3D立体格栅–砂界面剪切性状试验研究

为探究土工格栅–砂界面的剪切律、强度律和体变律,基于3 D打印技术制作的土工格栅,通过改进的应变控制式直剪仪进行了不同横肋数量的土工格栅与不同干湿类型的标准砂间的界面剪切试验。结果表明：法向应力越大,剪切应力弱化现象越明显,界面抗剪强度及其指标与横肋数量成正比例关系;3 D立体格栅–湿砂界面粘聚力随着横肋数量的增多而减小。3 D立体格栅–干砂界面抗剪强度及其指标比3 D立体格栅–湿砂界面大,剪胀特性更明显。干砂和湿砂均表现出剪胀的体变行为,且横肋数量越多,剪胀特性越明显。研究成果可为探究3 D土工格栅在实际工程中的应用提供参考。     

不同水灰比注浆锯齿结构面剪切力学特性试验研究

岩体结构面对围岩强度控制作用较为明显,为了解决破碎围岩变形较大问题,一般采用注浆支护技术作为防止工程灾害的有效手段。依据人工锯齿结构面开展未注浆与不同水灰比铝酸盐水泥注浆加固的室内直剪试验,揭示注浆加固机制。试验结果表明:(1)注浆支护对结构面的峰值强度、黏聚力、界面刚度有提高作用。同一法向应力条件下,随着水灰比的增大,剪切峰值强度和界面黏聚力均减小。(2)界面的破坏形式:锯齿由不同起伏角组成,未注浆界面在发生剪切破坏时,模式为剪断,磨损,爬坡,啃断耦合效应。注浆后界面发生剪切破坏时,在峰值强度过后,曲线波动振幅较大,破坏从黏结力的破坏转化为滑移破坏。注浆滑移破坏与未注浆界面破坏表征相似。(3)法向位移与剪切位移曲线表明,未注浆结构面以剪胀性为主,注浆结构面呈现出先剪缩,后剪胀的特性。     

循环荷载作用下脆性材料剪切性能试验研究

在自制的MTS振动台试验设备上对混凝土、岩石类脆性材料（砂浆材料）进行静力和动力剪切试验,试验结果表明,（1）动力荷载情况下位移-剪力包络线形状同静力荷载情况下曲线破坏形状相似,均可划分为相同的4个阶段;（2）在相同垂直压力作用下试件的动力抗剪强度与静力抗剪强度相比有明显的增大趋势,强度较低的试件强度增加较大;（3）在相同频率情况下,随着垂直压力的增大,峰值剪切强度、残余抗剪强度随之增大;（4）静力荷载情况下其破坏处水平位移要大于动力荷载情况下破坏处的水平位移,其他条件相同时破坏处水平位移值随峰值抗剪强度的增大而增大;（5）剪切过程中有明显的剪胀现象出现。最后根据试件的破坏形状,初步分析混凝土、岩石类脆性材料的动静态剪切特性的机制。     

带剪切销钉的复合砂浆加固砌体界面抗剪性能研究

通过对16个复合砂浆加固砌体试件进行砌体-复合砂浆界面的抗剪试验,得到了界面的破坏形态、抗剪强度和荷载-滑移曲线。试验结果表明：剪切销钉能显著提高粘结面的抗剪强度,并且随剪切销钉植筋面积增加界面抗剪强度也随之增大;剪切销钉能改变界面的破坏模式,增大界面破坏时的滑移变形;剪切销钉植筋深度是影响界面抗剪强度和破坏形式的另一个主要因素,砌体中剪切销钉的最小植筋深度应取10倍销钉直径;水泥基界面剂对界面抗剪强度有负面影响,因此用水泥复合砂浆加固砌体结构时不宜使用水泥基界面剂。在试验研究基础上,拟合了考虑剪切销钉植筋面积的砌体-复合砂浆界面抗剪强度公式。图10表3参10     

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。     

单一粒径砂-混凝土单剪试验研究

通过单剪试验,研究了不同单一粒径砂与混凝土接触面的力学特性。试验结果表明,不同单一粒径砂的接触面厚度和试样破坏时的剪切位移随粒径的增加而增加;在法向压力较低时,剪切应力-位移关系曲线呈现应变软化型;随着法向压力的增高,剪切应力-位移关系曲线逐步呈现应变硬化型;此时,单一粒径砂与混凝土界面剪应力～位移曲线可看成由一条斜直线、一条双曲线和一条水平直线三部分组成。随着法向压力的增大,试样剪胀性逐渐减弱,试样发生剪胀时的剪应力也逐渐增大。     

