海洋土与钢桩界面剪切强度的大型直剪试验研究

海洋工程中现行的桩-土界面剪切强度设计方法一般有两种:(1)根据工程经验与规范进行判断;(2)根据土层地质勘查报告中的土体强度参数进行判断。对于海洋桩基而言,合理地确定土-结构物界面的剪切强度尤为重要。界面剪切强度将直接影响桩基承载力的大小,过高或过低地估算桩基承载力都可能会造成严重工程事故发生。为了研究沉桩过程中桩-土界面特性,通过自制大型直剪仪对不同粒径的土样进行了直剪试验分析,提出"抗剪糙度"概念,研究了砂土的内摩擦角、相对密度和抗剪糙度三者之间的关系和黏土的抗剪糙度与不排水强度间的关系。研究表明,土与钢板界面的抗剪糙度并非常数,砂土抗剪糙度的变化规律性较强,而软黏土的抗剪糙度受固结程度、扰动程度、土体强度等因素影响而呈现较大变化。最后,对"抗剪糙度"在实际工程中的运用提出了一定的建议。     

大型土与结构相互作用恒刚度直剪试验装置研究

已有的土与结构接触面室内剪切试验多集中在恒荷载和恒位移加载条件下接触面力学特性的研究,而预制桩基础沉桩过程中桩土界面受力条件与恒刚度加载类似,即桩土界面法向应力随桩周土体法向位移是动态变化的。针对目前黏性土中桩土界面大型恒刚度的试验手段比较缺乏,自主设计研制了一种大型恒刚度直剪仪用于桩土界面力学特性的测试。该直剪仪考虑了桩周土体变形特点,剪切过程中桩土界面接触面面积始终保持不变,能够准确模拟桩土界面剪切试验;采用弹簧组加载系统和数控电机控制系统,法向可提供恒刚度边界条件,水平切向可按位移控制,能够实现桩土界面上直线和循环剪切的加载路径。试验结果表明:该直剪仪能够很好地再现黏性土中桩土界面在恒刚度加载条件下直线剪切的力学响应,为静压桩沉桩过程的桩土界面力学特性的研究提供了基础。     

基于大型直剪的砂土及其筋土界面剪胀性研究

采用大型直剪仪,对三向土工格栅加筋北京地区砂土的界面剪胀特性进行了试验研究,通过大型直剪试验模拟砂土加筋时的剪切作用过程,得出了以下结论:1砂土在剪切过程中都是由短暂的剪缩效应发展为稳定的剪胀效应;2在低含水率时砂土的剪胀效应较明显,随着含水率的增加,剪胀效应有一个先降低后升高的过程,当含水率增大到12%且竖向应力为215~323k Pa时,砂土的剪胀效应会超过含水率为2.5%时的剪胀效应;3当竖向压力小,砂土较为松散时,砂土基本没有剪胀效应,但是随着竖向压力的增大,砂土的剪胀效应经历从无到有并且是先升高后降低的过程。当竖向应力在215~323k Pa时剪胀效应最显著;4格栅加筋可以降低砂土的剪胀效应,并且压力越大降低效果越明显。     

考虑超孔隙水压力的桩土界面直剪试验研究

采用大型恒刚度直剪仪,系统研究超孔隙水压力对黏性土中桩土界面剪切性能的影响。根据制定的测试超孔隙水压力方案,对4个粗糙度等级(混凝土表面锯齿状峰谷距为0、2、4、6mm)的不同含水率黏性土中桩土界面在不同剪切速率下进行剪切试验。针对界面粗糙度、黏性土含水率、剪切速率3个变化参数对界面抗剪强度的影响进行分析。结果表明：界面粗糙度越大,界面超孔隙水压力越小,有效法向应力越大,黏性土颗粒与混凝土表面吸附性越大,桩土界面抗剪强度越大;黏性土含水率越大,界面超孔隙水压力越大,有效法向应力越小,黏性土颗粒与混凝土表面吸附性不能完全发挥,桩土界面抗剪强度反而减小;在剪切速率0.4~1.0mm/min范围内,剪切速率越大,界面超孔隙水压力增幅较小,有效法向应力变化不大,桩土界面抗剪强度虽有减小,但不同剪切速率下超孔隙水压力对桩土界面抗剪强度的影响不明显。     

