粉土–混凝土接触面冻结强度试验研究

土与结构物接触面冻结强度是寒区构筑物基础切向冻胀力计算及抗冻拔模型建立的重要参数。为解释土与结构物接触面冻结强度形成机制,探究其影响因素及变化规律,针对粉土–混凝土接触面开展多种含水率、温度及干密度条件下的正交直剪试验研究。试验结果表明:(1)试验设计的控制因素对抗剪强度影响的主次顺序为:含水率>温度>干密度,低温、高含水率、低干密度条件下,接触面的抗剪强度试验达到最佳;(2)含水率、温度对接触面的抗剪强度影响显著,接触面抗剪强度随含水率及温度绝对值的增大而增强,且二者对接触面抗剪强度的影响具有交互作用;(3)随法向压力增大,含水率对接触面抗剪强度的增强作用逐渐变小,而温度对接触面抗剪强度的增强作用仍能得到提高。基于试验结果进行讨论,给出了土与结构物接触面冻结强度形成及破坏机制的一种解释,研究结果可为切向冻胀力计算和抗冻拔模型的建立提供参考。     

冻融循环对冻土-混凝土界面冻结强度影响的试验研究

为研究冻融循环作用对冻土-混凝土界面冻结强度的影响,对不同冻融循环次数、法向应力、试验温度及土体初始含水率条件下的冻结界面进行了系列直剪试验,研究经历冻融循环后界面峰值剪切强度、残余剪切强度及强度参数的变化规律。试验结果表明:冻融循环对界面剪切应力与水平位移曲线形态影响很小,经历20次循环后曲线仍是应变软化型。冻融循环对峰值剪切应力的影响强于对残余剪切应力的影响,表明其对界面胶结冰含量产生影响。当土体初始含水率较低且温度较高时,冻融循环使界面峰值剪切强度增加,但变化量较小。然而在含水率较高(20.8%)及试验温度较低时(-5℃),峰值剪切强度随着冻融循环增加而降低。因此在土体含水率较高且冻结温度较低时,对于发生小变形的冻结界面需要重视冻融循环对峰值剪切应力的影响。不同初始含水率、试验温度下冻融循环对残余剪切强度的影响较小且变化规律不明显。在试验温度为-1℃,-3℃,-5℃时,峰值黏聚力随冻融循环增加分别表现为增加、波动和下降,推测是由于界面胶结冰含量不同而引起。峰值摩擦角和残余摩擦角随冻融循环次数增加略有变化。     

人工冻结砂土与结构接触面冻结强度试验研究

 为探究人工冻结砂土与结构接触面冻结强度影响因素及其规律,揭示冻结强度形成机制,利用自行研制的大型冻土直剪仪开展冻结强度试验研究。结果表明：人工冻结砂土与结构接触面冻结强度受接触面温度、法向应力、粗糙度等因素影响显著;冻结强度均随接触面温度降低而增大,其中极限冻结强度随接触面温度降低而线性增大,残余冻结强度随接触面温度变化呈现持续稳定、先波动后稳定及循环波动3种典型规律;冻结强度均随法向应力增大而增大,其中极限冻结强度与法向应力关系符合莫尔–库仑定律,残余冻结强度随法向应力变化呈现同样3种典型规律;冻结强度均随粗糙度增大而增大,其中极限冻结强度与粗糙度满足对数函数关系,残余冻结强度曲线波动式循环周期随粗糙度增大而增大。进一步揭示接触面冻结强度形成机制,并对残余冻结强度呈现黏滑现象作出合理解释。通过接触面冻结强度多影响因素综合分析,给出极限冻结强度与接触面温度、法向应力、粗糙度的经验公式,可用于预测极限冻结强度值。     

重塑膨胀土抗剪强度的试验研究

通过直剪试验研究了重塑膨胀土在相同的干密度、不同含水量和加荷等级情况下的抗剪强度,并据此分析了含水量、各法向压力对重塑膨胀土抗剪强度的影响。     

粗粒土强度特性及颗粒破碎试验研究

利用大型多功能界面剪切仪对粗粒土进行大型直剪试验,并针对粒径范围在20～50 mm及10～20 mm的特殊试样进行两组对比试验,对粗粒土的力学特性及强度参数进行分析;试验结束后对所有试样进行颗粒筛分,总结颗粒破碎规律。结果表明:粗粒土属于剪切硬化型材料,不良级配材料强度非线性特性明显,呈现较大假黏聚力,摩擦强度变化较小;筛分分析表明,颗粒破碎率随法向应力增加明显增大,二者符合双曲线关系,其拟合参数与级配及颗粒尺寸等密切相关。     

