非饱和砂土−混凝土界面剪切强度试验研究

土-结构界面的剪切强度是分析土与结构相互作用的重要参数.通过GCTS压力板仪测定砂土SWCC曲线,用Geotest摩擦-剪切仪开展非饱和砂土与不同粗糙度混凝土界面的32组大型直剪试验,探讨基质吸力及界面粗糙度对界面剪切强度和剪胀性状的影响.试验结果表明:基质吸力和净法向应力对非饱和砂土-混凝土界面的硬化、软化以及剪胀特...     

挡墙后土体应力状态与主动土压力计算分析

为探究土压力理论中挡墙背后土体所处的应力状态,完善对于土体力学条件的考虑,在相关研究成果的基础上,提出在主动土压力条件下,滑移面上土体单元达到极限应力状态时,墙土界面和土楔体内部单元未达到极限应力状态的观点。采用非极限参数对土体的非极限应力状态进行描述,基于二维微分方程对问题进行求解。通过一定假设得到挡墙上土压力和滑裂面上土反力的分布,并进一步考虑滑楔体整体的静力平衡条件和力矩平衡条件,反向求解平面滑移边界的倾角和表征墙背土体非极限状态的参数,从而得到考虑土体非完全极限应力状态,并符合所有力学条件的主动土压力解答。通过实例验证理论的可靠性与合理性,并分析土体内摩擦角与外摩擦角对于土压力分布及有关参数的影响。理论分析结果表明,极限应力状态仅出现在滑裂面上,位于墙面和土楔内部的土体均未完全达到极限状态,而将土体近似视作极限状态并不会对土压力计算结果产生很大影响。相同参数条件下,理论计算滑移面倾角要大于朗肯解和库伦解。内摩擦角和外摩擦角对于土压力分布、合力作用点位置、应力状态参数、土体主应力偏转角度等均会产生不同程度的影响。     

一维稳态流下考虑土拱效应的非饱和土主动土压力分析

为分析一维稳态流下非饱和土的主动土压力,将基质吸力的竖直分布应用于Bishop非饱和土抗剪强度理论中,考虑土拱效应分析墙后非饱和土的应力状态,基于有限差分法建立非饱和土的主动土压力、合力及其作用位置的计算方法。计算结果表明:由于墙面剪应力的作用,挡土墙上部的主动土压力大于扩展朗肯主动土压力,下部的主动土压力小于扩展朗肯主动土压力,扩展朗肯主动土压力是该土压力解的一个特例;地下水位与流动比是影响非饱和土主动土压力的关键因素。     

深大基坑中心岛法墙前被动土压力的计算方法

针对中心岛法开挖基坑问题,基于平面滑裂面假定,得到了墙前预留土体被动土压力的解析解,利用此解可以得出挡土墙和预留土体保持稳定的土压力判据.作为该方法的特例,位于直立挡土墙后无限黏性土坡的被动土压力计算公式被确定.计算结果与有限元结果对比表明,当土与挡墙背的摩擦角及土体内摩擦角较小时,计算误差小于10%,满足工程设计要求.     

多级悬臂式挡土墙设计计算方法探讨

研究目的:为探讨多级悬臂式挡土墙工程设计问题,采用数值模拟与极限平衡理论分析方法,得出包括边坡整体稳定性与各级墙体局部稳定性两个方面的多级悬臂式挡土墙的设计计算方法。研究结论:(1)边坡整体失稳破坏模式为近似圆弧滑动模式,可采用圆弧滑动条分法分析边坡整体稳定性;(2)坡体中竖向压应力向下传递过程中,各级挡墙墙顶面位置的压应力呈多段折线型分布模式,可在此基础上采用库仑土压力理论计算各级悬臂式挡墙上的主动土压力,进而计算各级墙体的抗滑与抗倾稳定性、地基承载力和墙身强度;(3)给出了多级悬臂式挡土墙的主要设计计算步骤;(4)所建立的设计计算方法可为多级悬臂式挡墙的工程设计提供参考。     

地震条件下被动土压力及其分布分析的新方法

研究目的:目前国内外关于地震条件下被动土压力及分布分析的方法,要么存在分布规律及位置不合理,要么存在推导过程复杂、求解麻烦、适用条件苛刻等局限性。本文采用旋转挡土墙计算模型的变换法,将在地震条件下被动土压力的求解问题转化为在静力条件下被动土压力的求解问题,对于简化被动地震土压力问题,统一地震土压力的求解等方面具有参考价值。研究结论:(1)根据在静力条件下水平层分析法的被动土压力推导结果,直接获得在地震条件下被动土压力强度分布、土压力合力及其作用点位置的表达式,并运用图解法得到了临界破裂角的解析解;(2)公式考虑了水平和垂直地震加速度、不同墙背倾角、墙背、坡面倾角与填料存在粘结力和外摩擦角、存在均布超载等诸多因素的影响,公式可以适用于在常用边界和地震条件下黏性土的被动土压力计算;(3)本文方法大大简化了在地震条件下的被动土压力计算公式推导过程,统一了地震土压力的求解,理论更加完善;(4)本文研究成果可应用于地震条件下挡土墙结构被动土压力的快速求解计算。     