风化岩地基GFRP抗浮锚杆力学与变形特性现场试验

利用光纤光栅传感技术,对10根GFRP抗浮锚杆进行现场拉拔破坏性试验,研究了风化岩地基中GFRP抗浮锚杆的承载性能与变形特性。试验结果表明:发生滑移破坏的锚杆杆体、锚固体荷载-位移差曲线高于同型号发生断裂破坏的锚杆;锚固长度接近临界锚固长度的试验锚杆荷载-位移差曲线上升较平稳;增加杆体直径有助于提高锚杆承载能力、限制杆体位移并且降低杆体、锚固体的位移差。此外,杆体横截面轴应力沿锚固深度呈"反S型"分布,由孔口沿锚固深度方向递减;锚杆轴向界面剪应力沿锚固深度呈先增大后减小的趋势,且剪应力在锚固体内按斜向上方向由第一界面传递至第二界面。最后,利用剪应力分布简化模型求得杆体、锚固体位移差与发生滑移破坏的锚杆试验结果较为一致,可为GFRP锚杆的推广应用提供理论基础。     

新老混凝土界面直剪力学性能测试研究

新老混凝土界面不同承载方式的抗剪性能是加固结构中的关键,因此,开展了新老混凝土界面倾角和法向应力对剪切性能影响的试验测试,分析了剪切破坏特征,研究结果表明：新老混凝土剪切过程中剪应力-剪切位移曲线大致经历线弹性变化阶段、破坏阶段和残余强度阶段;新老混凝土峰值剪应力随着界面倾角增大呈幂指数增大,随着法向应力增大呈线性增大;新老混凝土剪切破坏一般表现为剪胀-剪缩混合型;界面倾角和法向应力对剪切破坏裂纹扩展模式裂纹分布影响显著。     

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。     

冻融循环对砂浆岩石锚杆锚固力影响的试验研究

针对春季融雪期温度周期性变化导致砂浆岩石锚杆支护结构锚固性能劣化的现象,研究冻融循环对其锚固能力的影响。利用室内模型试验得到不同冻融循环周期下锚杆位移和锚固力的大小,以及锚杆应力、围岩应力、锚杆和砂浆交结面剪应力的变化,从锚杆荷载传递机制出发,研究冻融循环作用下锚杆的破坏模式和影响锚杆锚固性能的主要原因。研究结果表明:冻融循环使砂浆弹性模量和强度降低,加载端砂浆破坏提前,加快了荷载向锚杆深处的传递,锚杆深处应力及锚杆与砂浆交结面的剪应力增大。冻融循环作用下锚杆极限荷载降低,变形增大,且随着冻融周期的增加,荷载–位移曲线的拐点和钢筋滑移曲线的水平段出现提前,锚杆破坏时的极限荷载降低,变形增大。     

不同围岩条件玻璃纤维增强塑料锚杆结构破坏机制现场试验研究

锚杆支护方法在岩体加固工程中应用较为广泛,锚杆作为支护结构的核心应具有足够的安全度和耐久性.由于钢材易腐蚀,钢锚杆的耐久性受到极大的关注.玻璃纤维增强塑料(GFRP)锚杆是一种由树脂和玻璃纤维复合而成的新型加固材料,与钢筋锚杆相比,它具有较好的力学性能和耐腐蚀性能.通过现场原型试验,系统分析了不同围岩环境和受力条件下GFRP锚杆的抗拉特性,论证GFRP锚杆使用的适宜性,为GFRP锚杆的推广应用提供了较充分的基础数据.根据现场锚杆结构拉拔破坏性试验,研究了GFRP螺纹锚杆破坏机制和应力应变规律,为GFRP锚杆的工程应用提供了理论依据.试验结果表明,GFRP锚杆结构破坏形式有3种:杆体自由段脆性劈裂破坏、锚杆和砂浆界面剪切破坏及砂浆和围岩界面剪切破坏;GFRP锚杆的锚固机制因围岩风化程度不同而异;锚杆应力应变在锚固体内的传递深度随围岩风化程度的增加而增加;围岩风化程度越高,围岩和砂浆接触面强度较低,随着荷载的增加,围岩和砂浆界面出现剪切滑移破坏.     

