接触面等应力增量比路径单剪试验及模型研究

为研究等应力增量比路径下土与结构接触面力学特性,进行高塑性粘土与混凝土接触面等应力增量比路径单剪试验,获得不同应力路径下应力应变关系曲线。试验结果表明,高塑性粘土能够较好地适应大变形,接触面剪应力与切向应变关系呈剪切硬化型曲线,法向剪胀不明显;接触面剪切强度与应力路径无关,应力应变关系与应力路径密切相关;初始法向应力一定,应力增量比越小,剪应力增长越快,对应的破坏剪应力也越高;无剪胀发生情况下,法向应变与法向应力关系曲线与单向压缩试验具有一致性;应力比与切向应变呈良好的双曲线关系。在试验研究的基础上,基于广义位势理论,将土与结构接触面问题看着应力空间上的二维数学问题,采用塑性状态方程代替传统的屈服面,建立了双重势面接触面弹塑性模型。模型能够反映应力路径、初始法向应力对接触面力学特性的影响,具有一般性,参数能够通过试验完全确定,可以方便地应用于有限元分析,具有一定的应用推广价值。     

正反向直剪下层状岩体强度和破坏特征模型试验

通过对不同倾角类层状岩体试样的正、反向直剪试验,深入对比分析了试样在正、反直剪过程中的抗剪强度、强度各向异性、剪胀性质和破坏形态的特征及不同.试验结果表明:1)层状岩体的剪切破坏,具有延性破坏特征;相同试样正、反向直剪的剪切应力与切向位移关系曲线特征点的变化规律一致,但曲线形态并不相同.2)同一法向应力下,相同试样正、反向剪切的峰值强度、残余强度和抗剪强度指标c、φ值均不相同.正向剪切时,30°的抗剪强度最高;而反向剪切时,120°的抗剪强度最高.3)相同层理倾角的试样正向剪切时,剪胀效果显著强于反向剪切时的;而反向剪切时的剪缩效果却比正向剪切时的更加明显.4)各组试样在正、反向剪切下的宏观破坏形态特征完全不同,有较强的剪切方向性.试样的剪切破坏机制可分为4种:滑移、剪断、张拉断裂和张拉滑移复合破坏.最后,通过简化计算模型的对比分析,在理论上解释了60°倾角的试样正、反向直剪时破坏机理的不同.     

红层泥岩桩岩接触面本构模型试验及数值模拟

桩-岩（土）接触面力学特性的研究是桩基承载机理研究的基础。通过红层泥岩桩岩接触面大型直剪试验,研究了红层泥岩桩岩接触面的力学特性,结果表明：接触面剪应力先随剪切位移增大而增大,在达到峰值后,剪应力随着剪切位移增大而降低,并最终趋于稳定值,应力应变曲线呈现出应变软化的特征。根据剪切试验结果,推导出桩岩接触面应变软化本构方程。利用fish语言对FLAC^3D中自带的理想弹塑性接触单元进行二次开发,并应用开发的模型对桩岩接触面直剪试验进行了数值模拟,分析剪应力与剪切位移之间的关系,证明了该本构能够较好地模拟接触面间的应变软化特性。     

高频循环剪切下密砂与结构接触面土体性状的颗粒离散元分析

采用颗粒离散元方法,分析了高频循环剪切荷载下密砂与结构接触面的土体性状性,从不同的颗粒因素和剪切条件来分析接触面土体孔隙率、体应变以及典型位置颗粒的变化情况。数值模拟结果表明,密砂颗粒摩擦系数越大、其剪胀性越弱;颗粒刚度越大,其剪胀性越强;密砂的颗粒刚度比对其力学性质影响不大;边界围压越大,密砂的剪胀性越弱;高频循环剪...     

