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。     

粒状土与结构接触面强度特性粒径效应影响研究

为研究颗粒粒径对典型粒状土与结构接触面剪切特性的影响,开展了不同粒径范围粗粒土与混凝土接触面大型直剪试验,分析颗粒粒径对接触面剪切强度及接触面强度参数的影响规律,探讨了接触面剪切强度的粒径效应影响机理。结果表明：接触面剪切强度随土体颗粒粒径的增大而明显增大,且当颗粒粒径与结构表面粗糙形貌比值接近1时,其继续增大对接触面剪切强度影响不再明显;不同剪切位移处接触面剪切应力与法向应力均能较好地满足摩尔库伦破坏准则,剪切过程中接触面内摩擦角随剪切位移的增大而增大并逐渐趋于稳定;而不同粒径条件下接触面表观黏聚力随剪切位移的变化规律有着明显的差异;颗粒粒径的增大能显著提高接触面表观黏聚力,对接触面最大内摩擦角无明显影响。     

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。     

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。     

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。     

废旧轮胎颗粒对橡胶土体抗剪强度影响的试验研究

通过直剪试验对不同级配轮胎颗粒的抗剪强度进行了测试,分析了颗粒剪切强度与剪切位移的关系,提出了颗粒抗剪强度特性衡量指标,建立了颗粒抗剪强度库伦预测公式,选出了代表性的颗粒级配。通过向土体中加入不同掺量的轮胎颗粒研究其掺量对黏土抗剪强度的影响,结果表明:在纯轮胎颗粒的直剪试验中,随着橡胶颗粒粒径的增加其黏聚力和内摩擦角有增大的趋势,黏聚力增加比较明显;在向土中掺入轮胎颗粒的直剪试验中,随着橡胶颗粒掺入量的增加,其黏聚力有先增加后减小的趋势,内摩擦角有增大趋势。当颗粒的掺入比为50%时其抗剪强度最优。     

高应力下粗砂-结构接触面颗粒破碎影响因素试验研究

为了研究高应力下粗砂与结构接触面的剪切破碎影响因素,采用改装后的RMT-150B试验系统的直剪试验仪进行接触面直剪试验,对高法向应力作用下含水率为0%,8%,16%,24%的粗砂与具有4种不同粗糙度、强度混凝土基底的接触面直剪试验结果进行了分析,结果表明:基底硬度增大,基底硬度与相对破碎率关系曲线趋于下降趋势,相对破碎率减小;相对破碎率随着含水率增加而增加,随粗糙度的增加破碎量减小;法向应力对颗粒破碎影响明显,相对破碎率的增大速率也表现出随法向应力增大而增大的趋势。保持含水率不变,法向应力与颗粒破碎曲线规律性较好;保持基底硬度和接触面粗糙度不变,法向应力与颗粒破碎关系较为离散,总体保持颗粒破碎随法向应力增加而增加。进行方差分析表明:接触面粗糙度对粗砂-混凝土结构接触面剪切破碎的影响较显著;法向应力、基底硬度与含水率对结构接触面剪切颗粒破碎的影响均特别显著,显著性从大到小依次为:砂的含水率、基底硬度、法向应力、接触面粗糙度。针对不同试验所得到的法向应力对颗粒相对破碎率影响规律进行讨论,认为:从零法向应力开始,随法向应力的增大相对破碎率增加速率增大,当剪切应力达到集中段颗粒抗剪破强度后,相对破碎率增加速率随法向应力增加而减小。     

基于不同含水率下重塑黄土强度特性试验研究

在路基回填施工过程中,土体的含水率与回填速度直接关系到工程的安全性和经济效应。因此对不同含水率、剪切速率下重塑黄土的强度特性及指标进行了三轴试验研究。结果表明:含水率与剪切速率都对重塑黄土的强度有明显影响。剪切速率增加,应力-应变曲线上移;含水率增大,黏聚力和内摩擦角均减小,但减小幅度不同;黏聚力与内摩擦角均可由含水率的一次函数关系式表示。利用莫尔-库仑公式得出了重塑黄土的破坏强度公式。     