悬臂支挡基坑开挖的离心模型试验研究

采用离心场基坑开挖设备进行了粉质黏土悬臂支挡基坑开挖的离心模型试验,并根据试验结果分析了粉质黏土基坑变形规律和悬臂支挡结构土压力特性.结果表明:开挖过程中悬臂挡墙会朝坑内偏转,并伴随一定的挠曲变形;基坑变形依赖于挡墙的变形模式和大小,随挡墙位移增长,具有明显的阶段性;墙后土体位移随深度增加而减小,同一深度上随距挡墙距离...     

粗糙度对砂土-混凝土接触面力学特性影响的试验研究

桩的粗糙度对桩侧阻力的发挥有重要影响。统计钻孔灌注桩的孔壁粗糙程度,建立孔壁粗糙度与直剪试验所用混凝土板粗糙度I的关系;借助TJW-800大型直接剪切仪进行砂土与不同粗糙度混凝土板的直剪试验,并对其力学特性进行分析。结果表明:存在临界粗糙度I_(cr),II_(cr)时,接触面峰值强度随着粗糙度的增大而增大,II_(cr)时,接触面峰值强度随着粗糙度的增大而减小;粗糙度对接触面剪切应力-切向位移曲线的形态有影响。     

粉细砂土路用性能试验研究

通过室内颗粒分析试验、压缩试验、剪切试验以及扫描电镜试验,对粉细砂土路用性能进行了研究,分析了粉细砂土难于压实的原因。试验结果分析表明:颗粒磨圆度较好,粒径比较集中,黏粒含量较少,粉砂土压实性能比较差,在路基压实过程中,不易板结。在粉细砂填筑施工时,保证压实度是提高路基强度的重要手段,压实度越高,弹性模量越大,后期压缩沉降量也就越小;在相同干密度条件下,粉细砂土的黏聚力随含水率的增加而增大,粉细砂土的内摩擦角随含水率的增加而呈现减小趋势,粉细砂土试样都不同程度发生了剪胀变形,说明该类填料在水平剪应力作用下极易发生剪切滑移破坏。     

冻结黏土-混凝土界面动力剪切特性研究

冻土与混凝土接触界面动力剪切特性对于冻土工程的抗震稳定性和长期服役性有直接影响。为了研究动荷载作用下多年冻土地区桩土相互作用及桩侧冻结强度特性,在常规直剪仪的基础上,研制出可同时满足动荷载输出和低温控制条件的动力直剪系统。利用该设备开展不同影响因素条件下的冻结黏土-混凝土桩基界面动力剪切试验,研究了动荷载作用下,试验温度、法向压力、动荷载频率及振次对冻土与混凝土界面冻结强度的影响,同时探讨了界面剪切破坏后的残余强度的变化规律。试验结果表明：动荷载作用下,冻结黏土-混凝土界面力学行为具有应变软化特征,可明显分为线性增长,脆性破坏,强度恢复及残余稳定4个阶段;界面峰值强度和残余强度受温度变化影响最为显著,并且动力荷载特性对界面强度具有一定规律性的影响;温度主要通过冰胶结力作用对剪切强度和残余强度产生影响,随着温度的降低,界面内聚力显著增大,从而表现为冻结强度的增加。通过对动荷载作用下冻土与混凝土接触界面强度特性分析,阐明了界面冻结强度特征及形成机理,可为寒区工程中的冻土与桩基接触面间的剪切特性研究以及结构物抗冻拔病害防治提供参考。     

考虑粗糙度影响的冻结砂土-混凝土接触面蠕变特性研究

为保证多年冻土地区桥梁桩基在服役期的安全稳定,需研究考虑流变效应的桩端承载及桩侧承载性能,其中考虑桩-冻土接触面蠕变特性的桩侧承载性能是多年冻土桩基长期稳定性的关键。利用自行研制的大型应力控制式剪切仪开展冻结砂土-混凝土接触面的剪切蠕变特性研究,试验采用灌砂法定义混凝土表面的粗糙度,其中4组为试验分析组(粗糙度为0,0.039,0.059和0.098 mm),1组为模型验证组(粗糙度为0.02 mm)。基于冻结砂土-混凝土接触面蠕变试验,研究蠕变变形、蠕变速率与时间及粗糙度的变化规律,揭示粗糙度影响下的接触面剪切蠕变机理,建立考虑粗糙度影响的接触面现象学蠕变模型。研究结果表明：冻结砂土-混凝土接触面在恒荷载作用下表现出显著的蠕变效应。不同粗糙度条件下,冻结砂土-混凝土接触面蠕变特性不尽相同,粗糙度越大试样衰减蠕变时间越长、稳定蠕变阶段越明显、蠕变稳定性越强;稳定蠕变速率随粗糙度的增大而减小,二者呈线性变化规律,得到发生非衰减蠕变的临界粗糙度为0.093 mm。提出的现象学蠕变模型对冻结砂土-混凝土接触面蠕变曲线有着良好的适应性,同时也可用于预测不同粗糙度条件下试样的蠕变规律,可为多年冻...     

