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。     

钢桥面与环氧沥青铺装界面剪切特性

为了给钢桥面铺装设计提供参考,针对钢桥面铺装工程中普遍采用的环氧沥青混凝土铺装结构,考虑了温度、法向应力等影响因素,进行了钢桥面与环氧沥青混凝土铺装界面剪切特性的试验研究。采用钢-混凝土界面剪切试验装置(Steel-Concrete Interface Shear,SCIS),在25℃、60℃两种温度和0,0.2,0.5,0.7 MPa四级法向应力水平下测试了钢桥面与环氧沥青混凝土铺装界面的剪切性能,获得了界面剪切破坏形态、抗剪强度、残余抗剪强度、剪应力-剪切变形曲线等试验结果,分析了温度、法向应力对界面抗剪强度的影响规律以及界面的黏结-滑移机理。基于摩尔-库仑强度理论建立了钢桥面与环氧沥青混凝土铺装界面在25℃和60℃两种温度条件下的抗剪强度包络线。研究结果表明:在仅考虑温度和压、剪应力的条件下,钢桥面与环氧沥青混凝土铺装界面破坏产生于防腐涂装与防水黏结层的界面区;界面抗剪强度随温度降低和法向应力水平增加而增大;残余抗剪强度受温度影响较小,主要随法向应力增加而增大;界面剪应力-剪切变形曲线具有韧性破坏特征且呈四阶段发展规律;钢桥面与铺装界面的抗剪强度包络线可采用摩尔-库仑强度理论进行建立。     

桩-土接触面剪切性质室内单剪试验研究

土与混凝土桩的接触面力学行为随土的含水量变化.进行了17%、2O%、24%共3组含水量的土与混凝土桩接触面室内单剪试验,每组试验考虑5个法向应力.试验结果表明,在含水量一定时,接触面强度破坏仍遵循摩尔一库仑破坏准则;接触面的抗剪强度、摩擦角随含水量的增大非线性单调减小,粘聚力则先增大后减小.随着含水量和法向应力的增大,接触面的破坏位置逐渐由几何接触界面向土体内部过渡.法向应力较小时,含水量对接触面应力应变曲线的初始段影响不大.试验结果可供相关工程数值分析参考.     

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。     

粗粒土与混凝土接触面剪切特性试验研究

采用大型直剪仪进行了不同法向应力下粗粒土与混凝土结构接触面剪切试验,通过在混凝土表面预制规则的半圆形凹槽来模拟不同粗糙度结构面,研究结构面粗糙度对接触面剪切位移曲线以及强度参数的影响。试验结果表明:随着粗糙度的增大,接触面剪切位移曲线的应变硬化特征越来越明显;接触面剪切应力比(即剪切强度与法向应力比值)随法向应力的增大呈指数型衰减,随粗糙度的增大而增大;表明粗糙度的增大能提高接触面的剪切强度,能显著提高接触面的表观黏聚力,但对内摩擦角的影响很小。     

黄土边坡原位直剪与抗滑桩模型试验

为揭示黄土公路高陡边坡的稳定性状，选取黄土塬开挖平台非扰动黄土为试样，制作试样模型进行原位试样直接剪切试验，设计进行不同工况下埋入式与悬臂式抗滑桩模型试验，研究获取公路路堑边坡黄土土样应力-应变关系曲线、土样峰值强度及残余强度参数变化规律，并基于支挡抗滑桩和黄土边坡坡体内受力与变形状态，揭示桩-土相互作用过程与变形机理。试验结果表明：黄土试样在直接剪切时，随着法向应力增大，其应力-应变关系曲线逐渐由软化型向硬化型转变，且曲线逐步升高但未出现交叠；相同的剪切次数下，黄土试样峰值强度和残余强度均随法向应力增大而增大，残余强度较峰值强度有一定衰减，且垂直强度愈大，衰减愈明显；随着水平推力达到极限承载力，埋入式模型抗滑桩桩身土压力分布呈现上大下小的变化趋势，且在滑动面位置上部附近出现桩前最大土压力，桩体发生弹性变形，弯矩值沿桩身分布总体呈"S"形规律；悬臂式桩体不发生刚性转动，桩身土压力总体呈上下小、中间大的分布态势，桩后最大土压力出现在滑动面附近，而桩前最大土压力则随着现场试验中单排模型桩根数增多，自模拟滑动面逐渐过渡到新的剪出滑动面，桩身弯矩呈"D"形分布。     

煤矸石与土工布的界面摩擦特性试验研究

以煤矸石为填料,土工布为筋材,进行了一系列直剪试验和拉拔试验,测试了土工布与煤矸石间的界面摩擦特性,获得了不同压实度煤矸石与两种土工布(PES 100-50、PES-PP 100-50)间的直剪和拉拔界面强度及摩擦系数.试验结果表明:煤矸石与土工布的直剪和拉拔剪应力与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.两种土工布与煤矸石的直剪界面强度和拉拔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；两种土工布与煤矸石间有较好的拉拔摩擦特性,直剪摩擦系数为0.86～1.50,拉拔摩擦系数为0.43～1.16.     

