粗糙度对混凝土–砂土接触面力学特性的影响试验研究

为探究粗糙度对混凝土–砂土接触面力学特性的影响规律,开展不同粗糙度条件下的混凝土–砂土接触面大型直剪试验。根据钻孔灌注桩成孔后的孔径–深度曲线,采用概率统计分析的方法获得混凝土结构凸出尺寸的分布频率。基于此,分别构建表面"光滑"和"规则型"凹槽的混凝土板用于模拟实际工程中混凝土结构表面的粗糙度。提出可考虑凹槽几何参数、槽内土体扰动深度和槽宽修正的粗糙度(R)计算方法。试验研究结论如下:(1)对于平均粒径D500.7 mm的粗砂和细砾,其剪切带厚度约为5D50;(2)对于"规则型"凹槽的混凝土–砂土接触面,其峰值应力比随lgR近似呈线性增长;峰值、残余应力比均随法向应力的增加而减少。(3)接触面剪胀角随粗糙度的增加而增大,随法向应力的增加而递减。高法向应力抑制剪胀,并弱化粗糙度对剪胀的影响。(4)归一化接触面峰值摩擦因数Ep随lgR的增加而线性递增,当R增至0.70 mm时,Ep1,说明由于"被动阻力"的存在,砂土的自身切剪强度不是"规则型"混凝土–砂土接触面剪切强度的上限。     

土与混凝土接触面的动力剪切特性

<正>一、前言 土工结构物的接触面性质对结构物的变形和稳定有着重大影响。目前接触面的强度特性已有较多的试验资料,并已用于结构的稳定分析之中,而对接触面变形特性的研究则很不够。在动力分析中,接触面的处理大多采用两种材料变形完全协调的假定,主要原因之一就是缺少接触面的动力特性资料。Desai等曾用多向周期剪力仪(CYMDOF)进行了接触面的动力试验,建立了接触面的本构模型--修正的Ramberg-Osgood模型,并在试验基础上提出了用于数值计算的模拟接触面的薄层单元。但由于已有的工作所用的试验装置大多是直剪     

砂土-混凝土界面剪切特性实验研究

对于桩基础,侧摩阻力的发挥对其承载性能的发挥有重大影响,研究土与混凝土接触面的剪切特性的影响因素具有重要意义。采用直剪仪开展了砂土-混凝土界面的剪切试验,以表征砂土-混凝土界面在不同含水率及法向应力条件下的界面剪切特性。结果表明：砂土-混凝土接触面剪切位移曲线符合对数-双曲线模型,在法向应力较大时接触面剪切位移曲线呈硬化型;界面剪切破坏符合Mohr-Coulomb破坏准则;接触面的抗剪强度及摩擦角均随土体含水率的提高而降低。     

接触面粗糙度对黏性土-混凝土界面剪切特性影响研究

通过大型恒刚度直剪仪,研究粗糙度对黏性土-混凝土界面剪切力学性能的影响。对粗糙度为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ4个等级的混凝土界面分别施加25,50,100,150 k Pa的法向应力,探寻界面粗糙度对黏性土-混凝土界面剪切应力和强度参数的影响规律。结果表明:界面剪应力-剪切位移曲线呈现折线形和双曲线形,应变软化现象较明显;界面法向应力越大,最大剪应力和破坏剪切位移越大;界面粗糙度等级越高,最大剪应力和破坏剪切位移越大,在法向应力为150 k Pa时,Ⅳ级界面和Ⅰ级界面曲线达到峰值时,最大剪应力分别为94.57,67.14 k Pa,最大剪应力的破坏剪切位移分别为15.80,10.42 mm;Ⅳ级界面摩擦角和黏聚力分别是Ⅰ级界面的1.3,1.46倍,界面粗糙度等级越高,界面摩擦有效系数和黏聚力有效系数越大。     

