土-混凝土接触面剪切破坏模式分析

通过对红黏土与混凝土结构进行大型直剪实验,对其剪切过程进行数值模拟,分析了红黏土与混凝土结构接触面的破坏形式。试验结果表明:剪应力-剪位移曲线表现为折线型和双曲线型,分别对应于接触面在剪切过程中存在的滑移破坏和弹塑性破坏2种不同形式,随着混凝土表面粗糙度的增大,接触面的剪切破坏由滑移破坏逐渐向在土体内部形成剪切滑动带的破坏过渡。数值分析结果表明:法向应力较小时,剪切破坏形式主要表现为滑移破坏;随着法向应力的增加,逐渐转变为向土体内部形成剪切滑动带的破坏;并且在相同法向应力作用下,随着接触面粗糙度的增加,土体内部形成的剪切滑动带的厚度增加。     

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.     

红黏土—混凝土光滑接触面直剪试验研究

利用大型直剪仪对土—混凝土接触面的应力应变特性进行研究,研究不同法向应力条件下光滑接触面的剪切变形特性,并构建相应的剪切本构模型。试验结果表明:接触面τ-δ关系曲线为峰值型,但是随着法向应力的增大,峰值趋势减缓。光滑接触面剪切破坏强度符合摩尔-库伦破坏强度理论,光滑接触面的黏聚力和摩擦角小于红黏土自身,阐述了接触面破坏的原因。通过对光滑接触面的剪胀(缩)特性研究,发现存在区分剪胀和剪缩的临界法向应力,并给出了计算方法。此外,探讨直剪试验双曲线模型参数的确定方法,求出适合的双曲线参数,通过该模型可以求得一定法向应力范围内任意双曲线模型参数。     

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。     

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...     

高温变温条件下喷射混凝土-花岗岩胶结面剪切强度

选取法向应力、养护初始温度、养护湿度、胶结面粗糙度(JRC)等级4个影响因素,采用正交设计确定并开展25组喷射混凝土与花岗岩不规则胶结面的直剪试验,试件养护采用基于高岩温隧道喷射混凝土温度变化规律的高温变温养护方法。结果表明:法向应力、养护初始温度、养护湿度、胶结面粗糙度均对喷射混凝土与花岗岩不规则胶结面的剪切强度影响明显;各因素对剪切强度影响由强到弱依次为法向应力、养护湿度、养护初始温度、胶结面粗糙度;剪切强度随法向应力和养护湿度的增加而增大,随养护初始温度和胶结面粗糙度的增加先增大后减小;剪切强度计算公式可表示为包含法向应力、温度、湿度、胶结面粗糙度等级的多项式。     

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...     

电气化改造工程接触网基础冻结强度试验研究

研究目的:为保证格拉段电气化改造工程接触网基础的正常工作和长期稳定，需重点研究接触网基础与冻土的冻结强度及其影响因素。本文采用大型应力控制式剪切仪开展多种温度和含水率条件下冻结粉土与混凝土接触面的直剪试验研究。研究结论:(1)接触面剪切应力-位移曲线主要分为弹性变形、塑性变形和滑动破坏三个阶段；(2)接触面抗剪强度与法向应力呈正比，与冻结温度呈反比；(3)当试样含水率低于饱和含水率时，随着含水率的增大，接触面抗剪强度增大，超过饱和含水率时，接触面抗剪强度随含水率的增大略有减小；(4)温度越低，接触面内摩擦角越小，黏聚力越大，黏聚力对接触面冻结强度的作用越突显，接触面黏聚力随含水率的增大先增大后减小，内摩擦角随含水率的增大而减小；(5)本研究成果可为多年冻土区接触网基础的设计提供参考。     

泥皮对花岗岩残积土与结构接触面力学特性影响的试验研究

钻孔灌注桩在铁路桥梁中被广泛采用,但施工中残留泥皮难以避免。利用土工直剪仪对夹有泥皮的花岗岩残积土与混凝土板接触面的力学特性进行试验研究,分析泥皮厚度和含水率对接触面抗剪特性的影响。结果表明:随着泥皮厚度的增大,接触面的抗剪强度下降,接触面土体的剪胀性降低;法向应力越大,接触面抗剪强度降低的幅度越大;泥皮不存在时,接触面的抗剪以摩擦为主,而泥皮存在时,接触面的抗剪作用力以黏聚力为主;增大泥皮含水率和增大法向应力均会导致接触面土体的剪胀性降低,含水率对接触面摩擦角的影响大于对黏聚力的影响。     