水泥对珠三角地区淤泥抗剪强度参数的影响分析

由于地质、水文及受力等自然条件的差异性,软土的剪切强度参数也会随之变化。该文通过三轴不固结不排水剪切试验和直剪快剪试验,对不同水泥掺量下水泥土的抗剪强度参数进行了试验研究。结果表明:在三轴不固结不排水剪切试验中,当掺入比和龄期均相同时,峰值强度随围压线性增加;当掺入比和围压均相同时,峰值强度随龄期逐渐增加;当掺入比保持不变时,黏聚力随龄期线性增加,而内摩擦角随龄期线性减小;当龄期保持不变时,黏聚力随掺入比线性增加,而内摩擦角随掺入比线性减小。在直接快剪试验中,相对于三轴不固结不排水剪切试验结果,当掺入比、龄期均保持不变时,直接快剪试验得到的黏聚力要稍小,而内摩擦角要稍大;当掺入比保持不变时,黏聚力随龄期线性增加,而内摩擦角随龄期线性减小;当龄期保持不变时,黏聚力随掺入比线性增加,且龄期越大,增加幅度越大;而与黏聚力相反,内摩擦角随掺入比线性减小,且龄期越大,减小幅度越小。     

不同含石量下土石混合体的剪切特性研究

土石混合体作为一种优良的填料被广泛应用于路基填筑。为研究含石量对土石混合体抗剪强度的影响，利用大型直剪试验，分析不同含石量下土石混合体剪应力-剪切位移曲线及抗剪强度的变化规律。结果表明:当含石量≤20 %，试样为密实悬浮结构时，剪切过程呈应变硬化，抗剪强度随含石量增加变化不明显；当20 %＜含石量≤50 %，试样为密实骨架结构时，剪切过程呈应变硬化-应变软化，粗粒土之间的咬合逐渐增强，内摩擦角和黏聚力增加较大，含石量在50 %左右，抗剪强度达到最大；当含石量＞50 %，试样为骨架空隙结构时，剪切过程呈应变硬化-应变软化-应变硬化，内摩擦角和黏聚力均出现下降。     

管幕冻结特殊布管形式稳态温度场解析解

为了给管幕冻结这一新型地下工程施工方法的设计与施工提供参考,针对港珠澳大桥拱北隧道口岸暗挖段的管幕冻结工法,考虑积极冻结过程中所使用的"圆形主力冻结管"和"异形加强冻结管"2种类型冻结管的特殊布置形式,通过对实际问题进行适当简化,提出单圈冻结管错位布置的冻结模型。在此基础上,首先利用保角变换将单圈管不等距模型转化为单排管不等距模型,然后结合Laplace方程边界条件可分离的特性,利用2个单排管等间距模型叠加求解单排管不等距模型,最后得到管幕冻结法单圈管错位布置的温度场解析解。结合该解析解,选取管幕冻结法布管形式1个周期单元上3个特征位置的截面进行温度分析,并利用ANSYS数值软件对特征面上的理论温度分布进行对比验证,最后根据拱北隧道实际施工参数对其管幕冻结效果进行求解分析和直观的温度场云图展示。研究结果表明：在管幕冻结法冻结管单圈错位布置形式下,各特征面的温度均能降至较低的负温,远低于土体冻结温度,"管间封水"的效果能够得到保证;对比而言主面上温度最低,较近两冻结管之间的界面1温度略低于主面温度,在冻结管布置圈径上,各组参数下界面1的温度均能达到-15℃以下,且温度随着冻结管错位角度减小而降低;各特征面上,温差最大位置出现在冻结管布置轴面上,温度差异随着冻结过程的进行逐渐减小,冻土帷幕内的温度分布趋于稳定。     

