原状膨胀土直剪特性研究

详细介绍了由长江科学院引进的国内第一台GDS非饱和土直剪系统(UBPS)的结构、功能及特点,开展了相应的标定工作,并利用它对河南南阳原状中膨胀土的剪切性状开展了一系列的直剪试验研究工作,得到以下初步研究成果:土样在较低的吸力(<100 kPa)下,基本上表现出剪切硬化的趋势,且强度峰值不明显;当吸力较大时,则表现出剪切软化的趋势,表现出明显的峰值强度;非饱和中膨胀土的黏聚力在低吸力范围内随吸力线性增大,这表明非饱和土双变量强度理论适用于原状中膨胀土。由于原状土的裂隙及铁锰结核分布不均匀,选择干密度相近、无明显裂隙的原状土样进行分组试验对于其抗剪强度指标的确定至关重要。     

原状和重塑软土力学特性的比较研究

为了研究结构性对土的力学特性的影响,对上海淤泥质软黏土的原状样和重塑样进行了等向压缩、排水剪切试验。试验结果表明:在固结压力相同时,原状样比重塑样具有更大的孔隙比、压缩指数Cc和膨胀指数Cs;原状样的应力—应变—体变曲线与剪切围压密切相关,而重塑样的应力—应变—体变曲线却不受剪切围压影响;相同剪切围压时,得到的重塑样强度高于相应原状样的强度,这是由于原状样的孔隙比大于重塑样的孔隙比造成的。     

基于大型剪切试验的西藏某露天矿高原碎石土力学特性研究

高原碎石土由于其力学成因较特殊,因而具有大颗粒多、联结力很小的特点。大型矿山的边坡失稳绝大多数是由于剪切破坏引起的,准确把握岩土体强度特性是稳定性分析与治理工程设计的关键。岩土体剪切强度试验方法主要根据工程需要和土体特点来选用,根据大试样尺寸、且不失碎石土本身结构的原则,进行了原状碎石土样以及和原状土相同干密度、不同含水率、含有不同量石灰重塑样以及和原状样具有相同状态的重塑样的大型直剪试验与常规的应变控制式的小型剪切试验,通过试验结果对比揭示岩土的结构性强度特征。     

膨胀土裂隙面抗剪强度及影响因素试验研究

裂隙性是膨胀土区别于其他黏土的重要特性之一,裂隙对其自身的抗剪强度及边坡稳定具有控制作用。以邯郸南水北调中线工程段原状膨胀土为试样进行裂隙面强度试验,选取平直裂隙面的原状样开展直剪试验,并通过三轴试验对不规则形态的裂隙面剪切进行完善,同时与不含裂隙原状土样的反复直剪成果对比;在原状样基础上通过人工模拟裂隙面的方法进一步探究单一裂隙面倾角和充填黏土厚度对抗剪强度的影响。结果表明:裂隙间灰白色黏土的性质和组成等异于两侧土,其高含水率、高蒙脱石含量以及颗粒的定向排列等,导致膨胀土裂隙面强度远低于两侧无裂隙黄褐色膨胀土的峰值强度,接近残余强度;裂隙面强度随着裂隙倾角(30°~60°)和充填黏土厚度的增加而减小,裂隙面倾角的影响表现得更为突出。     

武汉地区老黏性土的结构性试验研究

武汉老黏性土是一种结构性强、超固结、裂隙节理发育的硬塑黏土。从武汉市汉阳某基坑取得原状土样,进行一维固结试验、无侧限抗压试验和常规三轴不排水剪等试验,然后制备重塑土样做对比测试,以揭示老黏性土的结构性。对比相同条件下的三轴试验结果发现:重塑土的黏聚力明显低于原状土,剪切过程中原状土试样普遍表现为应变软化而重塑试样则为应变硬化;原状样比重塑样更容易出现剪胀现象,并且原状土样在较低围压下固结时,其剪切后期均出现负孔隙水压力,表现出明显的剪胀现象。     

