基于非饱和黏性土桩土界面剪切特性试验研究

通过自制的大型恒刚度直剪仪对非饱和黏性土进行桩土界面剪切试验,探讨了非饱和黏性土桩土界面剪切特性及受黏性土饱和度的影响规律。试验和研究结果表明:在分析了非饱和黏性土桩土界面土压力和孔隙水压力的变化规律后,得到桩土界面剪应力峰值和剪切破坏位移随黏性土饱和度的增大而降低的结论,同时还受界面粗糙度和法向应力的影响,界面粗糙度和法向应力越大,桩土界面剪应力峰值和剪切破坏位移越大,在法向应力不同时最大剪切破坏位移相差9.81~12.23 mm;桩土界面黏聚力在饱和度80%~90%时最大,摩擦角随着饱和度的增大呈衰减趋势,因此在桩基设计中需要考虑黏性土饱和度对桩土界面抗剪强度参数的影响,否则会使设计结果过于安全。     

增湿时粉土的抗剪强度特性研究

采用固结不排水剪切方法,对粉土进行了增湿情况下的三轴剪切试验。试验结果表明,随着初始含水率增加,粉土试样的变形破坏逐渐由脆性特征转变为延性特征;极限抗剪强度随着围压增加线性增大,随着含水率增加非线性降低;同时,随着初始含水率增加,粉土的黏聚力显著减小,但内摩擦角减少并不明显,且抗剪强度指标与初始含水率均呈负幂指数关系变化。     

加筋土筋土界面抗剪强度影响因素试验研究

通过室内筋土界面直剪试验,考虑筋土界面抗剪强度的影响因素,进行了不同剪切速度、筋材空隙率及土体含水率下筋土界面直剪试验,分析了不同因素对筋土界面抗剪强度的影响。试验结果表明,剪切速度主要影响筋土界面的内摩擦角,对筋土界面黏聚力几乎没有影响,随着剪切速度的增加,内摩擦角变大,导致筋土界面抗剪强度增大。筋材空隙率主要影响筋土界面黏聚力大小,空隙率越大,筋材肋条对土颗粒的约束作用越小,筋土界面抗剪强度降低。筋土界面抗剪强度受土体含水率的影响较大,随着土体含水率的增加,筋土界面黏聚力和内摩擦角都明显减小,导致筋土界面抗剪强度显著降低。     

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。     

粉土界面恒刚度循环剪切试验研究

竖向循环荷载作用下桩土界面的作用机理是研究桩土摩擦疲劳的关键。针对循环荷载作用下桩-粉土界面的剪切性能,使用改进的剪切试验装置在恒刚度条件下进行循环剪切试验,研究循环次数、累积位移和法向刚度对其摩擦疲劳性能、循环后单调剪切性能的影响。试验结果表明,粉土在循环剪切过程中,法向应力和剪应力在初始10个循环内随循环数增加快速衰减,随着循环进行,逐渐趋于稳定;单次循环内在剪切位移方向变化时,土体呈现表现出剪缩-剪胀-剪缩交替现象,总体变形呈现剪缩的趋势;循环荷载作用下,粉土界面的法向应力和剪应力随法向刚度增大衰减速率增大,达到稳定的累积循环位移越小;粉土循环后的单调剪切、法向应力恢复的单调剪切的剪应力比小于首次单调剪切试验值,且法向应力恢复的循环后剪切试验的剪胀程度较小,表明循环剪切过程中界面处粉土颗粒棱角破碎,颗粒变得光滑。在对试验数据分析的基础上,提出了与累积位移、法向刚度和初始应力相关的无量纲累积位移,建立了法向应力和界面摩擦角随累积位移的衰减方程。     

不同饱和度下黏粒含量对土体强度特性的影响

通过对山东东明某风电场细粒土进行不同饱和度、不同黏粒含量的直剪试验,研究了土体剪应力-剪切位移关系及抗剪强度的变化规律。结果表明:细粒土在低饱和度下的剪应力-剪切位移关系呈应变软化,脆性破坏;高饱和度下呈应变硬化,塑性破坏;且土体内黏粒含量越多,剪应力-剪切位移曲线的应变软化行为越弱,应变硬化现象发生得越早;粉土随着饱和度的增加,抗剪强度持续下降无峰值,明显受黏聚力影响;粉质黏土和黏土随饱和度的增加,抗剪强度表现出先升后降的特点,受内摩擦角影响加大;细粒土中黏粒含量不同,土体抗剪强度受饱和度影响的程度和形式便不同。     