郑开下穿越工程非饱和土强度特性试验研究

利用气相法和渗吸法获取了郑开工程由于降水施工引起的非饱和砂质粉土和粉质黏土的土-水特征曲线,特征曲线显示,两种非饱和土的减饱和过程都具有明显的阶段特征.然后根据土-水特征曲线,对两种非饱和土进行了直剪试验研究,得到如下结论:在低吸力范围内非饱和砂质粉土和粉质黏土的抗剪强度与吸力基本上呈线性增长关系,并得到两种非饱和土的抗剪强度参数φb分别为8.5°和4.9°.该工程非饱和土强度特性的室内试验研究,为工程地表沉降控制和掌子面稳定性分析等提供了重要的基本数据和理论参考.     

郑开下穿越工程非饱和土强度特性试验研究

利用气相法和渗吸法获取了郑开工程由于降水施工引起的非饱和砂质粉土和粉质黏土的土-水特征曲线,特征曲线显示,两种非饱和土的减饱和过程都具有明显的阶段特征。然后根据土-水特征曲线,对两种非饱和土进行了直剪试验研究,得到如下结论：在低吸力范围内非饱和砂质粉土和粉质黏土的抗剪强度与吸力基本上呈线性增长关系,并得到两种非饱和土的抗剪强度参数φ^k分别为8．5°和4．9°。该工程非饱和土强度特性的室内试验研究,为工程地表沉降控制和掌子面稳定性分析等提供了重要的基本数据和理论参考。     

土与混凝土接触面大型直剪试验方法研究

土与结构接触面直剪试验是研究接触面力学特性的有效途径,在常规直剪仪的基础上改进了混凝土制备方法,即分别制作混凝土垫块和面块,预埋吊装钢筋,并以三峡库区碎石土为研究对象,开展了一系列不同法向应力和不同初始含水率条件下的碎石土与混凝土室内大型直剪试验,得到了其接触面力学特性的变化规律,试验结果表明该试验方法方便可行,可为土与结构相互作用大型直剪试验研究提供一定的参考。     

节理峰值抗剪强度试验研究

 节理的三维形貌特征是影响节理剪切力学行为的重要因素。为了深入研究三维形貌特征对岩石节理峰值抗剪强度的影响,制备花岗岩和红砂岩人工劈裂岩石节理试样,并在常法向应力条件下进行了两种岩样节理的直剪试验,法向应力变化范围为0.325～8.0 MPa。在直剪试验前对节理表面形貌进行测量,并计算其三维形貌参数最大接触面积比A0、最大有效剪切倾角 和粗糙度参数C。通过对三维形貌参数和直剪试验结果的分析,基于三维形貌参数最大有效剪切倾角 和粗糙度参数C,建立了节理峰值抗剪强度模型。最后,引用Grasselli的30组直剪试验数据对模型进行验证计算,并结合本文的20组试验数据与Grasselli和夏才初的节理强度模型进行对比分析,结果表明新模型有合理的改进,而且能够很好的预测节理的峰值抗剪强度。     

桥基岸坡土体剪切强度特性试验研究

为研究对某桥基岸坡稳定性起重要影响的粉质黏土的剪切强度特性和力学参数,对原状土进行了不同含水状态下的大型原位直剪试验。试验结果表明：原状土的变形破坏模式呈蠕塑性破坏。饱和和天然状态下原状土的抗剪断峰值强度参数分别为φ=17.1°,c=22.1 kPa和φ=20.6°,c=29.3 kPa;饱和状态下土的剪切强度参数比天然状态下降低20%左右;试验结果为该桥基岸坡稳定性分析计算提供取值依据。     