相同剪切波速的原状与重塑饱和松散粉土的抗液化强度

采用剪切波速与振动三轴联合试验装置,研究了具有松散结构的原状和重塑饱和粉土抗液化强度之间的相关性。结果表明,具有松散结构的原状与重塑饱和土样的振动应变随振动次数的变化趋势是一致的。如果把重塑饱和土样的初始剪切波速恢复到原状饱和土样的初始剪切波速,重塑土样的抗液化强度也被恢复到原状土样的抗液化强度。此时,原状与重塑土样的抗液化强度与抗液化强度曲线之间的相关系数大于0.89,而且这种良好的相关性与确定破坏振次的液化判别标准无关。这里的研究结果支持饱和松散试验土样的初始剪切波速可以作为控制其抗液化强度的一个关键参数。     

结构性软土力学特性的试验研究

对扰动程度不同的原状样和重塑样分别进行单向固结试验和固结排水及不排水三轴剪切试验,研究结构性对上海软土的变形、强度特性的影响。压缩试验结果表明:结构性强的原状样具有明显的结构屈服应力,结构性一般的原状样,结构屈服应力不明显;原状样比重塑样具有更大的压缩指数Cc和膨胀指数Cs。剪切试验结果表明:相同固结压力下,结构性强的土样强度不仅低于结构性弱的土样强度,而且低于重塑样的强度。这是由剪切时土样的孔隙比差异造成的。若消除孔隙比的影响,则结构性将使原状样具有更高的强度,且结构性越强,土体强度越高。     

天然沉积结构性黏土的不排水强度性状

通过对福州天然沉积黏土原状样及不同初始含水率重塑样进行三轴固结不排水剪切试验,探讨土结构性对天然沉积黏土强度性状的影响规律及作用机理。研究结果表明：结构性对天然沉积土固结不排水抗剪强度的作用程度受固结压力大小影响可以分为3个阶段：固结压力小于屈服压力阶段,不排水抗剪强度主要由土结构性控制,与应力水平基本无关;土结构逐渐屈服阶段,固结压力大于屈服压力,不排水抗剪强度随固结有效应力的增大逐渐趋于重塑样的强度线;土结构性影响消失阶段,原状样的不排水抗剪强度随固结有效应力的增长规律与重塑样相同。     

吸力对非饱和膨胀土抗剪强度及剪胀特性的影响

利用非饱和土直剪仪进行原状样和压实样的控制吸力直剪试验以研究吸力对非饱和膨胀土抗剪强度和剪胀性状的影响。试验结果表明:该膨胀土原状样和压实样的剪胀势随着吸力增加而增大。吸力对该膨胀土抗剪强度的贡献可归结于两种不同的机理:①吸力使得土体中粒间有效应力增加;②吸力对土体剪胀势的贡献。由于吸力对土体剪胀势的贡献,吸力对该膨胀土峰值强度的贡献大于其对峰后软化强度的贡献。当吸力相同时,原状样的峰值强度和剪胀势均高于压实样,这与原状样中铁锰结核的胶结作用有关。吸力对该膨胀土抗剪强度的贡献高于压实高岭土。     

黄土塬地区非饱和结构性黄土的强度特性研究

为了揭示黄土塬地区非饱和原状及重塑黄土的结构性强度特性的有关规律,完善非饱和土的非线性模型,获得关于黄土塬地区非饱和黄土的变形和强度特性及相关参数,以陇东Q3原状及重塑黄土为对象开展试验研究,对不同初始吸力及不同净围压下的非饱和黄土进行了三轴固结排水剪切试验,研究了黄土塬地区非饱和原状及重塑黄土的变形特性、临界状态、强度参数及吸力变化特性。研究结果表明:原状黄土的剪切破坏表现出明显的剪缩现象,重塑土试样的变形出现剪胀和应变软化现象,剪切变形会出现明显的剪切带现象;不同初始吸力下,原状土偏应力与体应变临界状态线均成线性关系,而非饱和重塑黄土体应变受干密度的影响较大,试验过程中,较大干密度的试样出现了先剪缩后剪胀的现象;非饱和黄土的抗剪强度受基质吸力的影响,非饱和原状黄土的黏聚力随吸力的增大而增大,有效内摩擦角受吸力影响较小,可近似为一常数,非饱和重塑黄土的强度受基质吸力和干密度的影响较大,但对内摩擦角的影响较小;试验得出黄土塬地区非饱和原状及重塑黄土的强度参数,且求得的原状土参数K比重塑土参数K受吸力的影响更大。     