钢管冻土组合结构受弯力学特性数值模拟研究

为分析钢管冻土组合结构的受弯过程特点，依托室内试验的研究成果，利用ANSYS软件分析钢管冻土组合结构受弯过程中的承载力变化规律。研究结果表明： 1）冻土结构底部布置钢管后形成钢管冻土组合结构的极限承载力较常规无钢管冻土结构可提高52.6%，荷载作用下组合结构截面应力分布呈“分层”现象，其应力计算过程仍满足梁的平截面假定； 2）当冻土与钢管之间的剪切应力超过其抗剪强度时，钢管与冻土会发生滑移，但钢管和冻土各自独立承载仍可发挥组合结构的承载能力； 3）钢管直径和壁厚的增加，可以提高钢管冻土组合结构的极限承载力； 布置在结构截面底部的钢管对提升组合结构的承载力效果明显，其极限承载力较钢管位于截面中心或者顶部位置时提高约30%。     

钢顶管竖向土压力计算方法对比

钢顶管作为非开挖施工的常见施工方法,其竖向土压力计算是钢管强度和刚度设计的关键。首先对常见的三种卸荷拱理论计算方法进行介绍,其后结合实际顶管工程勘察资料,以砂性土和黏性土两种常见土层为例,以传统计算方法和三种卸荷拱理论方法为准则,对影响计算结果的关键因素进行梳理,进行了等效土柱高度和竖向土压力对比分析,最后总结了钢顶管竖向土压力计算时的设计要点。     

拱北隧道管幕冻结施工中限位管的冻结效果控制研究

港珠澳大桥珠海连接线拱北隧道采用管幕冻结法施工。为了获取合适的冻结施工参数,采用原型试验研究限位管的冻结效果控制作用。试验结果表明:当管幕冻结施工过程中实顶管正上方冻土发展较快时,可通过在限位管循环热盐水来控制冻土发展,其中,限位管温度为8℃比2℃时能更好地控制冻土厚度;但是,若实顶管与空顶管之间的冻土及空顶管上方的冻土仍需要发展时,可采用2℃盐水,此时,冻土帷幕厚度继续增加,但幅度减小。因此,采用限位管控制冻土帷幕发展是可行的。     

冻土帷幕设置加热限位管时温度场数值分析

为解决现有人工冻结法施工后周围地层产生冻胀融沉所引发的不良后果问题,设置加热限位管对冻土帷幕的发展进行限制。运用有限元软件分析在冻土帷幕主面上设置加热限位管时对冻土帷幕温度场发展的影响规律,主要得出： 随着加热限位管盐水温度的升高,冻土帷幕厚度呈线性减小趋势;限位管循环盐水温度越高,最终形成的冻土帷幕边界平整性就越好,从而具有较好的限位效果;限位管应与冻结管对齐设置在冻土帷幕主面上;限位管与冻结管距离由最终控制冻土帷幕的厚度决定;循环热盐水的温度不宜过高,宜为5~10 ℃。     

温度对盐渍土抗剪强度和变形特性的影响

为了明确因冻结温度和结晶差异造成的温度对盐渍土抗剪强度和变形特性的影响，以高含盐量和不同盐分类型的盐渍土为研究对象开展试验研究。首先，选用青藏高原察尔汗-格尔木高速公路沿线采集的含盐量为10%~36%的氯盐含量高、硫酸盐含量低的盐渍土土样（HC-1，HC-2）和硫酸盐含量较高而氯盐含量较低的盐渍土土样（CS）3种高含盐量盐渍土作为试验土样，对3种土样进行冻结温度试验，验证其降温至-20℃时，土体不会发生冻结。其次，在5个不同控制温度（-20℃、-10℃、0℃、10℃和20℃）下，分别进行盐渍土直剪试验以得出温度与抗剪强度参数关系函数。最后，分析温度对抗剪强度和弹性模量的影响，同时，利用数值拟合建立考虑温度影响下的盐渍土抗剪强度和切线弹性模量公式。研究结果表明：当温度由20℃降低至-10℃，3种盐渍土的抗剪强度和初始切线弹性模量均增大后趋于峰值，而随温度继续降低至-20℃后，HC-1和HC-2土样指标呈下降趋势，CS土样各参数结果却趋于稳定；不同含盐类型的盐渍土，温度对其破坏比R_f的影响也不同；在温度由20℃降至-20℃的过程中，HC土样的R_f在-10℃出现峰值，且在较低荷载（100 kPa）下，呈现出先增大后减小的特点，在较高荷载（200，300，400 kPa）下呈现出先增大后趋缓的特点；CS土样的R_f在20℃~10℃、10℃~-10℃和-10℃~-20℃降温段呈现出先增大中趋缓后减小的分段式变化特点。     

