Nonlinear elastic model for compacted clay concrete interface

In this paper, a nonlinear elastic model was developed to simulate the behavior of compacted clay concrete interface (CCCI) based on the principle of transition mechanism failure (TMF). A number of simple shear tests were conducted on CCCI to demonstrate different failure mechanisms; i.e., sliding failure and deformation failure. The clay soil used in the test was collected from the “Shuang Jang Kou” earth rockfill dam project. It was found that the behavior of the interface depends on the critical water contents by which two failure mechanisms can be recognized. Mathematical relations were proposed between the shear at failure and water content in addition to the transition mechanism indicator. The mathematical relations were then incorporated into the interface model. The performance of the model is verified with the experimental results. The verification shows that the proposed model is capable of predicting the interface shear stress versus the total shear displacement very well.     

击实土电阻率特性试验研究

简要介绍了土的电阻率理论,通过试验得出了击实土电阻率与其含水率、击实次数的关系,分析了含水量及击实次数影响击实土电阻率的机理,并探讨了土电阻率理论研究中的问题及应用前景。     

一种土与结构接触面模型的建立及其应用

在进行了一系列接触面单剪试验的基础上，分析和探讨了接触面剪切破坏和变形的机理，提出了错动位移、剪切位移以及接触面“剪切错动带”的概念。在此基础上，建立了一种新的接触面模型，并给出了确定模型参数的方法。有限元计算结果表明，该模型能够较合理地反映接触面上剪应力的传递及相对位移的发展，它比常规接触面模型有较明显的改进。     

粗粒土与结构接触面静动力学特性的大型单剪试验研究

运用80t大型三维接触面试验机,对单剪条件下粗粒土与钢板接触面静动力学规律进行了研究。随单调剪切的进行,接触面土体变形由靠近结构面区域逐渐向远处传递和发展,并集中于剪切区域内,接触面厚度约为（6D₅₀~7D₅₀;接触面达到强度时对应的滑动位移约为0.5D₅₀,之后滑动位移发展变快,破坏发生在接触界面处;法向应力对接触面厚度、土体变形沿试样深度分布形式影响较小,主要影响土体变形大小。循环剪切时接触面厚度未继续扩展;土体变形及变形位移幅值随循环剪切逐渐减小,并向初始剪切方向偏移,出现了异向性;接触面在不断剪切硬化,主要由结构面附近土体硬化所致;接触面强度是否达到主要取决于滑动位移,并在达到后逐渐减小,减小程度达16%,且正反向剪切时强度呈现异向性;接触面剪切体变、切向应力与3种位移（切向位移、变形位移、滑动位移）的关系稍有差别。     

压实土不固结不排水单剪、直剪试验对比

对国内外单剪、直剪试验装置进行调研,总结、分析单剪和直剪试验的优缺点。结合具体填方工程中的压实土体,利用一种类似NGI单剪仪的仪器,进行不固结不排水情况下单剪和直剪试验,并将结果进行对比。研究发现,压实土的黏聚力值,单剪比直剪低20.3%,内摩擦角低5°。结合国内外的研究成果,详细分析试验结果的差异所在。     

粗粒土与混凝土接触面特性单剪试验研究

采用大型单剪仪进行粗粒土与混凝土接触面在膨润土以及混合土(膨润土中掺入水泥)泥皮条件下的剪切试验。通过对不同水泥浆含量的混合土泥皮接触面进行试验,揭示不同泥皮条件下接触面的力学特性。结果表明,与无泥皮或膨润土泥皮时不同,存在混合土泥皮时,剪应力与剪应变关系曲线存在明显软化段,峰值强度的位置与水泥含量以及法向应力大小有关。水泥含量越大其相应的强度越大,水泥含量由10%提高到40%时,其相应的内摩擦角提高约3.2倍,水泥含量为40%时,其强度达到无泥皮时的84%。剪切破坏时,在同一高度处,法向应力越大,切向位移也越大;同样的法向应力及高度处,切向位移随水泥含量的提高而增大。无泥皮、低法向应力下,试样出现明显的剪胀现象,而泥皮条件下试样均表现为剪缩。试样的有效高度对粗粒料的强度及变形有一定的影响,最大粒径为20mm时,高度分别为100与30mm的试样相比,其内摩擦角及水平位移偏差分别为3%和6%左右。与最大粒径为60mm试样相比,最大粒径20mm试样的内摩擦角要小1.9°,减幅4.8%。     

压剪作用下压实黏土断裂破坏机理及断裂准则

土体既有裂缝的开裂问题通常被认为是拉剪应力导致,而实际工程中压实黏土多处于压剪应力状态,为探究压剪作用下压实黏土中既有裂缝的起裂机理,对压剪闭合裂缝应力场和断裂准则进行了理论分析,开展了含中心裂缝压实黏土单轴压缩试验,研究了裂缝倾角、裂缝长度及裂缝形态对压剪断裂性状的影响,揭示了压实黏土中闭合裂缝压剪张拉断裂机理,充分...     

