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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

经编土工格栅加筋煤矸石的筋土界面特性试验研究

以煤矸石为填料,经编土工格栅为筋材,进行了一系列直剪试验和拉拔试验,测试了经编土工格栅与煤矸石间的界面摩擦特性,获得了不同压实度煤矸石与经编土工格栅间的直剪和拉拔界面强度和摩擦系数,并进行了对比分析。试验结果表明：经编土工格栅加筋煤矸石的直剪和拉拔剪应力和位移的关系为非线性,剪应力峰值随法向应力的增加而增大,直剪试验曲线呈稳态型,而拉拔试验曲线为软化型。经编土工格栅与煤矸石的直剪界面强度均随煤矸石压实度的增加而增大,符合莫尔库仑强度型;经编土工格栅与煤矸石间有良好的拉拔摩擦特性。     

塑料类材料与砂土接触界面直剪试验研究

在桩身中性点以上增加一个预制塑料套筒是一种减小桩身负摩阻力的方法。为了研究该方法优化负摩阻力的效果,考虑塑料种类和砂土颗粒粒径变化两个因素,通过直剪仪进行了砂土与四种塑料类材料(PVC,ABS,PC,PP)及混凝土的剪切试验。试验结果显示:塑料类材料与砂土接触界面特性与塑料类材料种类及砂土粒径密切相关。塑料类材料与砂土接触界面剪应力随着相对剪切位移的增大而增大,最大剪应力随着法向应力的增大而增大。砂土粒径越大,接触界面抗剪强度越高。塑料类材料与砂土接触界面的抗剪强度都明显低于混凝土与砂土接触界面的抗剪强度。四种塑料材料与砂土接触界面的抗剪强度,PCPVCABSPP,选用PP塑料套筒减少桩身的负摩阻力效果最佳。     

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。     

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。     

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。     

含砂量对黏土与结构接触面剪切性质的影响

通过土体内部、土与钢以及土与混凝土的剪切试验,研究分析了土体含砂量对抗剪强度、摩擦角和黏聚力的影响。结果表明:土体内部、土与结构接触面的抗剪强度和摩擦角均随含砂量的增大而增大;土体内部的黏聚力随着含砂量的增大而减小,而土与结构接触面的黏聚力却随着含砂量的增大而增大。含砂量对土体的内摩擦角影响较大,而对土与钢和土与混凝土这两种类型的接触面影响较小。在试验参数范围内,对于任意含砂量和垂直应力,土体内部的抗剪强度、内摩擦角和黏聚力均大于土与钢和土与混凝土之间的抗剪强度、摩擦角和黏聚力。     

场地土最大动剪模量的室内外试验研究

为了更可靠地获取场地土动剪模量,利用JB型波速仪,采用单孔法,现场对场地土分别沿1.80 m、2.80 m、3.65 m和6.65 m深度进行了波速测试,得到了场地各层土的剪切波速。此外,取出了场地各层土的原状土样,进行了室内循环单剪试验,获得了各层土的动剪模量,并与剪切波速的计算结果进行了比较分析。结果表明,由现场剪切波速试验和室内循环单剪试验得到的最大动剪模量比较接近,说明两种试验的结果都比较可信,两者可以相互验证,建议实际应用中将两者综合考虑。     

考虑卸荷的桩-土接触面模型研究

以多组砂土与混凝土接触面大型直剪试验为基础，对卸荷条件下接触面的力学行为进行研究，通过理论推导，建立砂土径向卸荷条件下的桩-土接触面剪切模型，给出了模型中各个参数的确定方法，并采用大型直剪试验数据对模型进行验证。结果表明:考虑卸荷的桩-土接触面剪切模型可以很好地反映试验结果，可为工程实践提供一些参考。     

路基压实度剪切波测试新技术

对含砂低液限粘土、含砂低液限粉土与低液限粘土3种土样采用重型击实试验的方法进行了土的干密度与剪切波速的对比试验。大量试验结果表明,路基土干密度与剪切波速存在显著的相关性,各种土质的干密度与剪切波速的关系模型各不相同,但都可以利用4种典型回归模型来描述。论证了路基表层土压实度可以代表本层的压实度,提出了利用直达剪切波检测路基干密度的新方法。最后应用"振三压三"的压实方法对所得模型进行验证,将按照模型用剪切波速计算得到的数据与灌砂法所得数据进行了比较。现场试验表明:通过建立具体工程的干密度与剪切波速的关系模型,采用直达剪切波速检测技术,可以较好地实现路基压实度的无损检测。     

橡胶-砂颗粒混合物压缩特性与胶结退化试验

为揭示轻度胶结橡胶-砂颗粒混合物的压缩特性和胶结退化过程,通过室内一维压缩试验、剪切波速测试和扫描电镜检测,对比分析混合物的应力-应变特征和刚度演化规律,研究颗粒间胶结作用、砂掺量等对试样密度、残余应变、剪切波速和小应变剪切模量的影响,同时定性评价压缩后胶结混合物微观结构特征,探讨轻度胶结刚-柔性颗粒混合物的受力变形机制。试验结果表明：橡胶-砂颗粒混合物密度随砂掺量增加呈线性增加趋势;少量胶结物质添加可有效减小压缩变形和残余应变,胶结试样的加载压缩曲线可分为胶结控制、胶结退化和应力控制3个阶段,残余应变与砂掺量间呈指数减小关系;颗粒间胶结作用在高应力条件下退化完全,胶结试样剪切波速表现出与未胶结试样相似的变化规律;相同砂掺量与应力条件下,胶结试样具有较高的小应变剪切模量,压缩过程中小应变剪切模量的演化规律与剪切波速类似;颗粒间胶结在荷载作用下首先发挥作用并逐渐退化,当刚性颗粒（砂颗粒）含量较低时,混合物的受力介质主要为柔性颗粒（橡胶颗粒）,颗粒空间位置无显著改变;当刚性颗粒含量较高时,荷载作用下刚性颗粒会发生一定的滑移和滚动,形成相互接触的受力链以承受荷载,柔性颗粒则可阻止受力链倾覆与倒塌。     