土工合成材料大型直剪界面作用宏细观研究

利用大型直剪模型试验设备,在不同竖向压力下进行一系列的土工合成材料直剪试验,应用数码可视化跟踪技术,结合土体变形无标点量测技术来研究双向土工格栅与砂土直剪界面作用的宏细观特性,同时分析界面附近土压力分布规律,并研究界面颗粒运动变化规律和细观组构演化特征与宏观特性的关联。分析结果表明,直剪筋土界面附近竖向压力分布从前端依次向后端减少;直剪界面位移达25 mm时,形成了稳定的剪应变集中带;在筋土界面（6～8）D₅₀粒径厚度范围内,界面颗粒以旋转和平动方式同时位移,该范围外颗粒以平动方式沿剪切方向位移,且位移较小;在剪切过程中,界面颗粒发生旋转,土体发生剪胀,孔隙率增大,平均接触数减小,颗粒重新被压密,孔隙率减小,平均接触数增多,颗粒长轴排列趋于水平方向,各细观组构处于相对稳定状态。     

现场大型碎石桩直剪试验

复合地基的理论计算关键取决于地基土的力学指标。本次试验的目的想解决复合地基的稳定分析指标，介绍如何进行１００ｃｍ和１５０ｃｍ大直径碎石桩现场剪切试验。所介绍的方法同样可以用在水泥搅拌桩等类型的其它复合地基。     

大型抗渗试验装置的研制与应用

混凝土抗渗性能是影响地下工程及人防工程正常使用的重要因素。本文介绍大型抗渗试验装置的性能、试验方法、应用情况以及专家评价．     

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。     

不同桩土界面负温直剪试验研究

多年冻土地基中桩-土界面特性对桩基础的安全性和长期稳定性有重要的影响。文章采取室内负温直剪模型试验的方法研究多年冻土地区桩-土界面的剪切特性。试验中考虑了桩体材料、土体含水量、温度及法向应力等影响因素,采用轮换因子法进行试验方案设计,共完成144组室内负温直剪试验。试验结果表明-5℃是各种桩体材料(混凝土材质、铝材质、有机玻璃材质、木材质)的桩-粉土界面直剪试验的临界温度。相关试验结论将对多年冻土地区桩基础的理论研究起到补充丰富作用,对桩基础施工起到一定的指导作用。     

基于桩-土界面直剪试验的黏性土超孔隙水压力变化规律研究

利用大型恒刚度直剪仪在不同的界面粗糙度和剪切速率试验条件下,施加法向应力25、50、100、150kPa,基于黏性土中桩-土界面直剪试验研究了桩-土界面超孔隙水压力变化规律.研究结果表明:剪切前超孔隙水压力受法向应力的影响,法向应力越大,超孔隙水压力越大;桩-土界面剪切过程随着法向应力的增大,超孔隙水压力逐渐增大,在高法向应力下超孔隙水压力增幅减小;界面粗糙度和剪切速率对桩-土界面剪切过程超孔隙水压力产生交互影响,在不同应力水平下界面粗糙度和剪切速率对超孔隙水压力也有不同的影响效果,高法向应力水平下随界面粗糙度和剪切速率增大超孔隙水压力增幅小于10%,低法向应力水平下增幅可达30%.因此不可以忽略界面粗糙度和剪切速率对桩-土界面剪切过程超孔隙水压力的影响.     

非饱和土稳态渗流试验装置的研制与应用

非饱和土稳态渗流试验装置是用于实验室量测非饱和土土水特性和导水系数参数的装置。该装置以在稳态渗流状态下测定土壤对水分的吸持能力为基础,用来量测非饱和土在脱水、吸湿两种循环状态下的土壤水分特征曲线;同时可以量测上述两种过程中各级基质吸力所对应的非饱和土的导水系数。在相同的条件下,所测试结果与美国Soilmoisture公司生产的1250型压力板仪所得的试验结果具有很好的一致性和稳定性,可以在实验室中推广应用。     

非饱和土固结仪和直剪仪的研制及应用

研制出国内第一台非饱和土固结仪和第一台非饱和土直剪仪。这两种仪器都采用内置荷载传感器和数据自动采集,既可控制竖向压力,又可控制基质吸力。非饱和土直剪仪备有15档剪切速率。做了三组直剪试验和两组固结试验,对原状黄土的变形、强度和水量变化特性取得了一些初步认识。     