引江济淮试验工程中不同尺寸试样抗剪强度的试验对比研究

边坡岩土体的抗剪强度是评估边坡稳定性的关键参数,采用较小尺寸试样可能难以反映岩土体的结构性,导致测试结果偏离实际情况。为研究尺寸效应对不同岩土体抗剪强度参数取值的影响,选取引江济淮试验工程的4种典型岩土层,进行现场原位大型剪切试验与室内小尺寸试样的直剪试验。结果表明:受原位地质条件的影响,进行现场大型剪切试验时,岩土体应力-应变曲线的剪应力峰值更突出,达到峰值以后,经历1%~2%剪应变即达残余剪应力,不同岩土体应力-应变曲线表现出明显的差异性;影响岩土体尺寸效应的因素众多,仅从黏粒含量、膨胀性、取样扰动来分析现场与室内剪切试验的差异性是远远不够的,对于不同地质的实际工程,现场原位剪切试验仍然是获取合理强度参数的关键性试验。基于试验结果,给出了该地区采用室内直剪试验所得的强度参数的建议修正比率。     

黏土-水泥土接触面剪切特性试验研究

掌握黏土–水泥土接触面的剪切特性及土体运移规律是研究水泥土桩、墙等结构物承载和变形机理的关键。本文基于系列直剪试验研究黏土与不同粗糙度水泥土接触面的力学特性,以探究黏土–水泥土接触面抗剪强度、破坏规律及变形特性。结果表明：黏土–水泥土接触面的剪切破坏强度服从摩尔–库伦强度准则,接触面摩擦角随粗糙度的增加而增大,但增长速率逐渐减缓,而接触面粘聚力与黏土粘聚力大小相当;黏土–水泥土接触面的法向应变与剪切位移曲线整体表现为剪缩型,且剪缩量随法向应力和粗糙度的增加而增大。归一化的接触面强度有效系数Es随粗糙度的增加而增大,且当粗糙度R超过1.0 mm后,Es大于1.0,说明由于“被动阻力”的存在使得黏土–水泥土接触面的抗剪强度得到提升,从而出现大于黏土自身抗剪强度的情况。不同法向应力作用下,各接触面剪应力–剪切位移关系曲线均服从指数分布,据此建立了描述接触面粗糙度、剪应力、剪切位移、法向应力、摩擦角和粘聚力关系的复合指数模型,该模型对接触面剪应力–剪切位移关系曲线具有良好的拟合效果。此外,随着剪切过程的持续进行,剪切破坏区逐步由剪切前方扩展至剪切后方。研究结果对揭示黏土–水泥土接触面的力学特性及水泥土桩、墙等的设计具有参考和指导意义。     

粒状土与结构接触面多重剪切边界面模型

针对工程中存在大量的土与结构物相互作用,使接触面的力学特性对土体和结构物的受力变形及其相互作用产生重要影响的问题,利用塑性滑移理论,将粗粒土与结构接触面的宏观变形分解为一个宏观法向变形和剪切面内一系列不同方向分布的相互独立虚拟微观剪切变形;通过虚功原理,在粒状土的状态相关和边界面弹塑性理论框架内建立一个粗粒土与结构接触面的多重剪切边界面模型.每个微观剪切变形包含一个微观剪应力-应变关系和一个微观应力-剪胀关系.引入一个与接触面土体密度和法向应力相关的状态参数,用以描述不同状态下土与结构接触面的变形和强度特性.对不同粗粒土与结构接触面在二维或三维应力条件下的单调和循环剪切试验进行模拟计算,模型预测与试验结果吻合良好,说明模型能够合理地描述粗粒土与结构接触面的非线性力学行为.     

基于次加载面摩擦模型的接触面剪切特性研究

为了反映土与结构接触面的应变软化特性以及剪切速率对土与结构接触面力学特性的影响,基于ABAQUS软件提供的FRIC子程序,采用显式积分算法,对能够表现接触面上应变软化的次加载面摩擦模型进行二次开发. 利用该模型模拟土与结构接触面的直剪试验,研究直剪试验过程中次加载面摩擦模型接触面上的应力演变过程. 研究结果表明,利用次加载面摩擦本构模型,能够较好地模拟土-结构接触面直剪试验中的应变软化和密实状态的类砂土残余切应力随剪切速率的增大而下降的现象. 在剪切位移的发展过程中,次加载面摩擦模型接触面上的切应力先增加后减小,接触面远离加载端一侧到另一侧的应力发挥水平先后达到最大值. 该研究表明,次加载面摩擦模型可以用于土与结构接触面的应变软化特性和速率相关性的模拟.     