砂土剪胀剪缩特性及其对抗剪强度的影响

为了研究饱和砂土的剪胀剪缩特性及其对抗剪强度的影响,选取滹沱河细砂,利用空心圆柱扭剪仪较系统地开展了一系列不同初始密度、不同固结压力条件下的排水与不排水纯扭剪试验研究,在总应力保持不变的情况下研究了砂土的剪胀剪缩特性,着重探讨了在排水与不排水试验中,不同密度和不同有效围压的砂土在单调剪切荷载作用下的应力-应变关系、硬化与软化、土体的剪胀剪缩以及强度等特性。结果表明:砂土密度和固结压力对砂土剪胀剪缩特性具有显著的影响;砂土的剪胀剪缩特性对砂土的排水、不排水强度以及应力-应变关系产生显著的影响;由于剪胀剪缩特性的影响,砂土的不排水抗剪强度甚至可能高于排水抗剪强度;研究成果可为今后砂土的本构模型和数值模拟提供试验资料。     

组合钢板剪力墙受剪性能分析

改进型组合钢板剪力墙(I-CSPW)和防屈曲钢板剪力墙(BR-CSPW)均由边缘框架、钢板和与钢板用螺栓连接的混凝土板构成,但BR-CSPW在混凝土板上预留了比螺杆直径大的孔。进行了两种组合钢板剪力墙的低周反复加载试验,研究了I-CSPW和BR-CSPW在水平往复荷载作用下的破坏模式、承载力、抗侧刚度、耗能能力和延性。利用ABAQUS软件建立有限元模型,通过变化钢板和混凝土板的厚度,考察两种组合剪力墙在水平荷载作用下的承载力、抗侧刚度及混凝土损伤的差异。结果表明,随着钢板厚度增大,I-CSPW的混凝土板损伤发生时间提早,损伤程度增大。相反,钢板厚度的增大却能延迟BR-CSPW的混凝土板破坏。为抑制钢板屈曲,BR-CSPW所需的混凝土板厚度较I-CSPW小。     

砼抗剪强度和剪切变形的研究

抗剪强度和剪切变形是砼的基本力学性能,又是强度理论研究和有限元分析的重要数据。本文用有限元方法分析了现有几种抗剪试件的应力状态,论证了破坏剪切面上的剪应力分布不均匀,且存在数倍于剪应力的正应力,因而不能给出准确的砼抗剪强度值。作者设计了四点受力等高变宽梁的抗剪试验方法,试件跨中剪切面接近纯剪状态,故给出的抗剪强度较为可靠。按此方法进行了不同强度(f_cu=17～64MPa)砼的试验,测定了抗剪强度和峰值应变,研究了它们与抗拉、抗压强度的关系,建议了剪应力-应变曲线方程,以及剪切模量的计算式。     

增设可恢复功能剪力墙加固框架的剪力分析

可恢复功能剪力墙可与框架形成框架-摇摆剪力墙结构或框架-自复位剪力墙结构,从而有效提升框架结构的抗震性能,避免薄弱层的出现.目前已有少量增设可恢复功能剪力墙加固既有框架结构的工程应用.为研究增设可恢复功能剪力墙加固框架的影响,首先提出了框架-可恢复功能剪力墙的分布参数模型,在此基础上使用模型对加固前后框架分担的剪力进行了对比分析.结果表明,均布外荷载作用下,在低楼层,加固后框架承受的水平剪力小于加固前框架;而在高楼层,加固后框架承受的水平剪力则大于加固前框架,该抗剪需求缺口受刚度特征值λ和Rf(反映墙体底部约束程度与剪力墙刚度相对关系的特征值)影响.     