刚性与柔性边界下砂离散元三轴试验力学特性对比分析

为更好地从细观角度探究砂的变形破坏规律,对比不同围压加载方式下离散元三轴试验模型的有效性。采用颗粒流软件(PFC),考虑刚性和柔性两种围压加载方式,对不同密实度的HST95砂土试样建立离散元三轴试验,并结合相关室内三轴试验结果,讨论两种围压加载方式下砂土试样的力学特性、变形特性和剪切破坏过程。研究结果表明：柔性围压加载条件下模拟效果更好,且对于相对密实度越大的试样,柔性围压加载方式优于刚性围压加载方式：与室内试验结果相比,柔性围压加载下的应力应变结果误差均在10%以内,刚性围压加载结果误差在7%～53%范围内;30%密实度与70%密实度试样在刚性围压加载下,20%轴向应变时体积应变分别约为室内试验结果的0.6倍和1.1倍,且大剪切应变下试样体积缩小与实际不符。柔性围压加载下两种密实度试样的体积应变误差在1%以内;柔性围压加载下的试样可以更好地还原侧向鼓胀变形下的剪切破坏特征,并揭示剪切带的形成发展过程。     

多工况下墙-砂土界面剪切试验装置研发与试验规律研究

铁路工程中深基坑稳定性对于铁路安全有着重要影响，而其中的关键问题是挡墙结构与土体的相互作用。为进一步揭示不同工况下混凝土挡墙-砂土界面相互作用机制，设计研发多功能界面剪切试验装置并开展墙-砂土界面剪切试验，依据墙-砂土摩擦角变化特征提出“双预警域”基坑稳定性判断方法。结果表明：混凝土挡墙-砂土界面的剪应力-剪切位移曲线呈现显著的非线性变化特征，竖向应力相同时，挡墙粗糙度越大，峰值剪应力越大；主动土压力状态时，不同转动模式下的界面抗剪强度随转动参量增加而先增后减、再趋于平稳，被动土压力状态时则先增后趋于平稳；挡墙粗糙度为I级时，主动土压力状态时绕墙顶转动模式下的抗剪强度最大，而在被动土压力状态时绕墙底转动模式下的抗剪强度最大，且挡墙粗糙度越大，转动模式对抗剪强度的影响越小。基于多工况下墙土界面剪切试验所得界面摩擦角变化规律的“双预警域”基坑稳定性判断方法，可有效提高基坑稳定状态判断的准确性。     

橡胶垫对隧道衬砌管片接触特性的影响试验研究

利用粘贴有橡胶垫的混凝土试件来模拟管片和橡胶垫,通过直剪试验分析了橡胶垫对隧道衬砌管片接触特性的影响。试验结果表明:混凝土与混凝土直接接触时剪切应力随剪切位移变化过程可分为弹性、塑性硬化和理想塑性变形3个阶段;混凝土试件粘贴橡胶垫后,接触面出现明显的软化变形阶段,橡胶垫在混凝土之间起到良好的缓冲作用,可以释放应力,延缓管片的失稳破坏过程。采用Archard非线性摩擦幂次准则描述了两种接触条件下接触面剪切峰值应力与轴向应力的关系,为类似接触问题剪切峰值应力的预估提供依据。     

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...     

膨胀土与结构物接触面的力学特性试验研究

桩周土的性质是影响桩侧摩阻力最直接的决定因素。膨胀土具有吸水软化的特性,膨胀土中桩侧摩阻力的发挥受膨胀土性质的影响很大。通过改进的直剪仪,对12种不同含水量、不同干密度的膨胀土与混凝土块接触面进行直剪试验,研究膨胀土性质对接触面特性的影响。结果表明:膨胀土与混凝土块接触面的剪切曲线均呈加工软化型,其峰值剪应力、残余剪应力符合Mohr-Coulomb准则,因此可将膨胀土与结构物接触面的剪切曲线简化为三折线曲线;接触面切向刚度系数不随垂直压力而变化,但与膨胀土的性质有关,随干密度的增加而增大,随含水量的增加而减小;接触面的强度指标也随干密度的增加而增大,随含水量的增加而降低。     

土工格栅与土体界面摩擦特性试验研究

土工格栅与土体界面摩擦特性指标是加筋土结构设计的关键。基于分析土工格栅与土体的界面摩擦形式,进行了一系列室内筋土界面拉拔试验和直剪摩擦试验,测试了两种试验条件的界面摩擦特性。试验结果表明:土工格栅与砂砾料接触面抗剪强度较高,而与粘土接触面抗剪强度很低。剪切速率对两种试验方法测得的界面摩擦特性指标有不同的影响。随着法向应力的增加或剪切速率的降低,筋土界面剪应力力峰值以及其对应的剪切位移增大。土工格栅的横肋对筋土界面特性具有重要贡献。随着填料压实度的提高,土工格栅加筋效果越明显。     