Cr(Ⅵ)污染土剪切过程中电阻率变化规律研究

为研究不同干密度下无污染重塑土和Cr6+污染重塑土在剪切过程中电阻率与抗剪强度关系,分别制取6种不同干密度的无污染重塑土和Cr6+污染重塑土试样,对其进行直剪试验,同时测量其电阻值,然后进行电阻率的换算与修正,并分析收集整理的数据。结果表明:较小频率可以反映土体结构变化,无污染重塑土较早达到抗剪强度值;Cr6+污染重塑土的强度随剪切位移而不断增加,Cr6+污染重塑土剪切过程电阻率的变化较无污染重塑土呈逐渐减小的趋势;Cr6+污染重塑土随干密度增加,剪应力增大,电阻率呈现先减小再增大,最后减小的走势;干密度在特定区间时,Cr6+污染重塑土的黏聚力小于无污染重塑土,其内摩擦角大于无污染重塑土的,而当干密度小于或者大于1.35~1.5区间时,黏聚力和内摩擦角的变化规律正好相反。     

剪切速率对黏性土混凝土界面抗剪强度影响的试验研究

通过自行研制的大型恒刚度桩土界面直剪仪,进行6种剪切速率的黏性土混凝土界面剪切试验,探讨剪切速率对黏性土混凝土界面抗剪强度的影响规律。结果表明:在黏性土混凝土界面,超孔隙水压力随着剪切速率的提高而增大;法向应力和剪切速率通过影响超孔隙水压力大小,决定黏性土混凝土界面剪切峰值强度和剪切破坏位移的大小;剪应力剪切位移关系曲线由基本一致变化到一定范围内产生偏离,且法向应力和剪切速率越大偏离越显著,并出现明显的应变软化现象;剪切速率从0.4mm/min增加至5.0mm/min,黏性土混凝土界面抗剪强度减小幅度增大,摩擦系数减小0.1,有效黏着力的变化介于0.81～5.93kPa之间。     

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。     

土工格栅 黏性土界面特性的拉拔试验分析

筋土界面特性是影响加筋土结构性能的重要因素之一,利用中型拉拔模型试验分析了界面正应力和黏性土含水量对格栅黏性土界面相互作用特性的影响,试验结果表明黏性土含水量对格栅极限抗拔力、界面黏聚力和摩擦系数影响明显。不同界面正应力下格栅极限抗拔力在含水量较小时差别显著,随着黏性土含水量增加,格栅极限抗拔力和界面摩擦系数呈现减少趋势,而筋土界面间黏聚力先增大后减小,且当含水量达到塑限含水量时,三者均趋于稳定。格栅抗拔力位移曲线均经历线性和非线性增加以及拉拔极限阶段,并随含水量增加,抗拔力位移曲线由线性增长向极限状态发展的中间阶段逐渐缩短。在拉拔最大载荷下持续一段时间后卸载,发现格栅的横肋应变有增大的趋势,而纵肋应变呈现减小的趋势。     

基于大型直剪试验的高炉矿渣粉煤灰混合料力学特性研究

依托包钢新体系2 250 mm热轧车间的地基处理工程对混合料的力学特性进行研究;借助大型直剪仪对不同围压和含水率的混合料进行直剪试验,分析了混合料在不同条件下的抗剪强度、力学参数以及从混合料剪切“翻滚 跳跃”现象的角度对相应的剪应力 剪切位移关系曲线上下波动情况进行分析;通过线性回归分析得到含水率与粘结力和内摩擦角的关系曲线。结果表明:当含水率相同时,随着法向应力的增加,混合料的抗剪强度峰值逐渐增大;相同法向应力作用下,随着含水率的增加,混合料的抗剪强度逐渐降低;随着含水率的增加,粘结力和内摩擦角逐渐降低,并且含水率的变化对粘结力的影响程度较内摩擦角大;当剪切位移处于试样长度的1/60~1/10时,剪切“翻滚 跳跃”现象最为明显,相应的剪应力 剪切位移曲线所出现的上下波动幅度也最大。     