火灾高温后盾构隧道管片-加固体界面粘结性能试验研究

用复合腔体加固体加固隧道结构是一种新型的加固方法,为了掌握火灾高温后复合腔体加固盾构隧道后界面的粘结性能,开展了50~400℃高温处理后粘结剂力学性能试验和混凝土立方体试件-复合腔体界面双面剪切试验。试验结果表明:1)在较低温度条件下,温度升高能优化粘结剂的力学性能;在较高温度下,粘结剂的力学性能随着温度的升高而降低,粘结剂的力学性能在150℃温度条件下最优,在超过300℃温度条件下,力学性能几乎失效。2)高温后混凝土-复合腔体界面破坏形式分为A,B,C3种类型,混凝土-复合腔体界面的剪切刚度随着温度的升高而降低;混凝土-复合腔体界面粘结性能的最佳工作温度TP在50℃左右,完全失效温度Tf为300~400℃,在较低温度(15℃和50℃)、较高温度(100℃和200℃)和高温(250℃~Tf)条件下,影响混凝土-复合腔体界面粘结性能的主要因素分别是混凝土的剪切强度、碳纤维布-钢管界面的粘结性能和混凝土-粘结剂界面的粘结性能。     

软土地区管幕暗挖施工之钢管顶进工法解析

暗挖法作为一种有效降低环境影响的技术,在我国部分城市的岩石及复合地层中得到了应用,在软黏土地区做科研试验项目实施软土地区管幕暗挖施工。以某管幕结构段土建工程为例,对钢管顶进施工进行工法解析。钢管顶进施工工法是管幕暗挖施工的第一步,通过带锁扣的钢管间连接形成一个闭合帷幕,将内外水土体隔离,然后在管幕的围护下进行暗挖,最终形成大断面地下空间,为后续开挖与结构施工提供条件。     

基于热管技术的机场道面融雪性能试验研究

为准确分析基于热管技术的机场道面融雪系统工作性能,综合考虑地热能、机场道面、热管间的传热特性,建立了热管加热融雪道面足尺试验系统;基于长期实测数据对融雪系统的道面融雪性能、温度场分布特性及其影响因素进行了分析;并在此基础上,通过研究融雪系统地下土壤热源热量长期消耗及回补特性探讨了融雪系统的可持续性工作性能。研究结果表明：基于热管技术的机场道面融雪系统可在冬季不改变道面温度分布特性的基础上,自动提高道面温度约15℃,有利于抑制道面结冰并融化道面积雪;在热管道面融雪过程中,当道面无雪率超过40%后,道面融雪过程将进入加速期;减少热管与道面表面的竖直距离,降低相邻热管间的水平间距均可改善热管道面温度分布规律,并有效提高道面融雪效率,而热管直径的变化对道面融雪性能影响相对较弱;随着气温降低,热管道面融雪效率逐渐下降,且当气温低于-9℃时,热管道面融雪性能受到较大限制;积雪经过适当压实作用,可缩短热管道面融雪时间;冬季地下热管的取热作用使得地下土壤温度约降低10℃,而夏季地下土壤温度逐渐恢复,随时间大致呈周期性变化,表明地下土壤可为热管道面融雪系统长期提供热量,持续保障热管道面融雪性能,实现机场道面冬季安全运行。