黄土湿化特性的三轴试验研究

研究目的：本文旨在通过三轴试验，研究黄土湿化应力应变关系、强度特征及影响因素。 研究方法：通过等围压固结湿化试验和三轴剪切湿化试验进行研究。 研究结果：获得不同围压条件下固结湿化变形随时间变化规律，初始含水量、压实度的影响规律；获得不同应力水平下湿化应力应变关系、剪切湿化变形规律以及湿化对强度的影响等成果。 研究结论：（1）湿化变形受初始含水量及压实度的影响很大；（2）湿化条件与不浸水条件下，应力一应变关系均表现为应变硬化特性；（3）剪切湿化体积变形随应力水平的增加而减小，轴向变形随应力水平的增大而增大；在同一应力水平下，体积变形与轴向变形均随平均主应力的增大而减小；（4）湿化不仅降低了黄土的强度，也降低了黄土达到破坏时的应变。     

超固结土三轴率敏性特性及影响因素分析

为建立超固结土的弹黏塑性本构模型并预测其长期变形,研究土体不同应力历史的时间相依变形特性,采用土体率敏性三轴试验,对预加800k Pa有效应力历史的饱和黏土开展不同加载速率下的三轴剪切试验,并通过改变有效围压(50,100,200和400kPa)、细砂含量(占比0%,10%和20%)和加载速率(0.5625%/min,0.037 5%/min和0.002 5%/min)等方式,深入探讨超固结比、黏性以及应变速率对土体变形特征的影响,引入能通过试验测定的应变率参数ρ来表征黏土率敏性大小。试验结果表明:归一化不排水抗剪强度随超固结比(OCR)单调递增;随着OCR的增大,土体剪胀软化越明显;应变速率与土体的抗剪强度呈半对数线性关系;随着含砂的降低,土体的黏性增大,剪胀软化也越明显;率敏性随超固结比的增大而增强,土体黏性越大率敏性就越显著。     

关中地区重塑黄土强度特性三轴试验研究

利用应变控制式真三轴仪对陕西关中地区非饱和重塑黄土进行了固结排水常规三轴剪切试验,研究压实系数和含水率对重塑黄土强度变形特性的影响。研究结果表明:重塑黄土的抗剪强度随着压实系数和围压的增大而增强,应力应变曲线从弱硬化型向强硬化型转变并向应变软化型发展;抗剪强度随含水率的升高而降低,应力应变曲线以应变硬化型为主;压剪破坏形态呈剪胀性,压实系数和含水率越高,剪胀性越明显;压实系数对黏聚力和内摩擦角影响较大,对黏聚力影响尤为明显;含水率对黏聚力影响明显,对内摩擦角影响不大。     

温度影响下透明土-混凝土接触面摩擦力学特性试验研究

基于室内土工试验,针对目前国内外常用的2种透明土材料(熔融石英砂和烘烤石英砂)与混凝土材料之间接触面的摩擦力学特性开展研究,着重分析混凝土温度变化对透明土-混凝土材料接触面摩擦力学特性的影响规律;为了对比分析,开展相同情况下砂土-混凝土材料接触面摩擦力学特性室内试验。研究结果表明,熔融石英砂和烘烤石英砂两种透明土材料-混凝土材料接触面摩擦力学特性与砂土材料-混凝土材料接触面摩擦力学特性相似,说明该2种透明土材料可以较好地模拟天然砂土-混凝土材料接触面特性;温度因素对透明土材料-混凝土材料接触面摩擦力学特性有一定影响,但影响并不明显。     

水粉比对不同类型自密实混凝土剪切变形行为的影响

采用RHM-3000 ICAR混凝土流变仪测试了水粉比对粉体型自密实混凝土、黏度改性剂型自密实混凝土和粉体-黏度改性剂复合型自密实混凝土剪切变形行为的影响,分析了Herschel-Bulkley模型(H-B模型)以及改进Bingham模型对流变曲线的适用性。结果表明:3种自密实混凝土坍落扩展度与含气量接近,屈服应力均随水粉比增大而增大,塑性黏度均随水粉比的增大而减小;自密实混凝土剪切变稠程度随水粉比的增大而降低,并存在由剪切变稠向剪切变稀过渡的临界水粉比;H-B模型和改进Bingham模型均可用于表征自密实混凝土的剪切变形行为,二者具有良好的相关性,但是改进Bingham模型二阶参数与塑性黏度的比值对剪切变形行为的变化更为敏感;黏度改性剂型自密实混凝土剪切变形行为对水粉比的变化最为敏感,粉体型自密实混凝土次之,粉体-黏度改性剂复合型自密实混凝土敏感性最低。