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。     

Sandwich形加筋土筋土界面的循环剪切特性

针对循环剪切作用对Sandwich形加筋土界面剪切特性影响研究不足的状况,采用室内大型直剪仪对Sandwich形加筋土进行了一系列循环直剪试验。试验所用的筋材为土工格栅,砂为福建标准砂,黏土为含水率为28%的重塑黏土,分别在竖向应力为30,60,90kPa,剪切位移幅值为3,6,9mm,剪切速率为1,2,5,10mm·min~(-1),薄砂层厚度分别为4,6,8,10,12,14mm时,研究了剪切速率、薄砂层厚度、循环剪切幅值和竖向应力等因素对Sandwich形加筋土筋土界面循环剪切特性的影响。试验结果表明:在薄砂层厚度由2mm增加到14mm的过程中,界面的峰值剪应力呈现出先增大后减小的现象,峰值剪应力先由54.3kPa增加到67.9kPa,然后又减小到59.4kPa,薄砂层厚度为8mm时筋土界面峰值剪应力达到最大值67.9kPa;当剪切速率为1 mm·min~(-1)时,筋土界面主要表现出剪切硬化现象,且在前几个循环周次,峰值剪应力增幅较大,随着循环周次的增加,增幅逐渐减小;当剪切速率大于1 mm·min~(-1)时,筋土界面表现出剪切软化现象,且剪切速率越大,软化现象越明显;在剪切幅值从3mm增加到9mm的过程中,循环剪切时筋土界面的剪胀、剪缩交替现象越来越明显,并且剪切幅值越大,界面最终剪缩量也越大;竖向应力为30,60,90,120kPa时,筋土界面对应的峰值剪应力分别为32.6,43.2,60.4,82.9kPa,表明随着竖向应力的增加,筋土界面的峰值剪应力也随之增加。     

土工合成材料与土界面剪切特性数值模拟

应用有限单元法,建立了土工合成材料拉拔试验计算模型,分析筋土界面力学行为,研究拉拔端不同位移时筋土界面摩阻力与筋材拉伸变形的分布特点,以及筋材刚度与试验超载对筋土界面摩阻力、筋材拉伸变形的影响。结果表明:筋土界面摩阻力并非均匀分布,位于拉拔端附近界面摩阻力有一峰值;对于高强度筋材,随着拉拔端拉伸位移的增大,峰值摩阻力逐渐后移,直至整个界面发生剪切滑动;筋材拉伸刚度与超载需匹配,超载越大,筋材刚度越高,筋材承载能力越强。     

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。     

加筋粘性土筋土界面剪切特性的试验研究

对加筋粘性土筋土界面的剪切特性进行试验研究，在试验的基础上对粘性土加筋土界面剪切特性及其影响因素进行分折。研究表明，粘性土筋土界面剪切特性与试验方法、剪切速率、填土的含水量和密实度紧密相关，从而为加筋土工程的设计和施工提供依据。     

粘土与木材接触面剪切特性试验对比研究

为研究粘土与木材接触面剪切特性,在原有及改装后的DSJ-2型电动四联等应变直剪仪上分别进行了粘土同木材界面的直剪和单剪试验,并作了对比分析。结果表明:单剪试验下粘土与木材界面的剪应力－剪切位移曲线开始阶段呈刚性关系,经非线性弹性阶段后由应变硬化段、应变软化段、塑性流动段组成;直剪试验下均成双曲线关系。在此基础上,提出了界面抗剪强度指标的经验换算公式（直剪试验下得到的界面抗剪强度指标乘以小于1的系数）,以修正应用于设计的直剪试验结果。     

桩—垃圾土界面力学特性的试验研究

桩基础是垃圾填埋场地再利用的主要地基处理方式，桩-垃圾土的界面力学特性是分析桩-垃圾土相互作用的关键。为了研究桩-垃圾土接触面剪切特性，利用大型直剪仪开展桩-垃圾土大型界面剪切试验，系统研究了界面粗糙度、纤维含量、含水率等因素对桩-垃圾土界面力学特性的影响。结果表明：桩-垃圾土界面剪切应力随着剪切位移增大而增大，增长速率为先增大后趋于稳定，两者关系符合双曲线模型。不同法向应力作用下，随粗糙度的增大，抗剪强度呈先增大而后基本稳定的状态，桩侧粗糙度适当增加可以提高桩侧摩阻力以增加桩基的承载力。接触面剪切破坏符合摩尔-库仑剪切破坏准则，接触面黏聚力先增大后趋于稳定，内摩擦角逐渐增大，并在土体自身剪切强度附近变化。含水率对桩-垃圾土的抗剪强度影响较小。随着垃圾土纤维含量的增加，内摩擦角减小，黏聚力增大；在一定的法向应力下，随着纤维含量的增加，剪切强度减小。     

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。     

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。     

界面粗糙度对桩土界面剪切特性的影响研究

为了研究桩侧表面粗糙度对桩土接触面力学特性的影响,进行了砂土与不同粗糙表面混凝土板的大型直剪试验,分析粗糙度对桩土接触面力学特性的影响。试验结果表明:砂土-混凝土接触面剪切应力-位移曲线表现为理想弹塑性型,界面粗糙度的增加能明显提高接触面的剪切强度,但随着法向应力的增大,粗糙度对接触面剪切强度的影响逐渐减弱。接触面的剪切破坏符合摩尔库伦强度准则;粗糙度的增大能明显提高接触面的黏聚力,但是对接触面摩擦角的影响很小。     