高速铁路土工格栅加筋土挡墙的试验研究

为了研究高速铁路土工格栅加筋土挡墙在高速列车荷载作用下的受力和变形状态及其作用机理,通过室内模型试验模拟高速列车动力荷载作用,对加筋土挡墙墙内竖向和水平动土压力、墙顶累积竖向沉降、墙面累积水平位移等分布规律进行了研究。试验结果表明,加筋土挡墙模型在经受120万次的动荷载作用后,挡墙内外部未出现明显的破坏;在动荷载作用下,墙面累积水平位移及墙顶累积竖向沉降均不超过挡墙高的1%,加筋土挡墙结构具有良好的稳定性。     

风积沙—土工格栅界面特性离散元研究

风积沙作为路基基床底层填料,已应用于沙漠铁路建设中,但国内外鲜有针对风积沙-土工格栅加筋结构的研究。为了研究风积沙-土工格栅界面宏细观特性演化过程及筋材的力学特性,基于三维空间模型,对土工格栅加筋风积沙拉拔试验展开数值模拟,并与室内试验对比分析。通过观测试样状态,分析拉拔阻力、格栅分段应变、配位数、局部孔隙率、应力链演化、组构各向异性演化等宏细观特性。研究结果表明：采用抗转动接触模型模拟风积沙颗粒间接触,所得拉拔力—拉拔位移曲线比较平顺,相比之前的研究更接近实际情况。拉拔结束后,越靠近拉拔端,格栅应变越大,格栅后端几乎没有应变。在筋土界面内,配位数明显降低,孔隙率明显升高,呈负相关,在界面外,两者变化则不明显。剪切带整体厚度为模拟颗粒中值粒径的4.93～5.79倍,界面内发生的剪胀程度不同,上界面剪切带厚度大于下界面剪切带厚度。上覆荷载对剪切带的分布有明显影响,当法向压力低于30 kPa,随着法向压力的上升,剪切带上下界面的不对称性减弱,最大平均水平位移和剪切带整体厚度迅速减小。当法向压力在30～90 kPa内,随着法向压力的上升,上下界面剪切带厚度差值、最大平均水平位移逐渐减小,剪切...     

肋板形状对肋板式挡墙稳定性影响试验分析

肋板式挡墙是一种依靠肋板与肋板间土体的摩擦效应平衡墙背土压力的新(轻)型支挡结构,其稳定性受肋板形状的影响显著。开展由纸质肋板和有机玻璃面板构成的肋板式挡墙砂箱模型试验,研究3种典型肋板形状对肋板式挡墙稳定性影响规律,分析在极限稳定状态下肋板形状与肋板面积的内在关系。试验结果表明:肋板形状为上小下大的正立三角形肋板面积最小,其次为上大下小的倒三角形肋板,而矩形时所需的肋板面积最大。相对于矩形肋板,正立三角形肋板的面积节约率均值约为25.5%,底部约束的倒三角形肋板约为12.7%,倒三角形肋板约为6.3%;矩形、正立三角形和底部约束的倒三角形肋板式挡墙均为绕墙趾转动的倾覆破坏模式,倒三角形肋板式挡墙则随肋板间距减小由沿墙底滑移破坏模式转变为倾覆破坏;墙体肋板布置间距由疏至密变化,处于极限稳定状态的肋板式挡墙所需肋板长度呈非线性减小趋势,最终趋于稳定。     

冻结粉细砂与钢板接触面剪切统计损伤模型构建

冻土与结构接触面的损伤分析是解决冻土与结构相互作用问题的关键.以自研大型多功能冻土直剪仪为试验平台,开展不同冻结温度、法向应力、粗糙度条件下人工冻结粉细砂与钢板接触面大型直剪试验,分析不同工况条件下接触面剪应力-剪切位移关系及其变化规律.从岩土材料内部所含缺陷分布的随机性出发,将连续损伤理论和统计强度理论有机结合,构建冻结粉细砂与钢板接触面剪切统计损伤模型,确定模型参数通解.该模型能较好模拟冻土与结构接触面剪切变形中线弹性、应变硬化、应变软化及残余强度等典型特征,能有效考虑冻结温度、法向应力和粗糙度对接触面剪切强度的影响,可为冻土与结构接触面冻结强度预估和数值模拟研究提供基础模型.     