混凝土表面粗糙度对桩土接触面剪切特性影响试验研究

桩侧表面粗糙程度是决定桩土接触面力学特性的主要因素之一,其对桩侧摩阻力的发挥具有重要影响。为研究桩侧表面粗糙度对桩土接触面剪切特性的影响,制作不同粗糙度的混凝土板模拟桩侧表面,并给出了混凝土表面粗糙程度计算方法。采用大型室内剪切系统,依次在不同法向应力下进行剪切试验,从剪应力-剪切位移关系、剪胀性和接触面抗剪强度三方面对接触面力学特性进行分析。结果表明:接触面剪应力-剪切位移曲线大体呈折线型,存在较为明显的应变软化现象。表面粗糙度越大,剪应力峰值越高,不同粗糙度界面达到剪应力峰值强度所对应的剪切位移变化不大。在法向应力较低时接触面有剪胀现象发生,随着粗糙度的增大,剪胀现象越明显;法向应力较高时则出现剪缩。接触面抗剪强度及残余剪切强度均随着表面粗糙度的增大而增大。根据试验结果建立的接触面力学参数与混凝土表面粗糙度关系式,可为进一步研究预制抗拔桩承载力发挥机理提供参考。     

填土中锚固体–土接触面剪切特性研究

自行研发了一种锚固体–土接触面剪切装置,该装置能够充分考虑锚杆的实际形状特征和剪切方向,并具有能够保证剪切过程中接触面面积不变等特点,并为研究锚杆锚固体–土剪切特性提供一种新方法。利用该装置,共完成了35个不同条件下的锚固体–土剪切试验,深入研究了法向压力、土样压实度和土样含水率等因素对锚固体–土接触面剪切特性的影响。研究结果表明:压实度相同情况下,土体含水率w大小,对锚杆抗拔力取值具有重要的影响,越接近最优含水率,越有利于接触面剪应力的发挥;土体压实度对接触面剪应力的影响十分明显,压实度越大,接触面剪切参数越大,但始终小于土体的剪切参数。     

考虑颗粒形状影响的砂土剪切波速研究

天然砂土的形状往往差异较大,为研究剪切波在不同形状砂土中的传播特性,首先选取3种不同形状的石英砂开展颗粒形状分析;其次,采用安装有弯曲元系统的三轴仪对砂土试样进行剪切波速测试及三轴剪切试验,获得3种石英砂的剪切波波速及其临界状态线。试验结果表明：(1)在相近的孔隙比和围压下,随着整体规则度OR降低,石英砂试样的剪切波波速V_s逐渐增大;(2)基于临界状态土力学中的状态参数,提出计算石英砂剪切波波速的归一化模型,并采用文献中的数据对模型进行验证,发现其预测精准度较好;(3)在上述模型的基础上,提出采用剪切波波速预测不同形状石英砂剪切特性的新方法。上述成果为用原位剪切波波速判别复杂形状砂土层的剪切失稳特性提供依据。     

考虑粒径效应的人工透明土模拟砂土剪切研究

文章以人工透明土为基本原材料,以室内直接剪切试验为基本方法,模拟不同粒径的砂土,研究了颗粒粒径对剪切强度的影响以及与内摩擦角的关系。结果表明:不同颗粒粒径对人工透明土内摩擦角有着直接的影响。内摩擦角随着粒径的增大,大致呈现增大趋势,但当颗粒粒径在小于3.5 mm时,内摩擦角却随着颗粒粒径的增大而减小。     

砂土与混凝土接触面力学特性大型单剪试验研究

利用研制的大型单剪仪,进行砂土与混凝土接触面单剪试验研究,研究单一粒径的砂土对混凝土接触面物理力学性质的影响。从试验结果分析得到,不同单一粒径砂土的接触面厚度和试样破坏时的剪切位移。试验表明:抗剪强度与法向应力呈较好的线性关系;在接触面法向应力压力较低时,剪切应力-位移关系曲线呈应变软化型;随着接触面法向应力的增高,剪切应力-位移关系曲线呈应变硬化型的趋势越明显,此时,不同单一粒径的砂土与混凝土界面剪应力-位移曲线可看成由一条曲线与一条平直线组成。接触面法向应力越低剪胀越明显;随着接触面法向应力的增大,剪胀性减弱,试样发生剪胀时的剪应力也逐渐增大。     

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2MPa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2MPa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。     

粗糙度对冻土-结构接触面剪切特性的影响研究

随着西部大开发和振兴东北战略进一步深化,各种寒区工程得以大规模修建。为了保证建、构筑物的寿命,使其在服役期内能够保持正常的工作状态,要求冻土和结构物具有良好的冻结强度和稳定性,冻土-结构接触面特性是冻土力学特性最直接的反映,而接触面粗糙度是影响这一特性的重要因素。因此主要从粗糙度出发,根据国内外现有冻土-结构接触面剪切试验研究成果,从粗糙度的评定、粗糙度对力学特性的影响及其微观机理等方面进行了系统的分析;最后基于Gompertz模型构建了可考虑粗糙度影响的接触面剪应力-剪切位移本构模型,验证表明,该模型能够较好地描述接触面的剪应力-剪切位移发展规律。     