击实黄土抗剪特性的试验研究

为了得到击实黄土的抗剪特性,以不同粘土含量(10%,20%,25%和30%)的四个黄土土样为试验样本,分别进行了颗粒分析试验、标准击实试验、直剪试验,试验表明:粘粒含量影响黄土的击实效果,直剪试验表明粘粒含量改变了黄土的受剪特性但对黄土的内聚力和内摩擦角的影响较小。     

面板堆石坝挤压式边墙与面板接触面力学特性研究

采用试验方法研究了不同的挤压式边墙表面处理措施对挤压式边墙与面板接触面力学特性的影响规律。针对挤压墙表面的不同措施进行了大型接触面剪切试验,测量了接触面的应力应变关系,分析了主要影响因素。结果表明:采用填料可以减小接触面的峰值剪应力,其中乳化沥青、乳化沥青与砂聚合物、PE膜的效果接近,沥青油毡的减小摩擦效果更为显著。不采用填料或者采用乳化沥青、乳化沥青与砂聚合物、沥青油毡等填料时,接触面的力学特性都表现出类似于理想弹塑性的特性,采用PE膜填料的接触面表现出较明显的应变软化。Clough-Duncan模型能较好地模拟接触面的起始剪切段,但当剪应力较大并接近峰值时模型预测与试验结果表现出一定差距。建议了一个模拟该类接触面主要力学特性的修正理想弹塑性模型,其参数少且易于确定,模型的模拟结果与试验结果也较为符合。     

桩-红黏土接触面温控测试及应力-应变关系研究

在对能量桩承载特性进行设计与计算时,能量桩桩-土接触面力学特性十分重要;已有桩-土接触面力学特性研究中考虑温度效应的仍相对较少。采用重庆地区重塑红黏土,通过室内温控直剪试验测试其桩-土接触面力学特性,并与土体本身直剪强度特性进行对比;基于能量耗散原理推导的桩-土接触面模型,分析红黏土温度效应试验结果,归纳形成两个温度因子?1、?2,建立考虑温度效应的桩-红黏土接触面模型。通过新模型模拟结果与实测值的对比,验证文中所建立的桩-红黏土接触面温度效应模型的准确性和可靠性。研究结果表明,文中试验条件下,温度升高,桩-红黏土接触面的剪切强度略有增大;桩-红黏土接触面温度效应模型可以较好地模拟不同法向应力下的接触面应力-应变曲线,并且可以在一定程度上反映温度对接触面力学特性的影响。     

垃圾填埋场多层复合衬垫的破坏面特征

多层土工合成材料复合衬垫的极限破坏面特性是垃圾填埋场稳定分析的重要问题,单一固定破坏面的观点已经被广泛接受。在多层土工合成材料复合衬垫的整体叠环式单剪试验后发现极限破坏界面并非单一固定,而是随着法向应力的变化发生由一个界面向另一界面转移,且在一定的法向应力范围内还可能同时出现两个具有相同剪切强度的极限破坏界面;多层土工合成材料复合衬垫中各层的剪切应力–位移曲线是硬化型的,衬垫系统的剪切强度总是低于极限破坏界面的剪切强度。试验结果表明,叠环式单剪仪能更正确和合理地模拟填埋场中的多层复合衬垫在加载过程中的实际剪切变形情况和复合衬垫中材料间的相互作用,从而能更好地揭示多层复合衬垫系统的整体剪切特性。     

砾石垫层-混凝土接触面力学特性单剪试验研究

混凝土面板坝的安全与面板的受力状态密切相关。混凝土面板与砾石垫层料的特性有较大差异,两者之间接触面的力学特性,对于面板的应力与变形具有重要影响。结合国内在建的水布垭高面板堆石坝的设计科研需要,研制了一大型叠环式单剪仪,对面板与砾石垫层间接触面的力学特性进行了试验研究。为了对接触面的不同处理方式的效果进行对比,为设计方案的选择提供依据,分别进行了混凝土面无保护、砂浆保护和乳化沥青保护三种接触面的剪切试验。     

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。     

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。     

Behavior evaluation of geogrid-reinforced ballast-subballast interface under shear condition

