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。     

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。     

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...     

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.     

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。     

超短钢纤维混凝土压剪破坏机理研究

利用楔形剪切仪对纤维体积含量分别为0,1.5%和3.0%,边长为7.0 cm的立方体试块开展了压剪破坏试验,并从宏观和细微观上对它们的破坏机理进行了分析比较.结果表明,钢纤维混凝土具有明显的抗剪和止裂功效.同时,根据试件的破坏形态,采用了混凝土"双剪强度理论"对试验所得的数据进行分析,建立了超短钢纤维增强混凝土的压剪破坏准则,其结果与试验数据吻合较好.此外,还探讨了混凝土强度指标与纤维体积含量间的关系.     

扁板侧胀试验获取温州软黏土不排水抗剪强度试验研究

相对于其他试验方法,扁板侧胀试验对土体结构的破坏和扰动较小,能更好地反映土的工程地质性质。依托温州市域铁路工程,基于多个试验点的扁板侧胀试验、十字板剪切试验和静力触探的数据,通过多元回归分析,得出扁板侧胀试验参数与十字板剪切试验不排水抗剪强度参数之间具有较好的相关关系,并建立经验关系式,可供勘察设计人员参考使用。     

非饱和地基土蠕变特性试验研究

针对合肥肥东地区非饱和地基土,利用非饱和土固结仪进行控制基质吸力和初始含水率的蠕变试验。研究结果表明:不同基质吸力条件下,非饱和土的变形随时间的变化大致可以分为2个阶段,同时基质吸力的存在对土体具有一定的硬化作用;含水率的增加会同时引起回弹变形和压缩变形,对于研究区的非饱和地基土,其回弹变形大于压缩变形;在不同初始含水率和不同竖向应力作用下,研究区非饱和地基土的蠕变变性特性很小,且24 h等时线都可以近似用3个直线段表达。     

考虑基质吸力下的黄土边坡稳定性研究

降雨入渗使得非饱和黄土含水量增加,基质吸力降低,进而导致边坡稳定性下降。选取某铁路沿线黄土边坡为研究对象,进行了非饱和黄土的基质吸力试验。结果表明,在0~260kPa低吸力范围内,原状黄土土水特征曲线呈指数形式。进而,通过控制基质吸力的三轴试验,测定了非饱和黄土的抗剪强度,结果表明,黄土由饱和至非饱和状态转变时内摩擦角增大,非饱和黄土莫尔库伦破坏包面是一个上翘曲面。在此基础上,运用GeoStud io进行了降雨数值模拟和边坡稳定性分析,结果表明,随着降雨强度的增加和降雨持时的延长,边坡表层孔隙水压力逐渐增加,对应基质吸力持续减小,水头等值线在坡顶和坡脚最为密集;降雨强度越大,持时越长,越不利于边坡稳定。     

高速铁路非饱和路基沉降特性及预测研究

工后沉降的准确预测是高速铁路设计与施工的关键,传统饱和土沉降预测曲线模型在非饱和土路基应用中存在拟合程度低、预测值偏小等问题。通过室内非饱和土一维固结试验分析基质吸力与干密度对非饱和土固结时间的影响规律,验证非饱和土沉降预测模型参数特性;并结合郑西高速铁路、石武高速铁路和秦沈客专典型断面的沉降观测数据,对比分析非饱和土沉降预测模型的适应性。结果表明,基质吸力对非饱和土固结时间有显著影响:固结时间随基质吸力增加呈现先增加后减少的趋势,因此,在一定基质吸力范围内,传统沉降预测曲线方法预测工后沉降存在预测结果偏小的风险;非饱和土沉降预测模型的两个参数与基质吸力分别存在指数与对数关系;应用实例表明非饱和模型具有拟合度较高且偏于安全的优点。