珊瑚砂接触面剪切颗粒破碎特性研究

珊瑚砂与结构物的相互作用广泛存在于岛礁工程中,由于珊瑚砂强度低、易破碎,在受到荷载作用时,容易发生颗粒破碎致使接触面力学特性更复杂。通过珊瑚砂-钢板接触面环剪试验,并使用石英砂进行对比,揭示了珊瑚砂接触面剪切后颗粒破碎演化及颗粒形貌变化规律。结果表明：在相同的条件下,珊瑚砂产生小颗粒的含量明显高于石英砂,0.5～1 mm和1～2 mm粒径的珊瑚砂分别存在300 kPa和200 kPa的临界竖向压力,当竖向压力高于临界压力时,竖向压力对PSD曲线的影响明显降低。珊瑚砂与石英砂破碎率均随竖向压力增大而增加,且分别与竖向压力呈指数函数关系和线性关系。剪切后颗粒形貌由不规则向圆形发展,且竖向压力较大时,珊瑚砂与石英砂整体上颗粒形貌比较接近,都更趋于圆形。     

考虑成孔卸荷特性现场试验研究

基于现场开展的科研成孔测试试验,针对常州高架某工程现场由常规和旋挖机两种成孔机械所成桩孔的成孔性状进行分析对比,通过对灌注桩现场实测的孔径随时间变化关系数据的系统整理与统计,探讨研究了成孔卸荷后不同土层（尤其是砂土层）孔壁的侧向变形特征及孔径随时间的变化规律,为理论模型建立和进一步研究提供依据。     

成样方法对砂土CU剪切特性影响

采用干装敲击法与湿装夯击法两种成样方法,制备了三种典型砂土的中密状态饱和试样,并利用应变控制式静力三轴仪进行固结不排水剪切实验,比较分析了成样方法对各砂土应力应变关系及抗剪强度指标的影响,实验结果表明:成样方法对试样的应力应变关系及抗剪强度指标有显著影响,但成样方法对不同砂土影响程度不同。     

粗糙度对接触面处土石混合体剪切特性的影响

对于土与结构接触面相互作用的研究基本上是对于一般粘土或者砂土,而对于土石混合体结构接触面的相互作用研究较少。利用德国研制的ADS-500/HL-200大型直剪试验仪探究接触面粗糙度对土石混合体与结构接触面力学特性的影响以及在特定粗糙度下,通过下移结构面法探究剪切带的特性。试验结果表明:随着接触面粗糙度的增大,接触面的内摩擦角略有增大,粘聚力不断增大;在不同的粗糙度下,法向压力从200 kPa增加到600 kPa,剪切过程中的竖向位移逐渐减小,但当法向压力从600 kPa增大到800 kPa时,土石混合体在剪切过程中的竖向位移增大;在法向压力为200 kPa、400 kPa、600 kPa时,土石混合体的剪切带厚度为L₁cm(6 cm≤L₁≤8 cm),在法向压力为800 kPa下,土石混合体的剪切带厚度为L₂ cm(4 cm≤L₂≤6 cm)。     

含盐量对硫酸钠盐渍土–混凝土界面剪切特性的影响研究

为了探究不同地区盐渍土–混凝土界面的强度及变形差异,自制硫酸钠盐渍土与混凝土试样,将盐渍土在不同含盐量、初始干密度及法向应力条件下与混凝土进行一系列单调直剪试验。通过试验研究不同因素对界面抗剪强度的影响,并分析在不同含盐量下界面抗剪强度参数及剪胀性的变化规律。研究结果表明：含盐量对界面抗剪强度起到劣化作用,其劣化程度在土体孔隙溶液处于非饱和状态时随含盐量增大而减弱,而孔隙溶液饱和结晶时,劣化作用增强;盐渍土抑制了初始干密度对界面抗剪强度的增强作用;不同竖向应力下,含盐量为1%～4%的盐渍土对应界面的平均破坏剪应力是素土的0.71,0.75,0.86和0.77倍,界面盐蚀折减系数在0.68～0.88范围内变化;界面黏聚力随着含盐量的增加而增大,内摩擦角表现出与抗剪强度相同的变化趋势,并且界面黏聚力受含盐量影响效果更显著;在较低法向应力和较高含盐量下,界面出现剪胀现象,其余情况均表现为剪缩,剪缩量随法向应力递增,在含盐量为3%时取得最小值。界面剪胀角在含盐量0%～3%范围内随含盐量增加显著提升。此外较高法向应力对界面剪胀角存在抑制作用,并弱化含盐量对剪胀角的影响。     