冻土与结构接触面冻结强度压桩法测定系统研制及试验研究

为探究冻土与结构接触面冻结强度影响因素及其影响规律,依据接触面冻结强度传统定义,应用压桩法原理研制冻土与结构接触面冻结强度测定系统,并利用该系统开展多影响因素条件下接触面冻结强度测定试验研究。试验研究表明:冻土与结构接触面冻结强度呈现脆性破坏及应变软化,残余强度呈周期性波动及衰变等典型特征;冻土与结构接触面冻结强度受接触面温度和粗糙度影响显著,在试验温度范围内,分别呈线性和对数函数关系。利用埋设于抗压桩身侧面的微型土压力传感器,揭示了接触面压应力沿桩身分布规律,以及接触面压应力随冻结时间、剪切位移变化规律,并将其与接触面温度、冻结强度等变化规律进行对比分析和验证。     

非金属锚杆界面粘结强度试验研究

为解决岩土锚固工程中钢锚杆的腐蚀问题,自20世纪90年代起,国外开始采用纤维塑料筋这种非金属锚杆来替代传统的钢锚杆。纤维塑料筋具有抗拉强度高、抗腐蚀性能优良、容重小、热膨胀系数与混凝土和水泥砂浆相似等优点。在国内首次开展了纤维塑料筋锚杆的试验研究,基于63个试件的拔出试验,对纤维塑料筋锚杆与多种环境介质之间的界面粘结强度进行较为系统的研究,研究表明,纤维塑料筋锚杆具有较高的界面粘结强度。这一结论可为纤维塑料筋锚杆在岩土锚固工程中的应用提供依据和参考。     

混凝土材料剪切强度的试验研究

目前在水利、岩土、隧道、石油等工程中混凝土材料处于塑性状态,需要按弹塑性理论来分析计算,因此必须知道衬砌混凝土材料的剪切强度参数,即黏聚力c与内摩擦角φ,但目前国内尚无确定的统一方法和标准。借鉴岩土抗剪强度试验原理,在现有试验设备条件下,提出将直剪试验与单轴抗压试验相结合的方法来测试混凝土的剪切强度。通过对不同强度等级混凝土进行室内试验,得到相应强度等级混凝土剪切强度指标c、φ值,同时利用理论公式和有限元超载法对不同等级混凝土剪切强度进行理论与数值验证,结果表明本研究提出的抗剪强度试验方法与剪切强度指标是基本准确可靠的。     

高聚物锚固体与粉土间黏结性能试验研究

以竖向高聚物注浆锚杆为对象,对高聚物锚固体与粉土间的黏结性能进行了大量试验,详细研究了锚固体直径、密度、长度对黏结强度的影响;同时研究了不同锚固体长度下黏结应力的分布情况,及其在不同荷载作用下的变化规律。试验结果表明：钻孔孔径、锚固体密度、锚固体长度对黏结强度均有重要影响：黏结强度随锚固体密度的增大而增大,在小密度情况下增幅更为明显;黏结强度随锚固体长度的减小而增大,短锚固长度（2.5～ m）下土体的抗剪强度几乎能完全发挥,长锚固体（5 m）时仍具有较长的有效黏结长度;黏结强度基本随孔径的增加而减小。高聚物锚杆有较显著的黏结应力集中分布现象,主要黏结区域随着荷载增大逐渐向底部转移和扩大。     

饱和、非饱和有机质粉土抗剪强度的对比

通过对饱和–非饱和淤泥土的抗剪强度和土–水特征曲线SWCC测试,以及利用SWCC对非饱和淤泥土的抗剪强度预测,结果显示了饱和土的抗剪强度τsat小于非饱和土的抗剪强度τunsat,预测与实测的非饱和抗剪强度基本一致,并且非饱和抗剪强度随基质吸力ψ增加而增大,也反映了野外现场的物理条件和应力状态对细颗粒土的性质有重要影响。     

两种介质接触面剪切力学性能的试验研究

采用直剪试验研究一体两介质和两体两介质接触界面力学性能的影响,以砂浆和混凝土构造宽度方向一致不同形状因子λ的不规则接触面,用以模拟工程体和地质体的相互作用。根据直剪试验,分析了一体两介质试件和两体两介质试件的破坏状态及应力–位移曲线,得到结论:界面黏结力和正应力对两介质接触面的力学性能有很大影响;形状因子λ在中低等法向力下对于两体两介质接触面的剪切力学性能有着重要的影响,在高法向应力下接触面的剪切力学性能则由弱介质的强度等因素决定;由于破坏的状态和受力的方式不同,在中低等法向力下,一体两介质的峰值抗剪强度大于两体两介质的峰值抗剪强度;在高法向应力下,恰恰相反。