土工格栅–土体界面特性大型直剪试验研究

土工格栅与土体的界面特性直接影响了加筋土工程的安全和稳定性,土工格栅两侧为不同材料的界面特性研究还较少。采用双向土工格栅为加筋材料,对其两侧分别为不同含水率粉质黏土及不同粒径石英砂的界面特性开展一系列的大型室内直剪试验,分析法向应力、粉质黏土含水率、剪切速率、石英砂粒径及粉质黏土压实系数等因素对土工格栅–土体界面抗剪强度的影响。结果表明:土工格栅–土体界面抗剪强度与法向应力呈线性相关,符合莫尔–库仑理论;粉质黏土含水率的变化对土工格栅–土体界面抗剪强度有较大的影响,在最优含水率时其界面抗剪强度指标最高;剪切速率的大小和石英砂的粒径变化对土工格栅–土体界面的抗剪强度有一定的影响,其影响范围分别在±10%和±7%内;粉质黏土压实度的增加能有效增加界面抗剪强度,压实系数越高,其提高幅度越大。这些影响应在工程应用中适当考虑。     

桩土界面接触单元的研究与应用

为解决桥梁群桩基础在上部荷载作用下桩土界面的接触问题,根据接触非线性理论和桩土不同物理力学特性的特点,首先推导反映桩土界面滑移的刚度矩阵,然后提出处理滑移变形的均匀化方法。采用ABAQUS软件的用户子程序接口,编制桩土界面接触单元,可以描述接触在循环荷载作用下的塑性应变增长和残余相对位移,在荷载水平分量作用下的界面脱开现象,以及接触刚度的非线性增长与衰减特性。这样,桩土界面的一些重要特性可以通过有限元的方法得以体现。     

基于大型直剪试验的碎石土含水率影响研究

以田师傅-桓仁铁路大前石岭隧道进口边坡碎石土为研究对象,通过室内大型直剪试验对三组不同含水率的重塑土样分别进行剪切试验,讨论分析了含水率对碎石土工程力学特性的影响规律。同时,通过与室内常规直剪试验结果的对比分析,验证了室内大型直剪试验的结果更加符合现场的实际工程地质特性。     

土的直剪试验研究

通过对非饱和状态和饱和状态下土的直接剪切试验,分析对比在不同剪切条件下的试验结果,得出了土在不同条件下的剪切试验规律,为土工试验数据处理提供参考依据。     

温度效应下黏土-混凝土桩界面直剪试验研究

近年来,地热能源桩的应用越来越广,但在温度效应对桩土接触面力学特性的研究试验较少。文中介绍了一种能考虑温度效应的大型桩土接触面直剪仪,并对在温度、外荷载耦合作用下的黏土-混凝土接触面力学特性进行了直剪试验研究。试验研究表明,在升温时,黏土内部会形成固定的温度梯度,黏土层中的水分会随着该温度梯度的方向进行运移,并且随着法向压力的提升运移效果减弱。随着温度的升高,黏土-混凝土接触面抗剪强度下降,并随着法向压力的增大,抗剪强度下降的幅度降低,温度效应主要通过影响接触面的粘聚力,对摩擦角的影响较小。将干砂-混凝土接触面剪切应力-位移曲线分为"线性段"、"极限段"和"稳定段"。同一法向压力作用下,温度升高时,"线性段"界面剪切应力增速变慢,"极限段"界面剪切应力值变小,"稳定段"界面剪切应力受影响不大。界面升高相同温度梯度时,法向压力大小对最大剪切应力降低值影响相对较小。     

桩土界面荷载传递双曲线函数的一种确定方法

围绕桩刚度计算中荷载传递函数的参数取值问题,进行了系统的研究.首先介绍了桩刚度计算方法位移协调法的原理,并自编了VBA计算程序.利用VBA计算程序分析了荷载传递双曲线模型桩侧土起始剪切刚度、极限桩侧摩阻力以及桩端土起始抗压刚度和极限桩端阻力等4个参数对桩刚度曲线的影响.结果表明,起始剪切刚度和起始抗压刚度控制着桩的前期...     

大型多功能冻土-结构接触面循环直剪系统研制及应用

在天然冻土区和人工冻土工程中存在着大量冻土与结构物接触面问题,而目前尚无有关此类接触面剪切行为的试验研究手段。为此,研制了大型多功能冻土-结构接触面循环直剪系统DDJ—1,该系统性能优异：能实现0～-20℃范围内对接触面温度的精确控制;能精确施加常刚度、常位移、零法向应力和常应力4种法向边界条件;能够模拟多种粗糙度的接触面实现循环和单调两种剪切形式;能够观测接触带的破坏状态和厚度,同时可以测量接触带土体内部的剪切位移;应力施加、位移控制和温度调节精准。试验结果表明：该系统能准确地再现冻土与结构接触面的力学行为、变形行为,可为系统开展冻土-结构接触面的研究提供试验基础和重要思路。