考虑粗糙度影响的黏土-混凝土接触面峰值剪切强度模型研究

结构面粗糙度是影响土-结构接触面力学特性的重要因素。为深入研究结构面粗糙度对接触面强度特性的影响,采用大型直剪仪进行不同粗糙度条件下黏土-混凝土接触面剪切试验,分析粗糙度对接触面峰值剪切强度的影响规律,揭示粗糙度对接触面剪切强度的影响机理。研究结果表明：粗糙度的增大能明显提高接触面的峰值剪切强度,且粗糙度的影响存在临界值;接触面的剪切强度主要由土体与光滑接触部分的界面剪切强度以及粗糙接触部分土体自身剪切强度组成,随着粗糙度的增大,接触面逐渐由剪切滑移破坏向土体内部破坏发展;通过在Jewell界面强度模型中引入与粗糙度相关的粗糙效应系数,建立了考虑粗糙度的接触面峰值剪切强度模型;将不同粗糙度条件下的模型计算值与试验值进行对比分析,验证了本文模型的合理性。     

双轴压缩试验中砂土剪切带形成的离散元模拟分析

采用离散单元法软件PFC2D模拟了大量砂土试样双轴试验,分析了砂土剪切带形成机理及发展过程,并通过研究试样剪切带内外应力-应变关系及孔隙比、平均接触数及配位数等参数的变化情况,研究了带内外宏微观性质的差异。研究表明:砂土剪切带的形成过程即为试样内部应变局部化过程,也为试样内部平均转动率(averaged pure rotation rate, APR)的局部化;剪切带开始形成点也为试样剪缩、剪胀分界点;剪切带内外各宏微观参数变化规律上存在明显的差异,主要表现为近剪切带位置土体及带内土表现为应变软化现象,而距带中心较远土体应力应变关系曲线出现‘回滞圈’现象;带内变形量明显大于带外,且带内较带外松散。     

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0.4 mm/min增加至5.0 mm/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0.81~5.93 kPa之间。     

考虑粗糙度影响的不同土与混凝土界面大型直剪试验研究

土与结构接触界面的力学特性对于土体与结构相互作用系统的研究具有重要意义,结构周围土体性质与结构表面粗糙度是影响接触面力学性质的重要因素。为研究结构表面粗糙度对不同土体与结构接触面的剪切力学特性的影响,采用大型直剪试验仪进行了3种土体（红黏土、砂土与碎石土）与混凝土接触面剪切试验。通过在混凝土表面预制不同数量的规则半圆型凹槽来改变表面粗糙度,并采用灌砂法对混凝土表面粗糙度进行定量评价,研究粗糙度对不同类型接触面的剪切应力与剪切位移曲线以及强度参数的影响。结果表明：土体类型对接触面的剪切应力与剪切位移曲线形态具有较大的影响,红黏土与混凝土接触面剪切曲线表现为剪切软化型,砂土与混凝土接触面剪切曲线表现出理想弹塑性特征,碎石土与混凝土接触面剪切曲线主要表现为应变硬化型。粗糙度对接触面的剪切强度有着显著的影响,不同土体与混凝土接触面的剪切强度随粗糙度的增大均有明显提高,但法向应力的增大会弱化粗糙度对接触面剪切强度的影响。不同粗糙度条件下接触面的剪切强度与法向应力之间均存在着良好的线性关系,表明接触面的剪切破坏符合摩尔-库伦准则。粗糙度的增大能显著提高接触面的表观黏聚力,但对接触面内摩擦角的影响较小。     

