循环剪切作用对格栅与砂土界面剪切特性的影响

为了研究循环剪切作用对砂土与土工格栅界面剪切特性的影响,采用单调直剪试验与循环剪切后单调直剪试验,研究了竖向应力、循环剪切位移幅值等因素对筋土界面剪切强度和剪切体变特性的影响,并对比分析了单调直剪试验和循环剪切后单调直剪试验的结果。结果表明:在一定的循环剪切位移幅值内,界面剪应力峰值随着剪切幅值的增加而增长;循环剪切作用使得筋土界面的似粘聚力和摩擦角有一定程度的提高;循环剪切后单调直剪试验所得界面峰值剪切强度和残余剪切强度明显高于单调直剪试验结果。     

位移幅值对砾石-格栅界面循环剪切特性的影响

由于加筋土结构经常受到动荷载的作用，因此筋土界面的动力剪切性能也越来越受到重视；但目前筋土界面的动力剪切试验往往循环次数很少，一般只有10多次，不能充分反映筋土界面的动力相互作用。采用大型动态直剪仪，在剪切位移幅值分别为1、2、4、6 mm时，对砾石-格栅界面进行了2 000次水平循环直剪试验，分析了剪切位移幅值对筋土界面剪切应力、竖向位移以及颗粒破碎的影响，揭示了筋土界面相互作用的机理。结果表明：在循环剪切过程中，界面平均峰值剪切应力先增加后减小；剪切位移幅值越大，达到界面峰值强度所需的循环次数越少，而达到界面残余强度所需的循环次数越多，较大的剪切位移幅值会使得砾石-格栅界面的剪切应力衰减现象更显著；随着剪切位移幅值的增大，试样最终剪缩量增大，但试样最终剪缩量增量逐渐减小；随着剪切位移幅值增大，界面剪切刚度逐渐减小，界面阻尼比却逐渐增大；通过对循环剪切试验后的砾石颗粒各粒组含量进行分析，发现剪切位移幅值越大，颗粒的相对破碎率也越大，相对颗粒破碎率与剪切位移幅值呈较好的对数关系，并与试验结果吻合较好。     

粒孔比对筋-土界面循环剪切特性的影响

加筋土结构的动力性能对公路、铁路、边坡和挡墙等实际工程具有重要意义，因此研究筋-土界面的动力剪切特性具有重要意义。试验选用填料为4种不同粒径范围的粗颗粒土：0.5~1.18 mm，1.18~2.36 mm，2.36~4.75 mm，4.75~8 mm，一种方形网孔的土工格栅，土工格栅的网孔尺寸为30 mm×30 mm，在剪切速率分别为0.25，1，2，5 mm·min^-1，相对密实度分别为22%、55%、75%的条件下，研究填料平均粒径与土工格栅网孔尺寸的比值（粒孔比）对土工格栅-粗粒土界面循环剪切特性的影响。研究结果表明：当粒孔比从0.04增大到0.20时，土工格栅-粗粒土界面的剪应力峰值先增大后减小，粒孔比为0.07时，土工格栅-粗粒土界面的剪应力峰值最大；粒孔比分别为0.04，0.07，0.11，0.20时，土样的最终剪缩量分别为2.547，2.583，3.150，5.021 mm，表明随着粒孔比的增大，土样的最终剪缩量增大；同一循环次数下，粒孔比为0.07时，土工格栅-粗粒土界面的剪切刚度最大；粒孔比为0.20时，土工格栅-粗粒土界面的阻尼比最大；同一循环次数下，当剪切速率从0.25 mm·min^-1增大到5 mm·min^-1时，土工格栅-粗粒土界面的剪应力峰值先增大后减小；随着剪切速率的增大，土工格栅-粗粒土试样的最终剪缩量增大；相对密实度分别为22%、55%、75%的条件下，粒孔比为0.07时，剪应力峰值均达到最大值，分别为66.63，76.79，79.17 kPa。     

高密度聚乙烯土工格栅与不同填料界面特性

该文采用直剪试验,对比分析了填料类型(河砂和碎石土)、含水率、正压力对高密度聚乙烯土工格栅加筋土界面剪切性能的影响。采用Mohr-Coulomb强度准则描述筋土界面剪切强度,借助修正的Duncan-Chang模型建立界面剪切位移与剪应力关系。结果表明:与加筋碎石土相比,加筋河砂界面存在明显的剪应力软化现象。河砂及碎石土中加了土工格栅后,抗剪强度分别提高60%~70%、22%~48%。加筋碎石土界面抗剪强度和抗剪切变形能力均强于加筋河砂。填料含水率的变化对界面剪切性能和剪切刚度指标影响较大。     

基于3D打印的立体格栅网筋土界面剪切特性研究

在传统平面土工格栅基础上增加横肋厚度构成立体格栅网,其增强型横肋产生的被动阻抗作用可有效限制土体变形.为了研究立体格栅网中增强型横肋对筋土界面剪切特性的影响,基于3D打印技术,制作了 5种不同横肋厚度(t=3,6,9,12,15 mm)的土工格栅模型,通过室内大型直剪试验分析不同横肋厚度和竖向应力(σ=20,40,60...     