淤泥土与新填土接触面抗剪强度试验研究

在坝前淤泥面加坝中,淤泥坝基和新填筑坝体的接触面是整个加坝体的薄弱部位。以宁夏南部山区西吉县南川水库坝前淤泥面加坝工程为研究对象,在参考该工程勘察报告和施工组织设计的基础上,通过改进常规应变式直剪仪测定了在不同工况下淤泥土和新填土接触界面的抗剪强度参数,分析了淤泥土的含水率和压实度对接触面的抗剪强度、黏聚力和内摩擦角的影响。试验结果表明:淤泥―新填土接触面剪切特性受淤泥土的含水率和压实度共同影响;压实度相同时,随着淤泥含水率的增加,接触面抗剪强度先小幅度减小再快速减小,黏聚力先增大再快速减小,接触界面内摩擦角小幅度减小;含水率相同时,随着压实度的增加,界面抗剪强度增大,内摩擦角增大,黏聚力先缓慢增加,再快速增加,具有明显阶段性。     

粘性土剪切带破坏研究

压实粘性土是静水压力和应变率相关性材料,在低围压下表现出软化现象,在高围压下表现出硬化现象.在同一含水率,不同围压下粘性土随周围压力的增大,同一轴向应变所对应的偏应力也越大;压实度一定时,含水率越高,粘聚力越大,而摩擦角越小,粘性土的抗剪强度越弱;含水率一定时,压实度越高,粘聚力越大,而摩擦角越小,抗剪强度也越大.利用TSZ10-1.0型应变控制式三轴仪,对四川绵阳地区粘性土进行了常规三轴压缩试验,研究了不同围压和含水率下粘性土的应力-应变关系、抗剪强度指标,并对粘性土的剪切带破坏进行了拟合分析.     

滩涂地区土与不同结构材料接触面摩擦性能的试验研究

基于混凝土和钢两种不同结构材料,构成土—混凝土和土—钢两种复合体,采用江苏沿海滩涂地区土体,通过改进直剪仪研究土与不同结构材料接触面的摩擦性能及其时效性,并对两种不同结构材料进行沥青涂层,研究沥青涂层对其摩擦性能的影响。试验结果表明,法向应力越大摩阻力越大,摩阻力与法向应力呈近似直线关系。一般情况下,土与混凝土和钢两种结构材料接触面的摩阻力比纯土要低,粉质粘土—钢接触面的摩阻力比粉质粘土—混凝土高,粉土—混凝土接触面的摩阻力高于粉土—钢的摩阻力。随着法向应力的增加,摩阻力降低幅值由负转正,且越来越大。粉质粘土与混凝土和钢两种结构材料接触面的摩阻力具有明显的时效性,而粉土与其结构材料接触面摩阻力的时效性不明显。沥青涂层对接触面摩擦性能也有一定的影响,法向应力较小时,沥青涂层会降低摩阻力,法向应力较大时,沥青涂层反而会增加摩阻力。接触面的摩擦性能与土的类型、法向应力、结构材料、沥青涂层等均受不同程度的影响。     

基于核磁共振下的冻土-结构正融过程界面特性研究

升温解冻导致冻土-结构相互作用发生劣化,为探究正融过程中冻土-结构相互作用,基于NMR分层测试技术对正融过程中界面未冻水含量进行测试,得到界面温度-未冻水含量变化规律;同时开展不同法向压力下界面剪切试验,得到界面温度-抗剪强度相关关系,从而进一步探究界面温度-未冻水含量-抗剪强度之间的内在联系。结果表明：NMR分层测试T2曲线可从微观尺度对界面融化过程进行表征,即正融过程界面小孔隙冰晶体融化开始,随着融化程度的加深大孔隙的冰也开始融化,最后直至界面处冰完全融化。根据界面温度-未冻水含量-抗剪强度的变化特征可将整个正融过程划分为冻结阶段、相变阶段、融化阶段3个阶段。依据莫尔-库仑破坏准则分析可知,正融过程中界面内摩擦角、黏聚力呈“此消彼长”的变化特征,其中随着解冻程度加深界面内摩擦角呈先减小后增大,而界面黏聚力呈现先增大后相对减小。     