土与结构接触界面改进直剪试验研究

目的 研究土与结构接触界面力学行为随接触材料类型及含水率变化规律．方法 通过改进的直剪仪进行黏土自身、黏土与混凝土、黏土与石、黏土与砖4个含水率共64个试样的剪切试验．结果 得到了不同含水率不同正应力下土与不同结构接触界面的剪切应力应变曲线，当土体含水率增大时，黏土内部摩擦角缓慢减小，而黏土与混凝土和黏土与砖接触界面的摩擦角急剧降低；土体内部的黏聚力逐渐减小。而土与结构接触界面的黏聚力均先增大后减小，各接触类型接触界面的抗剪强度随土体含水率的增大均呈下降趋势．只在含水率为13％、法向应力为50kPa的黏土内部剪切时才出现剪胀现象．结论 土与结构接触界面的抗剪强度、摩擦角、黏聚力等力学参数与接触材料类型及土体含水率密切相关，研究结果为工程设计的计算参数取值提供了试验依据。     

连续梁抗剪性能与裂缝分析

连续梁存在异号弯矩,当负弯矩大于正弯矩时,裂缝发生在负弯矩区内,反之,向正弯矩区移动.除弯矩调幅产生的内力重分布外,也伴随着剪力重分布,使支座截面剪力增大,抗剪切能力不足.针对-起发生裂缝连续梁案例,抓住裂缝特征,探讨引起裂缝产生的原因;从连梁的抗剪性能着手,联系实际情况,分析模板支撑基础承载力不足对连续梁裂缝的影响,...     

Effect of interaction of dislocations with core-shell nanowires on critical shear stress of nanocomposites

The contribution to the critical shear stress of nanocomposites caused by the interaction between screw dislocations and core-shell nanowires (coated nanowires) with interface stresses was derived by means of the MOTT and NABARRO's model. The influence of interface stresses on the critical shear stress was examined. The result indicates that, if the volume fraction of the core-shell nanowires keeps a constant, an optimal critical shear stress may be obtained when the radius of the nanowire with interface stresses reaches a critical value, which differs from the classical solution without considering the interface stresses under the same external conditions. In addition, the material may be strengthened by the soft nanowires when the interface stresses are considered. There also exist critical values of the elastic modulus and the thickness of surface coating to alter the strengthening effect produced by it.     

大埋深土与井壁相互作用力学参数研究

利用高压直剪仪和三轴电液伺服机，采用模拟土与井壁接触面的土加砼混合试样，测得了在大埋深条件下，粘土和砂土与冻结法成井井壁相互作用力学参数大小。并结合实例，介绍了所得参数在井壁破裂分析中的应用。     

黄土-三趾马红土滑坡滑带土剪切力学特性影响因素

中国西北地区黄土广泛沉积于三趾马红土之上形成“双层异质”接触层面,控制和影响黄土滑坡的形成。为研究黄土-三趾马红土界面剪切力学特性,研制可视化界面直剪仪,开展界面试样剪切试验,探讨齿面角度、含水率、干密度对其剪切破坏模式、强度与变形特性影响规律。结果表明:试样均沿界面产生剪切破坏,试样剪切破坏模式可分为齿间滑动、齿间滑动-齿面剪断、齿面剪断3种; 界面试样剪切应力-位移曲线呈应变软化型,峰值强度后应变“跳跃”及“塑态”特征反映出界面的脆性与塑性剪断破坏特征,剪切刚度、剪切破坏位移演化规律均受界面接触条件影响; 界面剪切过程存在明显剪胀效应,剪胀位移演化规律反映了剪切过程的齿面挤密、齿间滑动、齿面剪断与界面摩擦阶段; 界面试样强度随界面接触条件均呈非线性变化,齿面角度越大,峰值强度与残余强度越高,试样剪切破坏模式越趋于脆性齿面剪断; 含水率越高,界面峰值强度越低,试样剪切破坏模式越趋于塑性齿面剪断; 界面试样干密度越大,峰值强度越大,残余强度越低,试样剪切破坏模式越趋于脆性的齿间滑动-齿面剪断。研究成果可为进一步研究黄土-三趾马红土界面强度准则,揭示黄土-三趾马红土复合型滑坡启动机制提供参考。     