The effective functioning of a railway track under operating conditions depends largely on the performance of various rail track interfaces (e.g. ballast-subballast interface, subballast-subgrade interface). In this context, a series of large-scale direct shear tests were conducted to investigate the shear behavior of unreinforced and geogrid-reinforced ballast-subballast interfaces at different normal stresses (σ_n) and rates of shearing (S_r). Fresh granite ballast and subballast having average particle size (D₅₀) of 42?mm and 3.5?mm respectively, and five geogrids with different aperture shapes and sizes were used in this study. Tests were performed at different normal stresses (σ_n) ranging from 20 to 100?kPa and shearing rates (S_r) ranging from 2.5 to 10.0?mm/min. The laboratory test results confirmed that the shear strength of ballast-subballast interface was highly influenced by the applied normal stress (σ_n) and rate of shearing (S_r). The friction angle (φ) of unreinforced ballast-subballast interface was found to decrease from 63.24° to 47.82° and dilation angle (ψ) from 14.56° to 5.23° as the values of σ_n and S_r increased from 20 to 100?kPa and 2.5–10.0?mm/min, respectively. Further, the breakage of ballast (B_g) was found to increase from 2.84 to 6.69%. However, geogrid inclusions enhanced the shear strength of the ballast-subballast interface and also reduced the extent of B_g. The results indicate that it is possible to establish a relationship between the friction angle (φ) and breakage of ballast (B_g), wherein the friction angle (φ) of both unreinforced and geogrid-reinforced interfaces reduces with the increase in breakage (B_g). The interface efficiency factor, defined as the ratio of the shear strength of the geogrid-reinforced ballast-subballast interface to the original shear strength of ballast-subballast interface varies from 1.04 to 1.22. Moreover, the current study revealed that the shear behavior of ballast-subballast interface was influenced by geogrid aperture size (A).     

海积软粘土的单剪试验研究

开展了天津新港海积软粘土的一系列基于应变控制的单剪试验,研究了动剪切的频率、土样超固结比和剪切应变幅值对该土的等效动剪切模量影响,以及等效动剪切模量和阻尼比与动荷载作用时间的变化关系。试验结果表明:剪切频率越高或者土样的固结比越大,相同应变幅值对应的应力幅值和等效剪切模量越大,但是存在一个动荷载频率的阈值,低于此阈值,荷载频率对等效剪切模量的影响可以忽略;等效剪切模量随着循环振次增加而衰减,这种衰化主要发生在循环的初始阶段,超过一定的循环周次后,振动周次的影响逐渐减小;阻尼比受循环振次的影响较小。     

不同剪切速率下格栅–土界面循环剪切及其后直剪特性

 为了研究剪切速率对砂土与土工格栅界面剪切特性的影响,采用室内大型直剪仪对土工格栅加筋砂土试样分别进行不同剪切速率下的单调直剪试验、循环直剪试验,并在循环直剪试验结束后接着对试样进行单调直剪试验,研究了剪切速率对筋土界面剪切应力、剪切体变的影响,对比分析不同剪切速率下单调直剪试验的结果与经受过循环剪切后的单调直剪试验结果的差异。试验表明：剪切速率对单调直剪条件下筋土界面的剪切特性影响不大;循环剪切过程中,低剪切速率和高剪切速率下分别发生循环剪切软化和循环剪切硬化现象;剪切速率对循环剪切后的筋土界面直剪特性影响较明显,受循环剪切后筋土界面的抗剪强度比不受循环剪切作用的要低。     

压实黏土剪切带渗透特性试验研究

针对中国在建和拟建的300m级高堆石坝心墙黏土(尤其是接触黏土)在大剪切变形、高水头作用下渗透安全性评价的重大需求,采用新研发的土体环剪渗透试验装置对某高堆石坝心墙黏土进行了系列竖向压缩—环向剪切—径向渗流试验,测定了不同压实密度的黏土剪切带在不同竖向压力下导水系数随剪切位移的变化过程,揭示了压实黏土在大剪切变形过程中渗透特性的演化规律、内在机理及影响因素。在高竖向压力下,剪切带在剪切过程中被压缩得更密实,其导水系数在剪切过程中并不增大,剪切带在经历大剪切变形后仍具有良好的抵抗渗流的能力。在低竖向压力下,剪切带内土体破碎、错动、形成空隙,从而导致其导水系数急剧增大。对于所用的黏土,压实过程导致的前期固结压力可以粗略作为判别产生剪切渗漏带的门槛应力值。超固结的压实黏土易产生剪切渗漏带的试验发现,比目前传统的水力劈裂假设可以更好地解释和判别坝体中集中渗漏发生的条件及部位。     

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。