Effects of water content and interface roughness on the shear strength of silt–cement mortar interface

Although the shear behaviors of silt–structure interfaces are critical in engineering practice, they have not been extensively investigated systematically. In this study, the influence of the silt water content and interface roughness on the shear behaviors of silt–cement mortar interfaces is investigated. Forty–eight silt–cement mortar structure interface tests and 18 silt direct shear tests were carried out. The results indicated that as the water content of the silt gradually increased to saturation, the interface shear stress–displacement curves changed from strain softening to strain hardening, and the interface shear strength decreased significantly. The shear strength of the rough interface was found to be significantly greater than of the silt, and the shear strength of the smooth interface was found to be lower than that of the silt. The interface shear strength gradually increased with the surface roughness, but the increase tended to be gentle. A large shear deformation was observed, and this increased with the decrease in soil water content and the increase (up to a point) in interface roughness. A model of the interface shear strength between unsaturated soil and structures considering the influence of water content and interface roughness was established and verified.     

非水反应高聚物与土工材料的界面剪切特性

基于单调直剪试验,研究了竖向应力、剪切速率对非水反应类高聚物-土工布界面及高聚物-砂土界面的剪切应力、剪切位移、抗剪强度和剪切模量等剪切特性的影响.结果表明:在给定竖向应力和剪切速率下,随着剪切位移的增加,高聚物-土工布界面、高聚物-砂土界面均表现出剪切软化的特性;竖向应力对高聚物-土工布界面抗剪强度及剪切模量的影响显著,在剪切速率v=2mm/min下,随着竖向应力由50kPa增加至150kPa,高聚物-土工布界面的抗剪强度由15kPa增至46kPa;在给定竖向应力下,剪切速率v=1~3mm/min时,剪切速率对高聚物-土工布界面的抗剪强度以及高聚物-砂土界面的抗剪强度和剪切模量的影响均较小.     

南宁市河流冲积相黏性土抗剪强度热效应研究

为研究不同初始状态黏性土抗剪强度的热效应规律,以南宁市河流冲积相黏性土为研究对象,选取7种初始含水量和5种初始干密度制成720个三轴试样,分别在20℃、40℃、60℃环境中养护168h后利用温控三轴仪进行剪切试验。试验结果表明:温度升高时,黏性土的黏聚力和内摩擦角有升有降,它由土样含水量以及温度变化范围所决定;黏性土抗剪强度的热效应存在一个临界含水量,此临界含水量在该土的最优含水量附近;当温度从20℃上升到40℃时,若小于临界含水量,黏聚力降低,内摩擦角升高,反之则黏聚力升高,内摩擦角降低;当温度从40℃上升到60℃时,若小于临界含水量,内摩擦角降低,反之则内摩擦角升高,而土样黏聚力均升高;在临界含水量处,黏性土的热效应最不明显,含水量与临界含水量相差越大,热效应越显著;对于含水量小于临界含水量的土样,存在一个干密度,使其热效应最显著,此干密度远小于最大干密度,大于临界含水量土样的热效应与干密度之间的规律并不明显。     

黄土节理抗剪强度特性试验研究

试验得出表面形态、干密度和含水量对黄土节理的强度特性的影响,揭示出黄土节理表面形态对抗剪强度参数c、φ值的影响规律。在相同含水量和干密度的情况下,粗糙表面的节理粘聚力c值较平整表面节理的大,而节理的摩擦角φ值相差较小,说明黄土节理形态特征对节理粘聚力c值有较大影响,而对摩擦角φ值影响较小。干密度对黄土节理粘聚力c值的影响较大,而对内摩擦角φ值的影响较小。当试样含水量在一定范围之内,黄土节理的摩擦角随含水量的增加呈二次曲线变化。但当试样含水量较大时,测得试样抗剪强度稍有增大,是因为节理表面部分土体在法向压力作用下发生重塑,破坏面已不是原有节理面,重塑土体自身的抗剪强度发生作用,引起试验所测抗剪强度的增大。