基于钻孔式锚固单元体试样的锚-土界面剪切特性研究

为探究土体干密度和含水率对锚杆锚固体-红土界面剪切特性的影响,研制了一种钻孔成孔的锚杆单元体试样制作装置。制备了6组不同土体含水率、不同干密度的红土锚固单元体试样,测试其界面剪切特性,获得了锚-土界面剪应力-剪切位移全过程曲线(τ-s曲线),并同步开展相应土体的直剪试验,获得了土的抗剪强度包线。试验结果表明:随着含水率的降低,土体黏聚力和内摩擦角均呈减小趋势,而随着干密度的增大,土体黏聚力显著增加;随着土体含水率和干密度的增大,锚-土界面剪切τ-s曲线逐渐由应变硬化转变为应变软化,且含水率越高,软化特征越明显;此外,随着土体干密度的增大,锚-土界面剪切强度增加,峰值位移减小,界面剪切刚度增大,而随着土体含水率的增大,锚-土界面剪切强度减小,峰值位移也减小。最后,通过回归分析建立了锚-土界面剪切强度随土体黏聚力和内摩擦角变化的经验公式。     

纤维增强材料锚杆-砂浆界面黏结行为及模拟分析

研究纤维增强材料(FRP)锚杆与砂浆的黏结-滑移行为对岩土锚杆结构的拉拔性能、设计理论及工程应用具有重要的理论意义。通过对玻璃纤维增强材料(GFRP)锚杆与砂浆界面黏结性能的试验,获取锚杆内力分布规律及锚杆界面任一点的黏结应力与滑移的变化规律,提出组合函数界面模型用来描述GFRP界面的单峰值非线性位移软化特性,并通过ABAQUS的子程序FRIC对GFRP砂浆锚杆的拉拔试验进行数值模拟。结果表明:该界面模型能反映GFRP砂浆锚杆的极限抗剪强度、残余抗剪强度及界面的变刚度特性,模型参数物理意义明确。     

不同充填度对节理剪切破坏机理的影响

岩体的力学性质主要受制于节理的力学性质,而节理充填物对节理的力学性质有较大影响。为研究节理充填物厚度对节理力学性质的影响,采用水泥砂浆制作不同充填度的规则人工节理进行剪切试验,并采用PFC(Particle Flow Code)数值模拟软件研究该节理的破坏机理。试验与数值模拟结果表明:随着法向荷载和充填度的增大,节理峰值剪切强度增大,剪胀特性减弱;随着起伏角的增大,节理峰值剪切强度增大,剪胀特性增强。在节理剪切过程中,充填体首先发生破坏,此后再产生剪切断裂和剪胀破坏。在不同的法向荷载、充填度和起伏角条件下,节理破坏为滑移破坏、剪切断裂破坏和拉伸断裂破坏3种,低法向荷载和低起伏角时,滑移破坏为主,拉伸断裂发生于起伏角较大的节理中,而剪切断裂破坏多以节理和充填体共同破裂组成,发生于法向荷载与充填度均为中等大小的情况。当充填体厚度与齿形凸起高度相当时,节理破坏主要为充填体剪切破坏。     

应力历史对黏土–混凝土界面剪切特性的影响研究

 采用大型直剪仪,系统研究法向应力历史对黏土–混凝土界面剪切特性的影响。根据制定的加卸荷方案,对3个粗糙度等级(锯齿高为0,1,2 cm)的黏土–混凝土接触界面先加荷至初始法向应力,再卸荷至剪切法向应力进行剪切。从剪应力–剪切位移曲线、界面最大剪应力、剪胀性3个角度对试验结果进行对比分析。分析结果表明：黏土–混凝土界面剪应力–剪切位移曲线仍大体呈双曲线形式,并未出现应变软化现象。初始法向应力越大,相同剪切位移对应剪应力越大;初始法向应力越大对应的界面最大剪应力越大,根据Mohr-Coulomb准则通过线性拟合得出界面强度参数,并引入界面摩擦有效系数和黏聚有效系数。通过数据对比发现,界面黏聚有效系数随着初始法向应力的增大而增大,而摩擦有效系数则随初始法向应力的增大而减小。剪切过程中3个粗糙度等级的黏土–混凝土界面均发生不同程度的剪胀,界面越粗糙,剪胀量越大。同时,应力历史对界面剪胀性规律有明显的影响,未经历法向卸荷的界面剪切过程开始先剪缩然后再剪胀,而经历法向卸荷的界面剪切一开始便呈现剪胀,且初始法向应力越大,剪胀越明显。     

含石率对土石混合体–基岩界面剪切力学特性的影响

土石混合体与基岩接触界面是高填方体边坡和天然斜坡失稳不容忽视的潜在滑移面。通过室内大型直剪试验和离散元数值模拟探究了含石率对土石混合体—基岩界面剪切力学特性的影响及接触面剪切破坏机理。结果表明:土石混合体—基岩界面的剪应力–剪切位移曲线随法向压力的增大有由应变软化向应变硬化转变的趋势;剪应力–剪切位移曲线出现"V型跳跃"主要与颗粒破碎、转动和翻越有关;土石混合体—基岩界面抗剪强度和抗剪强度指标随含石率的增加先增大后减小,存在着最优含石率,但内摩擦角φ变化不大,在38°左右波动;剪切带的分布和形态受含石率和法向压力影响显著,法向压力和含石率越高,剪切带就越厚;剪切带内的块石破坏表现为表面研磨、局部破碎和完全破碎3种模式;法向压力和含石率都是影响相对破碎率B_r的主要原因,表现为随着含石率和法向压力的增加,块石相对破碎率不断增加。     

