上部强度较低, 当岸坡角达到或超过45°时, 上部黏土垫层会发生剪切破坏。与对称河谷模型相比, 实际工程模型左岸岸坡中下部黏土垫层偏安全, 中上部以及右岸抗剪强度系数相近。据此, 给出了岸坡角45°临界值, 在岸坡坡角达到或超过45°的狭窄河谷中修建高心墙堆石坝时, 建议采取工程措施防止黏土垫层在相应部位发生大剪切变形以及剪切破坏。     

土工格栅与饱和细砂的界面特性试验研究

筋土界面特性是加筋土结构设计的重要技术指标,是揭示土工合成材料加筋机理的关键。采用GDS界面剪切仪研究了剪切速率、竖向应力及网孔尺寸对土工格栅与饱和细砂界面特性的影响。试验结果表明:剪切速率较小(≤1.0 mm/min)时,剪切速率对界面抗剪强度影响不大;剪切速率在1.0~10 mm/min范围内,随着剪切速率的增大,界面抗剪强度先增大后减小;界面抗剪强度随着竖向应力的增加而增大,竖向应力增强了土工格栅对土颗粒的嵌锁作用,限制了土颗粒的剪切移动,从而提高了土体的抗剪强度;剪切速率为1.0 mm/min,竖向应力较小(50~100 kPa)时,小网孔尺寸土工格栅加筋效果更明显;剪切速率为0.1 mm/min,竖向应力较大(200~300 kPa)时,大网孔尺寸土工格栅加筋效果更明显。研究结果对土工格栅在加筋土中的应用具有参考价值。     

广州南沙区软土分布特征及工程性质

基于高密度均匀分布的4 280个钻孔资料,结合广州海岸变迁史及¹⁴C测年试验成果,深入研究了广州南沙区软土的空间分布特征。并依据成因时代和沉积环境,将南沙软土划分为两大层,其中上层为全新世软土层,¹⁴C年龄约为1 500~8 500 a;下层为更新世软土层,¹⁴C年龄约为34 000~45 000 a。同时对南沙区软土基本物理力学参数进行了统计和分析,对比研究了上下两层软土工程性质的差异。研究结果表明:南沙软土分布面积约718 km²,占全区总面积的91.6%,平均厚度15~20 m,普遍具有含水量高、孔隙比大、抗剪强度低、压缩性强、渗透性弱等特点;相较于下层软土,上层软土的厚度、含水率、孔隙比、压缩系数更大,抗剪强度更低,粉细砂含量较少。     

反滤层粒度组成及厚度对大坝渗流特性的影响

反滤层的粒度组成和反滤层厚度及其结构对大坝渗流特性具有显著的影响。针对某黏土心墙砂砾石坝,设计了黏土心墙两侧反滤层材料的颗粒级配范围线（上、下包线）,配制了材料颗粒级配,并对其进行了4组渗透变形试验,获得了试验材料的临界坡降、渗透系数和渗透破坏形式。根据渗透试验结果和双层反滤结构,采用有限元数值方法对两层反滤料厚度的11种组合（厚度变化范围为0.5~2.5 m）的大坝渗流特性进行了模拟分析。结果表明:（1）反滤层的第一层粒度较细,包线内土料粒度由细变粗时,对渗透系数的影响较小,对临界坡降和破坏坡降的影响较大,且破坏类型由流土变为管涌形式;第二层反滤砂砾石颗粒较粗,且粒径5 mm以下细颗粒含量很少,渗透特性取决于粗粒材料的含量,为过渡型破坏类型。（2）当双层反滤层总厚度不变（厚度3 m）时,改变反滤层的厚度组合和粒度组合,对大坝单宽渗流量和心墙出逸点高程的影响较小。第一层反滤料厚度从0.5 m增加到2.5 m,心墙和反滤料的出逸比降均呈非线性增长,第一层反滤料出逸比降增幅为92.7%,第二层反滤料的出逸比降增幅为70.0%。第一层反滤料粒度变化比第二层反滤料粒度变化对心墙和反滤料出逸比降的影响小。（3）反滤层厚度保持3 m时,建议第一层反滤料厚度取1.0~1.5 m,相应地第二层反滤料厚度取2.0~1.5 m;粒度组成选取两层反滤料都靠近下包线位置,即粒度较粗为最优。     

粉细砂与混凝土接触面强度影响因素显著性分析

土与混凝土接触面剪切强度是研究土与混凝土接触面力学特性的重要参数,是解释土与混凝土相互作用问题的理论基础,为探究含水率、干密度及法向应力对粉细砂与混凝土接触面剪切强度的影响,开展不同含水率、干密度及法向应力工况下粉细砂与混凝土接触面直剪试验研究.结果表明:三种试验因素对粉细砂与混凝土接触面剪切强度影响的主次顺序为法向应...     

颗粒级配对珊瑚砂微生物固化影响研究

对不同颗粒级配的珊瑚砂试样在相同条件下进行了微生物固化试验,研究颗粒对细菌的吸附性、固化体无侧限抗压强度与渗透系数、干密度增量的关系及内部碳酸钙的微观分布,分析颗粒级配及初始孔隙比对固化效果的影响。试验结果表明:低孔隙比试样对细菌的吸附性更好,适中的孔隙比能保证砂颗粒对细菌的吸附性与渗透性达到最优平衡;固化体无侧限抗压强度在1 MPa^3 MPa范围内,应力-应变曲线均为软化型,颗粒错动与薄弱结构面导致阶段性应力峰值的出现;抗压强度随干密度增量的增加而增大,随渗透性增大而减小,孔隙比约为1的级配不良试样固化效果最好;固化后孔隙比高的级配良好试样颗粒间碳酸钙黏结较少,孔隙比低的级配不良试样颗粒表面碳酸钙包裹覆盖更好,颗粒间碳酸钙分布更连续均匀。     

沉积方向对饱和密砂力学特性的影响

沉积方向对土体强度的影响对于研究初始各向异性而言具有重要意义。基于砂土颗粒的毛细效应提出一种试样制备方法,制备若干组具有不同沉积方向的密砂试样。通过系列三轴固结排水剪切试验研究沉积方向对强度、体变的影响,并拟合得到沉积方向和峰值强度的关系公式。研究表明:沉积方向夹角在0°~90°范围内对峰值强度和体变的影响比较显著,当沉积方向夹角与试样破坏面方向(45°+_φ/2)接近时,剪切带形成得更早,试样更容易达到破坏,所对应的峰值强度更低,达到峰值和残余状态更早。依据试验结果拟合得到沉积方向夹角和峰值强度的关系公式,公式预测结果与试验结果吻合度在不同围压条件下均较高。研究结果为研究砂土的初始各向异性力学特性提供了有益的方法。