土石混合体—基岩界面剪切力学特性试验研究

填方体–下伏基岩接触面间的剪切强度是控制高填方体或堆积体边坡稳定性的重要因素,界面强度参数取值是高填方工程设计的重要参数之一。通过较系统地室内大型直剪试验探讨了接触面粗糙度对土石混合料–基岩接触面剪切力学特性的影响。结果表明:在低法向应力作用下,剪应力–剪切位移曲线前期呈现出应变硬化现象,后期呈现出塑性应变现象,且接触面粗糙度越大接触面发生剪切破坏时变形越小;在高法向应力作用下,曲线呈现出应变硬化现象,无明显峰值;相同法向应力水平作用下,接触面粗糙度越大,土石混合体–基岩接触面剪切刚度越大。剪切界面上块石的破碎形态可分为完全破碎、部分破碎和表面磨损3种,随着接触面粗糙度的增加,剪切界面上块石的破碎总数也增加。接触面的抗剪强度、内摩擦角和表观黏聚力随着接触面粗糙度的增加而增大,相比于内摩擦角,接触面的表观黏聚力增大较为明显。接触面粗糙度对剪切带宽度有影响作用,表现为接触面粗糙度越大,剪切带越宽。     

节理岩体中锚杆剪切力学模型研究及试验验证

依据最小余能原理,在考虑节理岩体中锚杆剪切变形的基础上,分析了节理面水平剪切位移与锚杆轴向及切向变形之间的关系。结合锚杆受力特点拟定了锚杆屈服模式的判定流程。建立了考虑"等效剪切面积"的加锚节理面抗剪强度理论计算模型,并通过室内物理试验验证了理论计算模型的准确性。讨论了锚杆倾角、围岩抗压强度、锚杆直径、法向应力等因素对加锚节理面抗剪强度的影响规律。结果表明:所建立的锚杆剪切力学模型能够较好的反映锚杆轴向力及剪切力对节理面抗剪强度的贡献;考虑"等效剪切面积"的加锚节理面抗剪强度计算结果与试验结果较为吻合;锚杆倾角及围岩抗压强度越大,锚杆轴向力越小,剪切力越大;锚杆直径增大,锚杆轴向力及剪切力都会增大;节理面法向应力会显著影响剪胀效应,法向应力越大,节理面抗剪强度越高。     

单一土样的大剪切力学特性试验研究

滑坡灾害是威胁施工安全和影响施工质量的重要因素,在对滑坡事故的研究中发现滑坡灾害是由于滑动剪切改变了土体的力学特性所造成的。虽然我国在土体剪切试验方面有所研究,然而针对不同土体的大剪切力学试验尚未完善。因此,对土样进行大剪切力学特性试验研究有重要的理论价值和现实意义。     

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...     

充填体和围岩–充填体界面剪切特性对比试验研究

拱效应理论模型在剪切力学参数(黏聚力c和内摩擦角φ)的选取上采用了等效原则。为了区分剪切参数的选取对拱效应理论模型的影响,首先,采用三轴测试方法,开展常侧向约束条件下围岩-充填体界面的三轴剪切和充填体的三轴压缩试验。基于Mohr-Coulomb强度理论框架,对不同养护时间下充填体和围岩-充填体界面的剪切力学参数进行对比和量化分析。然后,利用电子扫描电镜(SEM)和热差异分析(TG/DTG)的分析手段,充分解释充填体和围岩-充填体界面剪切参数的差异性。最后,依据试验测试结果,对Terzaghi理论模型的工程应用进行讨论。研究表明,随侧向约束的增加,围岩-充填体界面的剪切位移-剪切应力曲线呈现出多峰值现象,且充填体的轴向应变-偏应力曲线呈现出明显的弹性强化阶段。充填体的剪切力学参数(c_b,φ_b)要明显大于相应围岩—充填体界面的参数(c_i,φ_i)。两者的黏聚力比值(c_b/c_i)相差了 2.26～2.67倍,内摩擦角比值(φ_b/φ_i)相差了 1.65～2.76倍。且采用围岩-充填体界面的剪切参数(c_i,φ_i)进行充填采场竖向应力(σ_v)的预估能有效地克服Terzaghi理论模型的局限性。研究结论可为充填采场拱效应的预估和数值分析中力学参数的选取提供一定的参考。     