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。     

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。     

煤矸石与土工布的界面摩擦特性试验研究

以煤矸石为填料,土工布为筋材,进行了一系列直剪试验和拉拔试验,测试了土工布与煤矸石间的界面摩擦特性,获得了不同压实度煤矸石与2种土工布（PES100—50、PES—PP100—50）间的直剪和拉拔界面强度和摩擦系数。试验结果表明：煤矸石与土工布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。2种土工布与煤矸石的直剪界面强度和拉拔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;2种土工布与煤矸石间有较好的拉拔摩擦特性,直剪摩擦系数为0．86～1．50,拉拔摩擦系数为0．43—1．16。     

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。     

UHPC-NC键槽界面抗剪性能研究

为明晰超高性能混凝土（UHPC）加固RC结构的界面剪切力学行为,批量开展键槽定量化处理UHPC-NC界面抗剪承载性能试验研究。设计制作8组包含不同深度（t）、宽度（w）和间距（d）的UHPC-NC组合构件,分析了界面剪切荷载-滑移曲线特征,剪切应变分布规律、破坏形态以及极限抗剪承载力。试验结果表明,键槽处理方式能显著增强UHPC-NC界面初始剪切刚度（刚度值高于250 kN·mm^-1）并有效提高界面极限抗剪强度（1.46~3.98 MPa,其中大于3 MPa的试件占总数的57.1%）。不同键槽参数t,d和w对UHPC-NC界面抗剪强度的影响权值逐渐递减,且正角度开槽对界面抗剪强度的提升幅度为13%~32%,普遍优于负角度组;当深度t较小且w/t≤2时,后浇UHPC键槽部分承受较大剪切荷载,此时UHPC-NC界面出现“混合剪”破坏模式,能够有效发挥UHPC的抗弯拉性能;相同条件下,当w/t≥4时,后浇UHPC键槽面积在界面处占比增大,致使裂缝移至NC侧发展,即由NC主要承担界面剪力。此外,增大键槽间距d可改善界面域的剪力分配,“密集开槽”方式虽能有效提高界面抗剪能力,但考虑到此方式对原结构的损伤较大且施工成本较高,应对开槽深度和间距进行合理优化。提出基于断裂面法的UHPC-NC界面抗剪承载力计算公式,计算误差均在17%以内,计算结果表明,提出的公式可较好地评价定量化键槽处理的UHPC-NC界面抗剪性能。     

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。     

格宾网加筋煤矸石的直剪试验研究

以格宾网为筋材,以不同压实度的煤矸石为填料,进行了加筋煤矸石的直剪试验,获得了不同压实度煤矸石与格宾网间的直剪摩擦系数。试验结果表明：煤矸石与格宾网的直剪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。格宾网与煤矸石的直剪界面强度随煤矸石压实度的增加而增大,符合莫尔库仑强度型;格宾网与煤矸石间有较好的拉拔摩擦特性,直剪摩擦系数大于1;加筋格宾网后,煤矸石的直剪强度得到了提高,主要是通过提高内摩擦角来实现的。     

高炉渣改良填料大型直剪试验分析

将原状高炉渣掺拌粉煤灰分层碾压并重锤夯实作为换填地基的填料,进行分层取样后,以处于干、湿状态下各层土样的混和土作为试样开展大型直剪试验。为了探究高炉渣改良填料的直剪力学特性,以及现有大型直剪仪的不足,对不同法向应力作用下试样的抗剪强度、法向加载板的竖向位移进行了量测,并对试验过程中剪力与剪切位移曲线特性、剪切盒张开状态、完成直剪试验后试样的破碎状态进行了分析。结果表明:因细颗粒不足以填充粗颗粒之间的孔隙,含水量对改良填料力学指标影响很小,改良填料表现为良好的水稳定性;高炉渣改良填料在法向应力小于150kPa时几乎没有黏聚力,而在法向应力大于150kPa时表现出咬合黏聚力;高炉渣混合料直剪试验过程中法向应力越大,初期剪缩量越大,后期剪胀量越小,发生剪胀时对应的剪切位移也越大;在法向应力大于150kPa后,直剪试验的剪胀量有了较大程度的减小,此时剪切面的形成主要以剪切区粗颗粒的剪碎与断裂为主。最后,考虑到现有大型直剪仪随着剪切位移的增加,理论剪切面上的剪切应力与法向应力分布越来越不均匀,且有效剪切面积逐渐减小,为此对大型直剪仪提出了改进建议,使有效剪切面面积保持恒定不变,测试结果与实际情况更加接近,可提高粗颗粒土剪切强度的测试精度。     

UHPC直剪性能试验与直剪承载力计算方法

针对超高性能混凝土（UHPC）直剪性能研究较为缺乏的现状,开展24个“Z”形UHPC整体浇筑试件和24个“Z”形UHPC平接缝试件（用高压水凿毛先浇界面）的直剪试验,以得到钢纤维特性以及浇筑方式对UHPC （直剪）初裂强度、峰值强度、破坏模式以及直剪承载力的影响;并基于试验结果及UHPC细观本构模型开展了UHPC直剪承载力的理论分析研究。结果表明：无纤维UHPC整体试件和钢纤维掺量未超过3.0%的平接缝试件直剪破坏模式均为脆性破坏,纤维掺量达到2.5%的整体试件具备剪切延性破坏的特征;纤维掺量达到2.5%的平接缝试件界面处新老UHPC结合紧密;整体界面和平接缝界面直剪的初裂强度与峰值强度均随纤维掺量增加而显著增加,且峰值强度随纤维掺量几乎呈线性变化;纤维形状与长径比对整体界面初裂强度和峰值强度的影响不大,对平接缝界面则长纤维优于短纤维,异形纤维优于平直形纤维;整体界面和平接缝界面直剪的峰裂比（峰值强度与初裂强度之比）为103.5%~166.7%,整体界面峰裂比均显著大于纤维掺量相同的平接缝界面,2种界面的峰裂比均随钢纤维掺量增加而增加。建立了平接缝界面与整体界面直剪峰值强度之比η（简称直剪强度比）与纤维特征参数λ_f之间的高精度拟合公式。此外,还分别提出了高精度的UHPC整体界面和平接缝界面的直剪承载力计算公式。