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。     

不同桩-土界面直剪试验研究

为探讨桩-土界面的摩擦特性,进行了混凝土-土、钢板-土、HDPE-土3组桩-土界面室内的直剪试验,每组试验均施加6个法向应力。结果表明:不同桩-土界面的剪切强度均随垂直压力的增大而增大;在同一法向应力下,三种不同界面的剪应力-位移曲线的初始阶段变化不大,但曲线的后半段随法向应力的增大有明显变化;法向应力较小时,各界面的剪应力变化不大;法向应力较大时,表现出HDPE-土界面的剪切强度最大。     

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。     

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。     

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。     

筋土界面参数研究综述

结合国内外筋土界面参数的最新研究进展,从试验方法、加筋材料、填料以及常用参数定义等方面进行总结,指出现行规范中筋土界面参数在加筋材料、填料及无试验资料时的合理取值等方面存在局限;通过对各种试验方法的分析,认为直剪试验和拉拔试验是研究筋土界面特性的主要手段;然后详细讨论了各种试验方法测得的参数之间的联系,尤其是直剪试验和拉拔试验获取的界面摩擦参数的关系;最后推荐加筋土结构设计时采用强度参数而放弃似摩擦系数,并建议在更加明确对加筋材料和填料要求的同时,完善现行规范对无试验资料时筋土界面参数的推荐取值。     

结构物-标准砂界面剪切机理及数值模拟分析

该文利用改进的直剪设备,进行了标准砂与木块、钢块和混凝土块的界面剪切试验,分析了剪切应力-剪切位移关系及抗剪强度指标变化规律,建立了符合剪切应力-位移关系的对数-双曲线模型,最后对剪切试验进行了数值模拟。结果显示:峰值剪切应力和峰值剪切位移呈正相关关系,混凝土-标准砂界面最大,钢-标准砂界面次之,木-标准砂界面最小;混凝土、钢、木与标准砂的界面摩擦角分别为22.50°、14.72°和11.22°,表观黏聚力集中在0~1 kPa范围内;硬化阶段采用对数模型,软化阶段采用双曲线模型,模型、试验峰值剪切位移差值的绝对值|δ_u-δ_f|均小于0.21 mm,模型、试验峰值剪切应力的比值τ_u/τ_f集中在0.96~1.03之间,模型的建立比较合理;数字模拟、试验峰值剪切应力的比值τ_s/τ_f集中在0.86~1.04之间,数值模拟拟合效果较好。     

桩-岩界面粗糙度量化模型及其剪切机制研究

为考虑桩-岩界面粗糙度对其剪切强度的影响，提出一种能描述粗糙体起伏高度变化的量化模型。该模型在现有规则三角形粗糙体模型的基础上将岩体表面的粗糙起伏用不同高度的等腰三角形粗糙体进行量化，其优点在于能同时考虑各个局部粗糙体在界面总体剪切位移下所表现出来的剪胀与剪断2种机制。通过结合常法向刚度条件（CNS）下桩-岩界面的剪切特性，建立了局部粗糙体的剪切模型，并采用对所有局部粗糙体剪切响应求和的方法获取界面的整体剪切响应。基于局部粗糙体的剪胀-剪断两相机制和三角形粗糙体的几何特征推导了界面在剪切过程中处于两阶段粗糙体个数及剪切应力的演化方程；在此基础之上，根据位移控制条件将界面剪切过程划分为：剪胀、渐进破坏及剪断3个过程，并求解了各过程的剪切强度发挥函数，同时提出了完备的参数确定方法。最后，通过室内剪切试验对所提理论模型进行验证，结果表明：①各工况下试验曲线存在明显的3个剪切过程，验证了理论模型的合理性；②所提理论模型可较为精确地预测界面峰值剪切应力τ_u，预测误差在2%~10%之间；③理论模型高估残余应力τ_r误差在17%~25%之间的概率为50%，误差在17%~32%之间概率为81.25%；④峰值应力和残余应力与最大粗糙体高度h_max、初始法向应力σ_n0及法向刚度K成正比。     

反复吸湿循环对原状残积土剪切特性的影响

为了研究反复吸湿循环下天然土体因吸力路径变化引起道路、桥梁等工程土体剪切特性变化的规律,开展了不同围压、吸力和反复吸湿条件下的非饱和土三轴试验研究,从有效应力原理、矿物成分和土水特征曲线(SWCC)滞回特性出发,对不同吸水条件引起的非饱和土剪切特性差异进行多角度分析和解释;同时,研究不同吸水次数后非饱和土体积变化趋势和SWCC滞回特性引起饱和度变化对土体强度的影响,深入分析土体抗剪强度吸水软化的原因。结果表明:脱湿路径下原状残积土表现出的延性和剪缩特性与正常固结土的剪切性状相似,而吸湿路径下土样具有的脆性和剪胀特性与超固结土相符;同一吸力条件下,第1次脱、吸湿路径的抗剪强度差值并不随有效应力的增加而增加;而相同围压下,第1次脱、吸湿路径的抗剪强度差值表现出随吸力增加而减小的趋势;多次吸水后,残积土总体积增加具有不可逆和滞后的特点,土体膨胀性和剪破特性与有效应力和吸力水平有关,应力水平越大,土体应变软化效应越明显;土体软化与水力滞回特性引起土体饱和度的变化和产生的不可逆变形(或累积不可逆变形)有关,多次脱吸湿循环产生的累积不可逆变形是导致土体强度下降的主要原因。研究结果对残积土边坡稳定性分析评价及其治理设计具有重要意义。