高应力状态砂土界面抗剪强度的试验研究

通过在DRS-1型微机高压直残剪试验系统上所进行的直接剪切试验研究表明高应力作用下砂-砂、混凝土-砂的抗剪峰值强度与正应力、残余强度与正应力之间的关系,符合库伦强度准则(高应力作用下混凝土-砂的剪切特性呈现出软化现象,混凝土-砂的剪切特性呈现出硬化现象.基底对砂土的抗剪峰值强度准则影响较小,但对抗剪残余强度准则影响较大,界面残余抗剪强度准则的选择与法向应力的大小有关,法向应力较低时剪切破坏发生在砂土中,法向应力较高时剪切破坏发生在界面上).     

结构物标准砂界面剪切机理试验研究

桩基表面粗糙程度与砂粒径大小对砂土层桩侧摩阻力有显著影响。本文利用改装的室内直剪仪开展了不同粗糙界面的木板、钢板、混凝土板与北京标准砂间的直剪试验,研究界面剪切应力剪切位移关系、界面抗剪强度构成和界面摩擦角变化规律。结果表明:剪切应力位移关系可用对数幂函数模型拟合,硬化阶段采用对数模型,软化阶段采用幂函数模型,模型峰值剪切应力与试验峰值剪切应力的比值集中在0.92～1.02之间;峰值剪切应力与平均灌砂深度呈正相关关系,其从未刻纹路的界面Ⅰ到刻有纹路的界面Ⅱ增加值最大;刻有纹路的界面抗剪强度由未刻纹路区域、纹路棱角和纹路内的砂三部分提供,未刻纹路区域提供的抗剪强度最大,纹路棱角次之,纹路内的砂最小;木、钢和混凝土与标准砂的界面摩擦角分别集中在11°～23°、14°～23°和22°～27°范围内。研究成果可为砂土层桩侧摩阻力估计提供试验参考。     

基于面积和应力修正的直剪试验数据分析

 直剪试验具有方便、经济的优点,被广泛应用,提高直剪试验数据的可靠性具有重要意义。在总结前人研究成果的基础上,将直剪试验结果数据的修正分为2类：单点面积修正方法和多点面积修正方法。通过简化受剪切土体受力物理模型,提出基于面积修正和正应力修正的单点面积应力修正方法。结果表明：该方法是有效、可靠的,修正后的强度指标要大于其他2种方法,并且对3种方法的实际运用进行简单探讨。在推导过程中,提出面积修正系数和正应力修正系数。修正系数结果表明：随着剪切位移的增加,有效剪切面上的剪应力大于实测值;有效剪切面积上的正应力小于施加的竖向应力,并且随着剪切位移的增加而逐渐减小;非有效剪切面上的正应力呈逐渐增大趋势。由于直剪试验本身的缺陷,使得其修正后的强度参数与三轴试验结果存在一定差别。提出的单点面积应力修正方法提高了利用直剪试验获取土体抗剪强度参数的可靠性和准确性。     

青藏斜坡黏土冻融循环物理力学性质试验

 冻融过程使土体的结构、物理力学性质等发生变化,导致其工程性质恶化,影响线路稳定和列车的正常运行。为考察青藏铁路多年冻土区斜坡路基土体的长期稳定性,针对典型斜坡黏土在冻融循环条件下的主要物理力学性质,进行试验研究。试验结果表明：试样经历10次冻融后,其含水量、密度、黏聚力、内摩擦角等物理力学性质趋于稳定。土体冻融最终平衡状态与初始状态相关,其中初始干密度的影响尤为重要。随冻融循环过程增加,低密度土体的黏聚力有所提高,而高密度土体的黏聚力下降,内摩擦角变化较小。进行冻土斜坡路基稳定性分析时,建议取土体冻融平衡状态时的参数。     

冻融循环对青藏粉砂土力学性质影响的试验研究

 为研究冻融循环作用对青藏粉砂土力学性质的影响,对不同冻融循环次数、冻结温度、围压下的粉砂进行常规静三轴剪切试验,研究冻融循环后土体的应力–应变关系曲线、静强度、弹性模量、抗剪强度参数的变化规律。试验结果表明：粉砂土的力学性质受冻融循环次数的影响较大,且在经历7～9次冻融循环后达到最小值。冻结温度对粉砂力学性质的影响较弱,且无一定规律。基于显著性分析理论,研究冻融循环次数、冻结温度、围压以及各因素间的交互作用对粉砂力学性质影响的显著性大小。分析结果表明：围压和冻融循环次数对力学性质影响的显著性较强,而冻结温度的影响较弱。同时,围压与冻融循环次数、冻结温度与冻融循环次数之间的交互作用对于粉砂的力学性质的影响均比较显著。     