砂浆锚杆粘结性能试验研究

通过三组粘结试验研究了钢筋锚杆、砂浆、混凝土三相介质锚固体中钢筋极限拉拔力的大小,并探究了钢筋直径、钢筋类型、粘结长度对锚固系统承载力的影响规律。     

砂浆粘结GFRP锚杆试验研究

通过对直径为 2 5mm的GFRP螺纹杆的材性试验和灌浆锚固下的拉拔力测试试验 ,研究了GFRP锚杆的锚固性能。研究表明 ,GFRP螺纹杆的抗拉能力高于同等直径的钢筋 ,但是 ,并没有充分发挥GFRP材料的潜力。从拉拔力试验看到 ,GFRP材料的荷载 -滑移曲线与螺纹钢相似 ;GFRP螺纹杆能承受的最大拉拔力比同直径螺纹钢要小 30 %左右 ,表明一般的砂浆锚固不能充分发挥GFRP的材料优势。     

桩-珊瑚砂接触面剪切力学特性试验研究

珊瑚砂桩基工程在岛礁建设中备受关注,其赋存环境对桩基承载特性的影响不容小觑。为研究不同环境下桩-珊瑚砂接触面剪切力学特性,采用自主研制的温控桩-土接触面三轴试验仪,对取自南海海域的珊瑚砂进行不同温度、围压和盐度的三轴排水剪切试验。结果表明：桩-珊瑚砂接触面的剪切应力-位移曲线有明显的应变软化特征;温度对桩和珊瑚砂的表面特征影响并不显著,进而对二者接触面的剪切特性影响亦较小;围压与接触面剪切强度呈线性正相关关系,100～300 kPa围压下,由于剪切过程中珊瑚砂颗粒重排列和破碎,接触面内摩擦角减小,残余强度约为峰值强度的70%～80%,在较高围压下剪切强度损失更为显著;相对淡水环境,盐水环境一定程度上会弱化接触面的剪切强度。     

骨料-砂浆界面过渡区力学特性试验

骨料-砂浆形成的界面过渡区对混凝土力学性能有显著影响,界面过渡区力学参数是开展混凝土细观数值模拟的基本力学参数。以大理石板的光滑面和粗糙面分别代表卵石和人工碎石骨料表面,应用岩体节理粗糙度系数测试原理和方法对其表面的粗糙度进行表征。分别对3种强度等级混凝土、2种最大骨料粒径的6种混凝土骨料-砂浆界面过渡区开展劈裂抗拉、变角剪切和三点弯曲断裂试验。试验结果表明,界面过渡区的劈裂抗拉强度、抗剪强度、断裂韧度较原配合比的混凝土低,约为原混凝土强度的50%。随着混凝土强度等级提高,界面抗拉强度、黏聚强度和断裂韧度增大,摩擦角有减小的趋势。增大骨料表面粗糙度、减小最大骨料粒径可以提高界面抗拉强度和断裂韧度。在相同强度等级和界面粗糙度情况,界面黏聚强度则随骨料粒径增大而增大,其规律与抗拉强度和断裂韧度相反。     