土工格栅横肋与纵肋加筋机理研究

通过室内格栅横、纵肋独立拉拔试验,针对不同的法向荷载和拉拔速度,分别对土工格栅横肋与纵肋的加筋机理进行了研究.结果表明：格栅纵肋所产生的摩擦阻力在拉拔初期迅速增大,并且随着有效应力的增大呈线性增长趋势,拉拔速率对其影响并不大;格栅横肋所产生的被动阻力增长相对较缓,在达到最大值之前需要一定的筋土相对位移,并且随着有效应力和拉拔速率的增大,被动阻力变化明显,其破坏模式逐渐由冲剪破坏转为常规剪切破坏.     

粉土—混凝土界面与粉土剪切对比试验研究

采用自制的大型直剪仪开展不同含水量条件下黄泛区粉土-混凝土界面剪切及粉土直剪试验,研究不同含水量下粉土-混凝土界面及粉土剪切力学特性。试验结果表明:粉土-混凝土界面和粉土直剪的剪切应力-剪切位移曲线均为应变硬化型;粉土直剪的剪缩变形明显大于界面剪切结果;相同条件下,粉土-混凝土界面的剪切强度大于粉土的直剪强度,随着含水量的增大,粉土-混凝土界面与粉土剪切强度的差异逐渐减小,粉土趋近饱和时,两者强度基本相同;粉土直剪破坏时的剪切位移大于界面剪切破坏时的剪切位移;粉土直剪的黏聚力和界面黏聚力、摩擦角随含水量的增大均近似呈线性减小趋势,粉土直剪的内摩擦角随含水量增加呈现先缓慢后加速减小的变化趋势。     

含不同节理倾角深部巷道砂岩SHPB动态力学破坏特性试验研究

为探讨含不同倾角的充填型软弱贯通节理砂岩在冲击荷载作用下的力学特性及破坏规律,采用50 mm杆径分离式霍普金森压杆试验装置对7种不同倾角的充填型软弱贯通节理砂岩试件进行冲击试验,借助高速摄像仪实时捕捉裂纹扩展和动态破坏过程。结果表明:砂岩的动态抗压强度、峰值应变随着节理倾角的增加呈先减小后增大的趋势;随着节理倾角的增加,节理试件的塑性降低、脆性增加,0°,15°和30°节理试件的应力–时间曲线存在明显的塑性平台段,45°,60°,75°和90°节理试件无明显的塑性平台段,45°节理试件的应力–时间曲线"应力双峰"现象显著;节理倾角控制试件的最终破坏模式以及节理和岩石基体的破坏顺序,不同倾角的充填型软弱贯通节理试件的最终破坏模式可分为劈裂拉伸破坏、剪切–拉剪复合型破坏、剪切破坏;随着节理倾角的增加,破坏顺序逐渐由充填型软弱节理先破坏演变为岩石基体先破坏。     

高温变温环境下喷射混凝土–岩石界面剪切特性及温度损伤模型研究

高岩温隧道修建过程中,喷射混凝土结构实际上是在高温变温环境下水化成型并发挥支护作用。基于隧道内实测环境参数及初支混凝土温度数据,开展混凝土–岩石界面剪切力学特性试验。根据试验结果,探明隧道内初期支护混凝土的温变周期,对比分析试样剪切破坏模式、界面剪切强度、位移在不同变温条件下的发展特征。通过讨论剪切变形曲线特点,建立考虑温度损伤效应的岩石–混凝土界面剪切本构模型。结果表明:初支混凝土在5～7 d可降至洞内环境温度。随着初始养护温度的升高,剪切曲线峰前弹性增长,压密硬化及峰后弹性软化规律明显。剪切破坏模式主要为胶结面及混合剪切破坏2种。峰值剪切应力与养护温度呈负增长函数关系,峰值剪切位移与养护温度呈正增长函数关系,且法向应力水平的增加对于温度引起的力学特性损伤有一定的削弱作用。基于室内剪切力学特性试验成果,建立考虑温度损伤及法向应力修正的岩石–混凝土界面剪切本构模型。通过计算曲线与试验曲线的对比验证,表明两者拟合度较高,该本构模型可以适用于分析不同程度高温损伤下的混凝土–岩石界面剪切力学特性。研究结论可以为受高温影响的隧道及地下工程支护设计和分析提供一定理论支撑。