土石混合料–基岩接触面剪切力学特性及剪切带变形特征研究

土石混合料–基岩接触面剪切力学特性因受多种因素影响而极其复杂,其中,界面细观形态是影响剪切力学特性及剪切带变形特征的重要因素之一。基于大型叠环单剪试验以及PFC^2D数值模拟,揭示基岩界面细观形态对土石混合料–基岩界面剪切力学特性和剪切带特征以及演化规律的影响。结果表明：接触面抗剪强度随粗糙度增大而增大;粗糙度为表观黏聚力主要控制因素,当粗糙度由8.9增至11.5时,表观黏聚力提高95.3%;粗糙度对界面摩擦角的影响作用较小,界面摩擦角在27°上下波动。界面细观形态凹槽结构在一定倾斜角度内可发生“自锁”效应,凹槽内土石形成锁固体,锁固体可增大接触面抗剪强度,控制剪切带沿其外轮廓发展,出现“绕石”现象。平缓界面处块石具有“滞后效应”,易与周边土石形成强度远小于锁固体的“类锁固体”,控制剪切带绕其外轮廓与基岩界面分岔发展,使剪切带出现“包石”现象。基于能量变化,将剪切过程分为3个阶段：剪密阶段：应变能与摩擦能快速增长;线性增加阶段：应变能与摩擦能增长速率比例近似保持9∶1;应变硬化阶段：应变能占比持续下降,但仍占据主导地位。     

剪切路径对土与结构接触面三维循环特性影响研究

运用80t大型三维接触面试验机,通过改变往返圆弧剪切路径的半径和旋转角度幅值研究不同剪切路径下接触面三维循环力学特性,重点分析了剪切路径的影响规律。剪切路径由于影响两正交切向位移大小、方向转变及结构面附近土颗粒运动形态,从而导致接触面剪切体变及可逆性剪切体变-x或y向位移关系、切向应力位移关系及切向应力间关系形式差异显著。随旋转角度幅值的增大,接触面x向应力位移关系形式由双曲线向椭圆形转变;残余摩擦角由35°逐渐减小到33°,而后趋于稳定;峰值摩擦角则保持35°不变。不同剪切路径下接触面力学特性亦有诸多相同之处：抗剪强度具有各向同性;往返型路径下均产生明显的不可逆性和可逆性剪切体变,随循环剪切的进行,前者单调增长,后者峰值逐渐减小而后趋于稳定;不同剪切路径下接触面可逆性剪切体变-主切向位移关系及主剪应力-主切向位移关系具有良好的一致性;且后者曲线形式随循环剪切的进行由双曲线形式逐渐向理想弹塑性模式转变。     

砂土-钢接触面力学特性的直剪试验研究

基于常应力状态下的接触面直剪试验,研究土体内部和土与钢接触面的剪切特性。结果表明,土体内部和土-钢接触面特性均可用双曲线模型描述,土体内部和土与钢接触面剪切试验具有明显差异,前者出现略微软化现象,后者出现明显的软化现象,随着法向应力和颗粒粒径的增大,软化特征逐渐减弱,硬化特征逐渐增强。钢-土接触的剪切应力位移曲线可用简化的折线函数进行表述。与钢接触的剪切试验摩擦角明显降低,工程中根据具体情况选取土体与接触面强度参数。     

考虑剪切硬化的砂土临界状态本构模型

基于临界状态土力学框架,建立了一个剑桥类砂土本构模型,适用于单调静力荷载,加入了剪切硬化、依赖状态的剪胀的概念。屈服面采用倒子弹头型,硬化规律不是采用剑桥模型的体变硬化,而是借鉴Hashiguchi次加载面模型的思想,推导出与Norsand砂模型相同的增量形式的塑性剪应变硬化表达式。流动法则采用加入状态参数概念的修正的Rowe应力剪胀关系,该模型能考虑砂土变形特性对密度和固结压力的双重依赖型,只用一组材料参数就能模拟不同密度和固结压力下的应力应变响应,可反映材料的软化。通过与常规三轴试验、等p路径三轴试验等结果的对比,表明该模型是合理的、有效的。