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。     

风积沙中扩体锚杆承载特性试验研究

针对我国西北地区昼夜温差大且多为软弱砂层地质导致锚杆承载能力衰退现象,研究风积沙中扩体锚杆承载特性以及冻融循环的影响。基于12个模型试验组得到6种锚固端头类型在不同冻融循环周期下的锚杆极限承载力、荷载-位移关系、土层内应力以及破坏形式的变化。结果表明：扩体锚杆在风积沙中处于高围压(深埋)情况下,极限承载力有更大的增长潜力。锚固端头体积的增大能有效提高扩体锚杆在风积沙中的极限承载力,且存在锚固端头最优设计比。随着冻融循环周期增长,加速了荷载-位移曲线拐点和极限承载力的出现。土层内应力发生突变,衰减增快,破坏时变形增大。     

玻璃纤维增强塑料锚杆杆体的力学性能研究

高性能的GFRP杆体是提高GFRP锚杆高性能的关键,GFRP杆体的力学性能指标是指导锚杆设计施工的重要参数。本文通过GFRP筋进行基本力学性能试验,测定了GFRP筋的极限抗拉强度、弹性模量、延伸率、应力-应变关系以及筋的抗剪强度,证实了GFRP筋可以代替钢筋应用在岩土锚固工程中。     

锚杆锚固体与土体界面特性室内测试新方法

为了更真实地反映锚杆受拉时锚固体与土体界面的特性,较准确地获得包含界面剪切残余段的剪应力–位移(?–s)全过程曲线,自行研发了一种锚–土界面摩阻性能测试仪及相应的锚杆拉拔试样制作装置和方法。该测试仪器和测试方法简便易行,可成批模拟多种环境条件进行室内锚杆拉拔试验。利用该仪器完成了4批次27个不同条件的锚固体拉拔试验,深入研究了锚固体养护龄期、拉拔速率等因素对锚–土界面剪切强度特性的影响,提出了一种锚–土界面?–s全过程本构模型。研究结果表明:界面剪切强度在锚固体养护14 d后增长缓慢;锚杆以0.1~2.5 mm/min拉拔时,速率对剪切强度的影响不大;提出的锚–土界面模型计算曲线与试验曲线吻合良好。     

全长黏结GFRP抗浮锚杆界面剪切特性试验研究

针对在中风化花岗岩中不同直径、不同锚固长度的钢筋和GFRP抗浮锚杆,依托现场拉拔破坏性试验,首次利用三重光纤光栅传感器串同步测得GFRP抗浮锚杆杆体、灌浆体中央和第二界面(灌浆体与岩体界面)轴向应力、剪应力分布形式,并借助改进的位移测试装置获取了锚杆杆体和灌浆体的相对滑移量,研究GFRP抗浮锚杆的多界面剪切特性。结果表明:GFRP抗浮锚杆体系协同作用较钢筋抗浮锚杆效果较好,直径28 mm、锚固长度4.5 m的GFRP抗浮锚杆极限承载力达400 k N,上拔量小,能够满足工程需要。GFRP抗浮锚杆灌浆体最大轴向应力仅为1 200~1 800 k Pa,有效作用长度为1.5~1.8 m,且存在极大轴力衰减段;最大剪应力为160~260 k Pa,有效作用长度为1.8 m左右,应力集中明显。第二界面最大轴向应力值仅为灌浆体内1/6,也存在极大轴力衰减段,且有向下移动的趋势;最大剪应力值为灌浆体内1/3,有效作用长度在1.2 m左右。试验结果揭示了GFRP抗浮锚杆的力学传递机制,进一步明确了锚杆杆体与灌浆体之间的锚固特性和黏结性能。     