剪切疲劳荷载下无砟轨道灌缝胶低温粘附特性

为研究无砟轨道聚氨酯灌缝胶在剪切疲劳荷载下粘附性能发展规律,依据灌缝胶工况开发了剪切疲劳试验及低温粘附特性直接拉伸试验,对经不同次数剪切疲劳加载的粘附性试件进行直接低温拉伸试验,分析剪切疲劳前后不同灌缝胶最大拉力、破坏位移指标的变化规律,及拉力-位移曲线的发展特性.结果表明:对未经疲劳加载的灌缝胶,材料异氰酸酯指数R与粘附强度呈正相关,与粘附抗变形能力呈负相关;疲劳加载后,R与材料抗疲劳性能呈负相关;疲劳加载初期,R较小的灌缝胶因体系内链段取向而出现粘附性能提高、离散性变大现象;疲劳加载过程中,由于材料内部介质不连续导致最大拉力指标稳定性优于破坏位移;随剪切疲劳加载次数增加,材料内部损伤累积破坏了粘附整体性,使失效模式由脆性破坏趋向于韧性破坏;基于试验结果,推荐抗剪切疲劳性能较好灌缝胶R宜在1.7~2.5之间.     

考虑粗糙度的黏性土-结构接触面力学特性试验

目前土与结构接触面的粗糙度定义未达成统一认识,不利于量化分析粗糙度对结构接触面力学性质的影响。同时,粗糙度对粘性土与结构接触面相互作用影响的研究也有待深入。为此,基于对灌砂法的修正,提出了一种测定土-结构接触面粗糙度的方法。针对试验自制的混凝土试块的半圆凹槽状粗糙表面和其他学者设计的齿形粗糙表面,使用修正后的灌砂法、常规灌砂法和试验常用的峰谷距测定法测定它们的粗糙度,并进行对比。利用大型直剪试验仪对红粘土-混凝土试块接触面进行了直剪试验,定量分析了粗糙度对接触面剪切破坏、变形等的影响,并探讨了粗糙度的影响机理。研究成果表明：针对接触面粗糙度的测定,修正后的灌砂法比常规灌砂法或峰谷距测定法都有效。接触面剪切破坏满足摩尔-库伦剪切破坏准则。粗糙度对接触面摩擦角影响不大。接触面抗剪强度和粘聚力的增长速率随粗糙度的增大而降低。随着粗糙度的增大,接触面粘聚力增大且逐渐趋近红粘土的粘聚力,此时剪切破坏可能发生在接触面上或接触面附近土体内。随着法向应力的增大,临界粗糙度减小且粗糙度对接触面抗剪强度的影响降低。粗糙度较小时,接触面剪切破坏后出现较为明显的应力跌落现象。     

颗粒形状对粗粒土-格栅界面剪切特性的影响

为研究颗粒形状对粗粒土-格栅界面剪切行为的影响,选择碎石和具有相同粒径分布的玻璃珠作为试验材料,利用动态直剪仪对碎石-格栅和玻璃珠-格栅界面进行一系列单调直剪试验、循环剪切试验和循环后单调直剪试验,分析竖向应力分别为30、60、90 kPa下加筋碎石和加筋玻璃珠界面的单调直剪特性;研究在位移幅值分别为1、3、6、9、12、15 mm的循环加载作用下两种加筋界面的循环剪切特性,并对比分析了循环剪切前、后两种加筋界面单调剪切特性的异同点。结果表明：单调直剪试验中,3种竖向应力下碎石-格栅界面的抗剪强度和最大剪胀量均大于玻璃珠-格栅界面的相应值。循环剪切试验中,在不同剪切幅值的循环加载作用下,碎石-格栅和玻璃珠-格栅界面的循环剪切行为存在差异。循环后单调直剪试验中,碎石-格栅界面循环后的界面抗剪强度较未经受循环加载的界面有所提高,幅值为15 mm的界面除外;所有幅值下玻璃珠-格栅界面循环后的抗剪强度均发生退化。