循环荷载特征对筋土界面剪切特性的影响试验

采用大型结构面剪切仪进行了循环荷载作用下土工格栅与砂土的直剪试验,研究了法向循环荷载特征对土工格栅与石英砂界面剪切特性的影响。循环荷载的波形取余弦波、三角波、方形波3种,频率分别为0.01、0.05、0.1、0.5 Hz,振幅选择25、50、75、100 kPa四种。分析结果表明:法向循环荷载波形控制了剪应力的变化规律,但对界面的峰值剪应力影响不大;频率和振幅对界面剪应力有显著的影响,峰值剪应力随频率的增大而减小,随振幅的增大而增大;频率和振幅对砂土体积应变的影响明显,随着频率和振幅的增加,石英砂的体积应变由剪胀向剪缩过渡。     

筋带-砂-粘土层状体系直剪试验研究

通过对粘土与聚丙烯土工带在不同含水量下进行不同法向荷载作用的直剪试验,讨论法向应力、含水量对高液限粘土与筋带之间剪切特性的影响;提出了筋带砂粘土层状布置体系的加筋土结构模型,得出了该层状体系对粘土加筋土结构具有显著改善功能的结论,试验结果表明,随着正应力的增加,筋土之间剪应力的增长不是线性的,似粘聚力随含水量的增加出现先增后减的趋势,似摩擦系数随含水量的增加而降低。     

土石混合料-土工织物界面剪切特性研究

土石混合料加筋结构常见于高填方边坡工程中,其稳定性受筋土界面相互作用的影响。为了研究土石混合料-土工织物界面的相互作用机理,利用了室内大型直剪仪进行一系列直剪试验,分析了5种含石量(0%、25%、50%、75%、100%)、3种压实度(88%、92%、96%)以及3种竖向应力(100、200、300 kPa)对界面剪切特性的影响,并建立了界面剪胀系数的经验公式。结果表明：界面在低含石量(0%～25%)下表现出剪切软化趋势,在高含石量(50%～100%)下表现出剪切硬化趋势,且剪切应力-剪切位移曲线出现较为明显的波动现象;界面最大竖向位移随含石量和压实度的增大呈现出增大趋势,随竖向应力的增大呈现出减小趋势。界面摩擦角在低含石量下基本保持稳定,而后随含石量的增大表现出先增大后减小的趋势;界面似黏聚力的增长速率随压实度的增大而减小;结合含石量、竖向应力等因素,建立了剪胀系数经验公式,该公式能够较为准确地描述界面的体积变化情况。     

建筑垃圾与土工合成材料界面性能试验研究

建筑垃圾与土工合成材料的界面剪切性能直接影响建筑垃圾作为填料在加筋土结构中的应用。通过大型直剪试验研究了建筑垃圾的含水率和土工合成材料的种类对建筑垃圾与土工合成材料界面剪切性能的影响。建筑垃圾的含水率为1%、6%、12%和18%的4种状态。土工合成材料分别为双向塑料土工格栅、双向玻纤土工格栅和无纺土工布。试验结果表明提高建筑垃圾含水率会降低建筑垃圾与土工合成材料界面的峰值剪应力;对比不同的土工合成材料,含水率相同时,建筑垃圾与双向塑料土工格栅的界面峰值剪应力最大,其与双向玻纤土工格栅、无纺土工布的界面峰值剪应力接近;建筑垃圾与土工合成材料的界面相互作用系数高于天然填料与土工合成材料的相互作用系数。     

含水率和法向循环荷载对残积土剪切特性的影响

为了研究花岗岩残积土的静、动力剪切特性，利用大型直剪仪进行了一系列法向恒荷载和法向循环荷载作用下的直剪试验，采用了不同的含水率(13%、17%、21%、25%)、振幅(5、10、20、30 kPa)、法向加载频率(0.5、1、2 Hz)和初始法向应力(50、75、100 kPa),研究了残积土的剪应力、体积变形、强度参数和微观结构的变化规律。试验结果表明：在单调直剪和法向循环荷载作用下的直剪试验中，随着含水率的升高，土体由剪切软化变为剪切硬化，黏聚力先增大后减小，内摩擦角逐渐减小；在法向循环荷载作用下的直剪试验中，土体上、下剪切强度均随着含水率的升高先增大后减小，当含水率为17%时达到最大。相比于单调直剪试验，法向循环应力削弱了土体剪切强度，且含水率越低，强度比越小，法向循环应力对土体强度的不利影响越大；剪应力和法向位移随法向应力发生周期性波动，且剪应力和法向应力间存在相位差；土体剪切强度和法向位移随着振幅的增加先增大后减小，且振幅越大，剪应力幅值越大；法向加载频率越高，土体剪切强度越小，体积剪缩量越大。     