剪切荷载作用下锚杆抗剪作用理论分析

为了分析剪切过程锚杆轴力和横向剪切力相对结构面换算的抗剪贡献影响程度,在经典梁理论的基础上,推导了锚杆抗剪力计算公式,并采用加锚结构面直剪试验验证了计算公式的可靠性。在此基础上,通过正交试验设计方法研究影响因素对锚杆轴力、横向剪切力相对结构面抗剪贡献的敏感程度。结果表明:锚杆抗剪理论计算与室内试验结果吻合较好;锚杆倾角是影响锚杆轴力相对结构面换算抗剪力的主要因素;锚杆需要一定变形才能调动起直径对轴力抗剪效应的影响;锚杆倾角是影响横向剪切力相对结构面换算抗剪力的最主要因素,围岩强度次之,剪切后期结构面剪胀系数的影响程度又大于围岩强度;直径对锚杆横向剪切力相对结构面换算抗剪力的影响程度最小。     

国产材料木框架墙体抗剪性能研究

以进口OSB板、国产胶合板、国产花旗龙板为墙面板,进口SPF和国产杉木为墙骨,设计制作5组木框架墙体试件,通过静力单向荷载试验和低周循环荷载试验测试木框架墙体抗剪性能,研究了不同材料组合对木框架墙体抗剪强度、弹性抗侧刚度、极限位移、耗能的影响.结果表明：采用国产胶合板的墙体具有良好的抗剪性能,可应用于剪力墙制作,而采用国产花旗龙板的墙体其抗剪性能较差,建议在实践中仅作为强度储备;采用国产杉木墙骨柱的墙体其抗剪性能稍劣于采用SPF墙骨柱的墙体;与标准墙相比,采用国产杉木和国产胶合板制作的墙体其抗剪性能明显降低.     

混凝土砌块剪力墙抗剪性能的试验研究

根据１１片砌块剪力墙在单调加载条件下的试验研究,在分析了正压力及剪跨比对墙片抗剪性能的影响的基础上,结合国内外同类课题的试验数据提出了砌块剪力墙抗剪承载力的公式。     

陶粒混凝土梁的受剪性能及其承载力研究

为研究混凝土强度等级提高后陶粒混凝土梁的受剪性能及其承载力,进行了10根高强陶粒混凝土梁的抗剪试验,并对陶粒混凝土梁的受力性能进行了分析。在对试验结果分析的基础上,提出了集中荷载作用下陶粒混凝土梁斜截面受剪承载力的计算公式;并应用《建筑结构设计统一标准》(GBJ68-84)的一次二阶矩法,对该计算公式进行了可靠度分析。分析结果表明,该计算公式满足《建筑结构可靠度设计统一标准》(GB50068-2001)的要求。     

工字梁腹板和钢板剪力墙剪切屈曲系数分析

目前工字梁腹板和钢板剪力墙抗剪设计中分别假定翼缘和周边框架为钢板提供简支约束,再通过乘以1.23的嵌固系数来考虑周边构件的约束作用,而不考虑翼缘或周边框架的刚度。本文对剪切荷载作用下工字梁腹板和钢板剪力墙的弹性屈曲进行了有限元分析,指出与周边构件扭转刚度和钢板弯曲刚度的比值有关的参数β可以准确地衡量周边构件对钢板的约束程度。在对1000多个模型计算结果分析的基础上,给出了工字梁腹板和钢板剪力墙剪切屈曲系数随参数β的变化规律。     

配筋砌块砌体剪力墙抗剪承载力研究

对配筋砌块砌体剪力墙抗剪承载力进行了理论分析和试验研究。在综合分析影响配筋砌块砌体剪力墙抗剪承载力的各种因素的基础上 ,按结构可靠度设计原则 ,提出了配筋砌块砌体剪力墙抗剪承载力的设计计算公式。其计算结果与试验结果吻合较好。