空心板桥新型粗骨料UHPC铰缝抗剪性能试验

为研究空心板桥新型粗骨料超高性能混凝土(UHPC)铰缝的抗剪性能,对14个铰缝试件进行了静力抗剪试验,试验参数包括铰缝混凝土材料类型、界面处理方式、抗剪钢筋构造形式、抗剪钢筋强度等级和配筋率。分析了试件的裂缝发展过程和分布规律、破坏模式以及各试验参数对铰缝抗剪性能的影响;同时,基于铰缝典型的荷载-位移曲线分析了铰缝的抗剪机理。试验结果表明：铰缝的裂缝宽度从下至上呈现逐渐减小的规律,由于传统配筋方式上部抗剪钢筋的位置靠近顶部,导致上部抗剪钢筋在铰缝抗剪承载力极限状态时尚未屈服,对抗剪承载力的贡献小。试件破坏模式分为2种：传统铰缝的界面剪切破坏;UHPC铰缝的预制混凝土块剪切破坏。UHPC材料、界面预留槽处理方式、抗剪钢筋新配筋方式以及提高抗剪钢筋的强度等级和配筋率,均能不同程度地提升铰缝的抗剪性能。与传统铰缝相比,新型粗骨料UHPC铰缝的开裂荷载、抗剪承载力和名义抗剪刚度提升幅度分别可达42.8%、185%和218.3%。当达到抗剪承载力极限状态时,UHPC铰缝主要依靠抗剪钢筋屈服提供的剪切摩擦抗力以及预制混凝土块剪断提供的剪切抗力来抵抗外荷载。提出了UHPC铰缝开裂荷载及抗剪承载力计算公式。计算结果表明：开裂荷载、抗剪承载力试验值与计算值比值的均值分别为1.47、1.19,变异系数分别为0.05、0.12,所提出的计算公式可以较精确和稳定地预测UHPC铰缝的开裂荷载及抗剪承载力。     

采用预制-现浇UHPC板的钢桥面铺装受力性能研究

为解决现有钢桥面铺装因大面积现浇超高性能混凝土(UHPC)产生收缩开裂,需密集配筋,施工现场需要大量蒸养设备等问题,提出了一种采用预制-现浇UHPC板的钢桥面铺装。通过钢-预制UHPC板界面、钢-现浇UHPC板界面和预制-现浇UHPC界面局部模型试验,揭示了采用预制-现浇UHPC板的钢桥面铺装各关键界面黏结性能;通过节段足尺模型试验与有限元分析,明确了车辆荷载下采用预制-现浇UHPC板的钢桥面铺装的荷载效应。研究结果表明：钢-预制UHPC板界面受拉和受剪破坏均发生于粘胶层与预制UHPC板结合面,法向抗拉和切向抗剪承载力可保守地取5.2 MPa和8.7 MPa;栓钉间距在150~320 mm之间时,栓钉加密对钢-现浇UHPC板界面抗剪承载力影响较小,可根据中国规范进行现浇UHPC板中栓钉承载力的计算,抗剪刚度可保守的取110.0 kN·mm^-1;界面凿毛处理和湿接缝采用蒸汽养护,可使预制-现浇UHPC接缝的抗剪强度分别提升23%和20%,预制-现浇UHPC接缝抗剪强度可保守地取2.4 MPa;在3倍车辆设计荷载作用下,UHPC板以及钢-UHPC板界面的应力均小于容许应力。提出的采用预制-现浇UHPC板的钢桥面铺装方案可行。     

UHPC模壳-RC叠合盖梁受力性能试验

由于整体预制RC盖梁对起重和运输设备要求高,而分段预制盖梁的拼接缝容易发生渗水且在节段分界面上纵筋不能连续传力,因此提出一种在UHPC模壳内部现浇混凝土的半预制叠合盖梁。开展带剪力键和不带剪力键的2个UHPC模壳-RC叠合盖梁和1个现浇RC盖梁对比试件的静力试验,并通过有限元模型分析了结合面黏结程度对叠合盖梁受力性能和破坏模式的影响规律。研究结果表明：UHPC模壳-RC叠合盖梁的破坏模式与现浇RC盖梁一致,均为剪压破坏;不带剪力键的叠合盖梁开裂荷载和极限承载力分别比现浇RC盖梁提高了42.1%和13.8%,同时可以有效降低裂缝宽度的扩展,但叠合盖梁存在界面脱开,核心混凝土拱起和UHPC模壳竖向开裂等现象;剪力键可以增大交界面黏结程度,有效减小最大裂缝宽度和交界面裂缝宽度的扩展速度,其交界面开裂荷载和极限承载力比不带剪力键的叠合盖梁提高50.0%和12.1%;理想界面黏结状态下,UHPC模壳可以达到极限压应变,材料性能得到充分发挥,说明UHPC模壳可以完全参与整体受力,但极限承载力仅比带剪力键叠合盖梁提高8.8%。以上结果说明,带剪力键的UHPC模壳-RC叠合盖梁具有良好的截面黏结强度和整体受力性能,可以推荐实际工程使用。