网纹红土剪切试验研究

为研究洞庭湖地区网纹红土的力学特性,对其进行了直接剪切试验和三轴剪切试验,试验表明,网纹红土的抗剪强度随垂直荷载的增大而增大,存在使其发挥最大抗剪能力的最适宜剪切速率,它随垂直荷载的增大而减慢,围压越大,土体被剪坏的主应力差也越大。     

剪切作用下锥形板梁的试验和数值研究

对剪切作用下的锥形钢板梁进行了试验和数值研究。试验包含4个缩尺锥形钢板梁试件,主要研究其临界剪切荷载和极限抗剪强度。此外,研究了锥形板的后屈曲特性。另外,对不同几何形状的锥形板进行了参数研究,以找到最有利的设计方案。分析的参数有:板的高宽比、翼缘的倾斜角、腹板和翼缘的长细比。由于性能的不同,对4种类型的锥形板梁分别进行建模和数值模拟。欧洲规范EN1993-1-5给出的锥形板的简化方法证实,在某些情况下,估计的极限剪切强度偏于不安全,需要进行修改。     

高应力作用下尾砂非线性剪切强度特性研究

尾矿强度参数是影响尾矿坝体稳定分析的关键因素。基于室内尾砂三轴加载试验成果,对高应力条件下尾砂非线性强度特性予以研究。试验结果表明:高应力尾砂的三轴固结不排水剪切曲线具有明显软化特性,曲线软化程度随着围压的增大而增大。根据三轴应力-应变曲线建立了描述尾砂应变软化现象的改进双曲线模型,采用二次抛物线型、幂函数型的包络线描述强度特征的非线性。对比结果表明,幂函数型Mohr强度准则作为高应力条件下尾砂破坏的强度判据,具有较高精度。等效法向应力与内摩擦角正切值的函数关系表明,高应力条件下尾砂的内摩擦角不是一个定值,而具有幂函数型非线性特征。     

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...     

土力学教学中的有效应力原理

土的抗剪强度、地基变形和土的有效应力密切相关。附加应力作用下,随着超孔隙水压力的消散,地基中有效应力逐渐发展。有效应力原理对于理解土的抗剪强度和地基变形的形成机理具有重要意义。     

粉质黏土–混凝土接触面特性单剪试验研究

 利用改进的循环单剪试验系统进行粉质黏土–混凝土接触面剪切性能试验。混凝土表面粗糙度分为光滑、一般和粗糙3种状态,法向压力为5～200 kPa,土样厚度分为10,20 mm两种情况,主要考查接触面粗糙度、法向压力以及试验选取的土样厚度对接触面剪切性能的影响规律。试验结果表明：接触面主要表现出2种破坏模式,一种是接触面附近土体自身剪切破坏,另一种是接触面滑移破坏,接触面的强度即为这2种破坏强度的下限,接触面加载路径最终达到哪一段强度曲线决定接触面的应力–应变特性;接触面粗糙度和法向压力越大,越趋向于土体自身剪切破坏;土样厚度对试验测得的接触面应力–应变曲线存在影响,但这种影响随着接触面粗糙度和法向压力的增大而减小。     

非饱和膨胀土抗剪强度的试验研究

膨胀土是一种特殊的非饱和土，经典的土力学理论在膨胀土问题中己显得无能为力。因此，用非饱和土力学理论来研究膨胀土问题在理论和实际两方面都具有重大意义。在非饱和土抗剪强度理论中，吸力的量测在工程实际中仍没有一种简单易行的方法。基于这种实际情况，试图通过其他间接的途径来代替吸力的量测，以确定非饱和土的吸附强度。对于膨胀土这种典型的非饱和土，膨胀力是其很重要的性质之一，它的大小受含水量的影响很大；另一方面，膨胀土的抗剪强度也随含水量的变化而不断地变化。进行了大量的膨胀力试验和抗剪强度试验，以确定膨胀土的膨胀力与吸附强度是否有一定的关系。通过对黑山土和梅山土的重塑试样试验得到的试验数据分析发现：膨胀力和含水量之间存在良好指数关系；粘聚力的对数和内摩擦角均随含水量的增大线性减小；非饱和膨胀土的吸附强度与膨胀力之间存在较好的线性关系，并在此基础上优化了非饱和膨胀土抗剪强度公式。     

动扭剪荷载作用下非饱和黄土动力特性试验研究

通过对黄土的动扭剪试验研究了非饱和黄土的动孔隙压力特性、动强度特性以及振陷变形特性。非饱和黄土在动扭剪试验过程中，随着轴向变形的发展，孔隙气压力逐渐上升，而孔隙水压力则基本保持不变或后期略有升高，且非饱和黄土和饱和黄土的强度及变形特性存在明显差异；同时，分析了含水量、固结应力和固结比对黄土动力特性的影响。     