土工格栅加筋路基土的松弛特性

为了研究土工格栅加筋路基土在长期车辆荷载条件下的流变特性,采用格栅材料的黏弹特性与土体的非线性弹性本构模型,分析了路基加筋土复合材料的应力松弛方程,通过三轴流变加载试验与理论对比分析,验证了所建立的松弛方程能够很好地描述加筋土的松弛特性及各因素的影响规律。结果表明:在初始剪应力相同的情况下,加筋土试件的松弛速率与松弛幅度均随围压增大而减小,松弛稳定时间也随之缩短;在相同围压下,随着格栅铺设角度的降低,试件达到相同轴向应变时的初始剪应力降低,松弛幅度也随之降低;在相同围压下,保持格栅铺设角度不变,随着加筋土含筋率的增大,试件达到相同轴向应变时的初始剪应力增大,松弛幅度也随之增大。在路基加宽实际工程中,应根据路基受力特点,靠近路基中央,水平铺设土工格栅可充分发挥加筋土的抗剪性能,而靠近路基边缘,可适当调整土工格栅的铺设方向来增大加筋土的抗剪承载能力;适当增加路基土中的土工格栅含量,可有效提高加筋土的抗剪性能,但较高的含筋率会造成后期松弛幅度较大,导致路基后期承载能力大幅下降,路基变形严重,因此,不能单纯依靠增加土工格栅含量来增强路基承载力,需要根据路基实际荷载情况确定出合适的加筋土含筋率。     

高应力与低应力条件下膨胀土抗剪强度特性分析

研究表明膨胀土边坡的滑塌具有浅层性,破坏时土体受到的法向压力基本小于50kPa。文中基于此对干湿循环作用后饱和膨胀土高应力和低应力条件下的抗剪强度进行试验研究。结果表明,干湿循环作用下膨胀土的剪应力值随干湿循环次数的增加呈衰减趋势;高应力段粘聚力大于低应力段,而高应力段的内摩擦角小于低应力段,高应力段得到的数据结果势必偏离实际的拟合结果,不利于边坡稳定性分析;粘聚力随循环次数变化呈良好的指数函数关系,得到的经验公式可用来预测膨胀土的抗剪强度和膨胀土边坡干湿循环作用后的最终抗剪强度稳定值。     

南宁膨胀土剪切蠕变特性及流变模型研究

利用改装的剪应力控制式直剪仪对南宁非饱和膨胀土进行了一系列直剪蠕变试验和加–卸载剪切回弹试验,得到了剪切蠕变曲线和剪切回弹曲线。试验结果表明,膨胀土在同一竖向应力条件下,剪应力和含水率越大其塑性和流变特性越明显;在同一含水率、同一剪应力条件下,竖向应力越小其塑性和流变特性越明显。根据对试验曲线的分析得到了膨胀土的剪切变形是由瞬时弹性变形、瞬时塑性变形,弹性滞后变形,粘塑性变形等组成。提出了膨胀土剪切蠕变的九元件模型,并通过拟合确定了相应的剪切蠕变方程和流变参数.研究结果为膨胀土流变问题的进一步研究提供可靠理论依据。     

土工合成材料界面直剪摩擦试验研究

该文通过土工合成材料与不同填料的直剪摩擦试验,研究土工合成材料的界面特性。并探讨了在直剪试验中,剪切速度对剪应力峰值强度的影响。     

负载条件下纤维加筋土单根纤维拉拔特征及性能

为探究负载条件下纤维拉拔特征及性能,通过自制试验仪器,对不同纤维长度(1 cm、2 cm、3 cm、4 cm)和负载应力(100 kPa、200 kPa、300 kPa、400 kPa)条件下的纤维进行了拉拔试验.试验结果表明:(1)负载条件下,纤维拉拔全过程分为3个阶段(线性阶段、屈服阶段、软化阶段),拉拔过程连续无明显拉拔力突变情况;(2)随着拉拔位移的增加,线性阶段拉拔力线性增加,软化阶段拉拔力线性下降,拉拔力在线性阶段的增长速率显著大于软化阶段的下降速率;(3)线性阶段拉拔力的增长速率受负载应力和纤维长度变化的影响较小,软化阶段拉拔力的下降速率显著受到负载应力和纤维长度的影响,负载应力越大,下降越快,纤维长度越大,下降越慢;(4)峰值拉拔力随着负载应力和纤维长度的增加而增加,纤维-土界面抗剪强度随着负载应力的增加而增加,随着纤维长度的增加而降低.纤维在土中的拉拔特征和性能同时受到纤维长度和负载应力的影响,负载应力增强了纤维-土的界面相互作用,纤维长度会削弱纤维-土的界面相互作用.     