不同孔隙水压条件下完整砂岩剪切力学特性试验研究

利用自主研发的煤岩剪切–渗流耦合试验装置,开展法向应力为2.0 MPa,孔隙水压分别为1.0,2.0和3.0 MPa条件下砂岩剪切破坏试验,同时利用三维立体扫描仪对剪切断裂面进行扫描,运用Matlab软件编写统计参数计算程序,分析不同孔隙水压下的剪切断裂面特征。研究结果表明:(1)孔隙水压对砂岩剪切力学特性具有"软化"效应,孔隙水压越高,砂岩的抗剪强度越低,峰值剪切变形量与峰值法向变形量均越小;(2)孔隙水压越高,试件剪切断裂面各点相对基准剪切面垂直距离的均方根偏差S_q、粗糙度指数S_r以及表面裂纹分形维数D_r等均越小,表明随孔隙水压增大,剪切断裂面粗糙程度降低;(3)通过剪切断裂面裂纹扩展分析发现,在不同孔隙水压条件下的剪切试验过程中,试件表面裂纹的扩展只能反映靠近该表面很小范围的内部裂纹扩展情况,不能等同试件剪切断裂面裂纹的扩展路径。     

BFRP砂浆锚杆锚固黏结性能试验研究

通过6组BFRP砂浆锚杆拉拔试验,研究了BFRP砂浆锚杆的锚固黏结性能,分析了锚固长度、筋材直径、筋材表面特征对其黏结-滑移关系、锚杆杆体轴力分布、锚杆界面剪切应力分布的影响。结果表明：试验条件下水泥砂浆强度为27.49 MPa时,试件的破坏形态分为拔出破坏和劈裂破坏两类;锚固长度由5cm增加至10、15 cm时,黏结强度分别降低42.5%、67.78%;筋材直径由12.6 mm减至10、8 mm时,黏结强度分别增加20.61%、42.22%;与光面BFRP筋相比,黏砂BFRP筋黏结强度增加4.42%,峰值滑移量减少24.21%;锚杆杆体轴力自加载端沿杆体呈降低趋势,极限荷载时,杆体轴力均传递至锚固末端,BFRP砂浆锚杆有效锚固长度大于15 cm;锚杆界面剪切应力分布呈先上升后下降的单峰形式,峰值位置随荷载增加逐渐向锚固末端转移,同一荷载等级下,随锚固长度的增加,峰值应力越高。     

锈蚀锚杆与砂浆黏结机理试验研究

锚杆通常工作于软弱破碎的不良地质环境中,岩土介质及地下水中存在的腐蚀性介质、干湿交替、永久浸泡、密闭潮湿、杂散电流、双金属作用等各种因素,都会引发锚杆锈蚀。锈蚀使锚杆表面性状改变,从而影响杆体与砂浆之间的有效黏结,导致锚杆极限抗拔力下降。基于拉拔试验,研究了锈蚀及锈蚀部位对锚杆极限抗拔力和黏结性能的影响机理。结果表明:锚固段无锈蚀试件的极限抗拔力明显高于锚固段发生锈蚀的试件,并且锚固段前段锈蚀对锚杆极限抗拔力的不利影响最大,因此,锚固段前段是锚杆与砂浆黏结的关键部位。试验数据证实锈蚀在锚杆与砂浆界面间起"润滑"的不利作用,破坏了应力由锚杆到砂浆的有效传递路径,是导致锈蚀锚杆极限抗拔力下降,锚固端滑移量增大的主要原因。     

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。     

锚杆–砂浆界面黏结滑移关系的试验研究与破坏过程解析

 为研究岩石基础锚杆与砂浆界面的黏结滑移关系,分别进行室内短锚中心拉拔试验和现场长锚拉拔试验。在室内试验中,利用配置的6种水泥砂浆分析水泥砂浆强度和含砂率对黏结滑移关系的影响,得到试验的最优配合比。根据局部变形理论,建立能够描述长锚杆受上拔荷载作用时,锚杆–砂浆界面经历弹性状态、塑性软化和开裂滑移3个阶段的数学模型。应用该模型分析现场长锚杆试验数据,计算结果表明：(1) 当上拔荷载小于弹性极限荷载时,有效锚固长度为一恒定值,否则有效锚固深度将开始增加;(2) 当上拔荷载大于弹性极限荷载后,轴力F随深度z的衰减程度将因上部界面的软化和开裂而放缓。最后,得出有效锚固深度随上拔荷载增大而增加的计算公式。     

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。