砂土-混凝土接触面剪切带细观变形特征的试验研究

接触面剪切带的细观变形特征是研究结构物与土体相互作用的核心问题。为探明砂土-混凝土接触面剪切带变形特征,利用大型直剪仪开展砂土-混凝土接触面直剪试验,采用灌砂变形标记法实测砂土变形,依据标记线剪应变沿竖向的变化特征对砂土变形区域进行划分。在此基础上,研究粗糙度、法向应力和密实度对砂土-混凝土接触面剪切带细观变形特征的影响规律。研究结果表明：1)砂土可分为非剪切区、过渡区和应变集中区,应变集中区仅存在剪切面之上。2)规则型接触面的上剪切带厚度均值为33D₅₀,远大于下剪切带9D₅₀和“光滑”接触面剪切带厚度20.4D₅₀。3)密实度对剪切带及其过渡区厚度的影响微弱,而粗糙度对其影响显著;法向应力、密实度对应变集中区厚度影响有限,应变集中区厚度随粗糙度的增大近似线性增大;应变集中区长度随粗糙度的增大先增大后减小,随密实度的增大近似线性增大,随法向应力增大而减小。4)随剪切位移增大,上剪切带厚度不断增大而下剪切带厚度先增大后保持基本不变,应变集中区的长度增大,但剪切位移对应变集中区厚度的影响有限。5)获得归一化剪切带厚度取值h...     

重力式水泥土墙在连云港地区海相沉积土基坑支护中的应用

为研究重力式水泥土墙在连云港地区海相沉积土基坑支护中的应用可行性,结合连云港市中华西路西延新建工程基坑支护设计案例,分析重力式水泥土墙在连云港地区海相沉积土基坑支护中的应用。在此基础上重点研究坑内地基处理和不同土层力学指标选取对基坑稳定性的影响。研究结果表明:重力式水泥土墙应用在连云港地区海相软土基坑支护中是可行的,同时基坑稳定性分析计算时可考虑坑内地基处理对基坑稳定性的有利影响,基坑工程设计中淤泥、淤泥质黏土应采用三轴不固结不排水抗剪强度指标,若采用直接剪切强度指标,需对基坑抗滑移系数、整体稳定安全系数容许值放大1.50倍。     

固结比对饱和砂土液化的影响研究

在影响砂土液化的众多因素中，固结比的作用已经引起了广大科研工作者的注意，研究表明这是影响饱和砂土液化的一个重要因素，本文通过动三轴实验，研究了在不同固结比下砂土的液化全过程，分析表明，固结比影响了砂土液化过程中的应力状态，从而造成在不同固结比情况下，砂土的应变，液化强度和孔隙水压力发展出现明显不同。固结比的不同会影响到砂土的液化应力状态，从而造成应变发展的没，固结比为1的实验受拉破坏先于受压破坏，对于其它的固结比，拉压破坏先后顺序与土的特性和孔隙水压力的发展有关。并且，由于因结比大的砂土在动荷载作用下易于达到剪胀，从而应力－应变曲线迅速向稳定形态过渡；随着固结比的增加，导致影响反应剪力出现所需要的动应力也愈大，从而砂土液化强度会有所提高，但是，因固结比增加引起砂土强度的增加的趋势会受到动摩强度的限制，大固结比情况下的砂土进入剪胀较早，因而抑制了砂土残余孔隙压力的积累，影响了极限孔隙水压力的发展，研究表明，固结比愈大，砂土的极限孔隙水压力呈线性下降趋势。     

桩基托梁衡重式挡土墙设计实践

依托深圳市某公路左侧边坡挡墙设计工程,对桩基托梁衡重式挡土墙进行了设计计算.设计计算主要包括墙断面强度验算、破裂角的确定、上墙下墙土压力计算、抗滑稳定性计算以及抗倾覆稳定性计算等几个方面,对类似的工程设计计算有借鉴意义.     

高速公路填砂路基边坡稳定性分析

研究目的：为解决优质路基填料日益匮乏的难题，填砂路基在我国冲积平原缺土富砂地区高等级公路建设中受到重视，其边坡稳定性是填砂路基设计与施工的控制要素之一。基于剪切强度折减法，就影响填砂路基边坡稳定性的各设计参数进行敏感性分析，提出增强填砂路基边坡稳定性措施，为高速公路建设提供依据。研究结论：剪切强度折减法能合理分析填砂路基的边坡稳定性；填砂与地基、包边土的抗剪强度指标（主要指粘聚力c值）数值大小的匹配关系将直接影响到路堤安全系数值，可采取放缓路堤边坡、加强填砂-包边土界面的施工处理与路堤的压实等办法来提高高速公路填砂路基的边坡稳定性。