高围压、高水压条件下岩石卸荷力学性质试验研究

 为探悉某深埋长引水隧洞围岩在高地应力、高水压力条件下的稳定性,对隧洞的主要岩体大理岩、砂岩和板岩进行常规三轴压缩试验、峰前峰后卸围压试验以及高水压力下的卸荷试验,对此过程中的强度和变形特征进行较为系统的对比分析研究。研究结果表明：卸围压对岩石的强度影响很大。卸荷后,岩石的黏聚力和内摩擦角均有较大幅度的降低,特别是有水压时,降低更是明显;卸荷对黏聚力的影响比对内摩擦角的影响大。卸荷后,黏聚力的降低幅度比内摩擦角要大;峰前卸荷对岩石强度的影响比峰后卸荷要大。峰前卸荷,岩石破坏时围压比峰后卸荷高;有水压卸荷对岩石强度的影响比无水压卸荷要大。有水压时卸荷,由于水压的存在,削弱围压对岩石的影响,使岩石在比无水压卸荷时更高的围压下即发生破坏。     

高强度钢材螺栓连接抗剪性能试验研究

近年来高强度钢材在工程中得到了逐步推广和应用,尤其是Q460强度等级的高强度钢材。但是目前各国规范都尚未对高强度钢材螺栓连接设计方法做出具体规定,仍沿用普通强度钢材的设计方法。因此,需对端距、边距和螺栓间距等几何构造对高强度钢材螺栓抗剪连接性能的影响进行深入的试验研究。针对10,12 mm厚的Q460强度等级的高强度钢材进行螺栓抗剪连接试验,通过改变两个10.9级M27高强度螺栓的几何布置,研究不同端距、边距和螺栓间距情况下,高强度钢材的承压性能的变化情况。由试验可以观察到螺栓抗剪连接的3种不同的破坏模式:端部撕裂、孔壁拉长和板净截面拉断。同时还将试验得到的极限承载力与欧洲和美国钢结构设计规范设计值进行比较。结果发现,现有规范并不能很好地预测高强度钢材螺栓抗剪连接的破坏模式和极限强度,建议更深入地进行参数分析以完善规范设计方法。     

砂土颗粒级配对筋土界面抗剪特性的影响

为了研究砂土与土工合成材料相互作用时筋土界面的抗剪强度以及剪胀特性,采用3种不同级配的砂土分别与土工格栅和土工织物进行室内大型直剪试验,研究不同颗粒级配、密实度、筋材种类以及竖向应力对界面剪切特性的影响,并对界面剪胀系数进行分析。试验结果表明：粗砂和细砂与筋材的界面剪切强度要明显大于粗细混合砂;松砂剪切过程中只有剪缩效应的存在,但密实砂土呈现出明显的剪胀过程;当竖向应力较大时,筋土界面达到峰值剪切强度所需的剪切位移比低应力时大;粗砂与土工格栅作用时达到峰值剪切强度所需的剪切位移比与土工织物作用时大,而细砂则相反。     

岩石多裂纹剪切断裂数值试验研究

节理岩体在剪切力作用下的破坏方式常表现为相邻节理的扩展与贯通，因此，研究含预制多裂纹岩打的抗剪强度和破坏模式对工程设计具有重要意义。应用RFPA系统对含断续裂纹剪切试样的断裂过程进行了数值模拟研究，讨论了不同裂纹几何分布对破坏模式和峰值强度的影响。研究结果表明。在相同围压条件下，裂纹贯通模式丰要受裂纹的几何方位控制：由于试样细观缺陷非均匀性的存在，导致岩行断裂主要由拉伸破坏引起，但拉剪混合破坏仍然存在，并对抗剪强度有较大的影响。     

卸荷对高应力下粘土力学性质的影响

随着地下工程建设规模的深入与扩大,高应力下土体在卸荷状态下的力学特性研究具有越来越重要的意义。通过对重塑粘土试样进行一系列的K0固结后卸除围压或轴压剪切试验,探讨并总结了关于卸荷应力路径下粘性土变形过程与强度变化关系,为工程建设提供可靠依据。     

围压升降过程中岩体渗透率变化特性的试验研究

通过试验研究了围压升降过程中砂岩和单裂隙花岗岩岩样渗透率的变化特性。试验结果表明，在围压升降过程中，砂岩和单裂隙花岗岩的渗透率均随有效应力的增加呈负指数规律减小，但单裂隙花岗岩的渗透率对有效应力的敏感程度远大于砂岩，而砂岩渗透率的恢复程度则远大于单裂隙花岗岩。在围压下降过程中，砂岩和单裂隙花岗岩渗透率的恢复均存在明显的应力滞后效应。     

动扭剪荷载作用下粉煤灰动力特性试验研究

通过动扭剪试验研究饱和粉煤灰的动孔隙水压力特性、动强度特性以及振陷变形特性。饱和粉煤灰在动扭剪试验过程中,随着轴向变形的发展,孔隙水压力呈双曲线型逐渐上升,饱和粉煤灰的动强度及变形特性与饱和黄土非常相似;同时,分析干密度、固结应力对粉煤灰动力特性的影响。