加筋土筋土界面特性试验研究

通过直剪试验研究路堤填料含水量对筋土界面特性的影响规律。试验结果表明,当填料含水量大于其最佳含水量后,界面破坏时的剪切力随着填料含水量的增加而降低。通过拉拔试验,研究填料种类、填料压实度、加筋材料对筋土界面特性的影响规律,可为加筋土工程的设计和施工提供参考。     

超静定土工格栅凸节点极限被动摩阻力计算方法

筋土界面强度是决定加筋土结构承载力和稳定性的重要因素之一。诸多研究表明,在传统土工合成材料的基础上设计附加结构形成的超静定土工合成材料可以有效提升筋土界面强度。然而,不同形式的附加结构对筋土界面强度的增强机理仍有待开展进一步研究。为此,以一种带有凸起节点结构的高摩阻超静定土工格栅(HRHG)为研究对象,在考虑HRHG节点两侧土体抗剪强度的基础上,基于极限平衡状态下的对数螺旋曲线滑裂面假设,建立了HRHG节点在极限状态下与土相互作用的力学解析模型。针对HRHG节点在筋土相互作用中的极限被动摩阻力进行了理论分析,给出了极限状态下HRHG节点被动摩阻力的计算方法;同时利用自主研发的大型直剪仪,在不同法向压力(30、50、80 kPa)下开展了以HRHG和普通双向格栅为研究对象,以低液限粉土为回填土的筋土直剪试验。试验结果对比表明：HRHG节点将筋土界面表观黏聚力和界面摩擦角分别提高了35.6%和14.3%,说明HRHG节点可以有效地提高筋土界面剪切强度。通过对比试验结果与理论推导结果,验证了所提出的极限状态下HRHG节点被动摩阻力计算方法的有效性,并进一步对计算方法进行了修正,以期为HRHG...     

基于黏弹性本构的CFRP-钢界面应力参数敏感性分析

为研究胶粘剂的黏弹性本构关系和粘贴CFRP加固钢梁各设计参数变化对CFRP-钢界面应力的影响,以改进的Maxwell模型表征胶粘剂的黏弹性本构关系。针对加固梁胶层以剪切变形为主的情况,对胶粘剂黏弹性本构进行简化分析,利用拉普拉斯变换和逆变换的数学方法,给出了改进的Maxwell模型各变量的求解方法,利用有限元软件ABAQUS对典型的粘贴CFRP加固简支钢梁进行有限元分析。分析了界面应力随加载时间的变化规律,详细地讨论CFRP弹性模量变化、CFRP厚度变化、胶层厚度变化和CFRP端部到支座的距离变化对CFRP-钢界面应力的影响。依据敏感性分析的基本原理,从定量分析的角度研究界面应力对各参数的敏感程度。结果表明:胶粘剂黏弹性会导致黏结界面发生应力重分布,界面峰值剪应力和峰值正应力随时间增加而减小;胶层越厚,CFRP越薄,CFRP弹模越小;CFRP离支座越近,黏结界面应力越小;对CFRP端部界面剪应力影响最大的参数为CFRP端部到支座的距离,其敏感度因子为1.359;对CFRP端部界面正应力影响最大的参数为CFRP厚度,其敏感度因子为0.956。     

不同剪切速率下黏土的抗剪强度

为合理设计与修复滑坡地区的黏土边坡,滑带土抗剪强度参数的选择非常重要且十分困难。以往许多研究都选在交变剪切和愈合阶段进行环剪试验,以了解复活型滑坡在稳定期内其剪碎带土强度的恢复或增加情况。与此相反,该文提出了一种采取不同剪切速率、保证试验过程中剪切土样无愈合时间的剪切试验方案,并研究了剪切速率对日本兵库县一复活型滑坡的3种天然黏土强度恢复的影响,试验结果表明:当快剪速率逐级递减时,3种土样的抗剪强度均逐渐增大;其中对塑性较大的土样实施相对较低竖向加载(100kPa)环剪时,其抗剪强度的增大更为明显。     

砂土与钢材接触面剪切特性的试验研究

对应变直剪仪进行改装,在改装后的剪切仪上进行了干燥及饱和的砂土同光滑及粗糙的钢材接触面的单剪试验。研究结果表明：当法向应力为50、100kPa时,砂土与钢材界面剪应力、剪切位移关系曲线呈非线性关系;当法向应力为200、400kPa时,呈刚塑性关系;不同基底情况下界面内摩擦角的变化与砂的粒径无很好的线性关系,在砂的粒径和基底粗糙度之间存在一个平衡点,当达到这个平衡点时界面抗剪强度达到最大值。