考虑界面摩擦和剪切面积变化的直剪试验剪应力修正方法

鉴于已有的直剪试验剪应力修正公式未考虑剪切过程中上下盒未开缝导致的剪切盒与土样间的界面摩擦,开展了铜板-土样界面摩擦试验,获得了饱和状态下的界面摩擦系数为0.2,提出了考虑界面摩擦和剪切面积变化的直剪试验剪应力计算式.评价了直剪试验测定峰值与残余强度的结果表明:1)修正后的剪应力大于修正前的数值;剪应力相对误差随剪切位移增大而增大,最大可达-12.9%;垂直压力越小,剪应力相对误差越大.2)初始密度对峰值强度相对误差影响较为显著,对残余强度相对误差影响不大.3)不同初始密度下,峰值与残余强度有效内摩擦角相对误差均在±5%以内;峰值与残余强度有效凝聚力相对误差变化范围较大,具有更大的不确定性.4)考虑剪应力修正后的峰值和残余强度抗剪强度指标(有效凝聚力与有效内摩擦角)均比修正前值更大,表明采用不考虑剪应力修正的抗剪强度指标偏于安全.     

剪切加荷速率对抗剪强度的影响

直接剪切试验就是直接对试样进行剪切的试验,简称直剪试验,是测定土的抗剪强度的一种常用方法,分别在不同的垂直"压力"下,施加水平剪切力,测得试样破坏时的剪应力,然后根据库仑定律确定土的抗剪强度参数内摩擦角和粘聚力。通过试验来验证剪切加荷速率对抗剪强度的影响。     

硫酸对赤泥改良黄土剪切特性的影响

为了探究硫酸浓度对抗剪强度的影响,通过室内直接剪切试验测试赤泥改良黄土在不同浓度硫酸下的抗剪强度。将电阻率法应用到直剪试验中,分析剪切过程中电阻率和剪应力随剪切位移的变化趋势。同时探讨了硫酸侵蚀下不同垂直压力对电阻率和抗剪强度的影响。结果表明:在不同的硫酸浓度下电阻率随剪切位移的增大快速增大,剪应力随剪切位移的增大而增大;相同浓度硫酸下,随垂直压力的增大电阻率和剪应力都增大。由抗剪强度和垂直压力的线性关系,得到硫酸侵蚀下赤泥改良黄土的抗剪强度指标;分析了抗剪强度与硫酸浓度之间的关系。     

不同含水率花岗岩残积土-格栅界面剪切特性

花岗岩残积土可作为回填土应用于加筋土结构,含水率对结构的稳定性具有重要影响。以广州市增城区花岗岩残积土为研究对象,通过室内大型直剪试验,研究了不同含水率（13%、19%、25%、32%）、竖向应力（50、100、150、200kPa）对花岗岩残积土-格栅界面剪切特性曲线、抗剪强度、体变特性的影响。试验结果表明：含水率为13%、竖向应力为50kPa时,残积土-格栅界面剪应力随着剪切位移的增大先升后降,降幅较小,其余条件下剪应力随着剪切位移的增大而升高;格栅加筋能够缓解花岗岩残积土剪应力达到峰值后大幅降低的剪切软化趋势;筋土界面抗剪强度随着含水率的升高而大幅降低,界面抗剪强度系数整体上随着含水率的升高先增加后降低,含水率为19%和25%时格栅加筋的增强效果最佳;筋土界面黏聚力随着含水率的增加先增大后减小,界面内摩擦角随着含水率的升高而降低;13%、19%含水率下筋土界面在50kPa竖向应力作用下发生了剪胀,其余条件下体积应变以剪缩为主。     

建筑垃圾在高速公路路基填筑中的现场直剪试验研究*

采用一种适用于大颗粒的新型现场直剪试验仪,对建筑垃圾进行了直剪试验,分析建筑垃圾的剪切强度特性。建筑垃圾的现场组分分析结果表明,建筑垃圾主要由碎砖、碎石、混凝土等废料组成。对碾压成型后的建筑垃圾进行筛分试验,分析了建筑垃圾级配,得到了建筑垃圾颗粒破碎的分维。根据现场大型直剪试验结果,得到了不同正应力下剪应力-剪切位移和剪应力-正应力的关系曲线,确定了建筑垃圾剪切强度的峰值和残余值参数,峰值黏聚力和内摩擦角分别为40 kPa和36°,残余黏聚力和内摩擦角分别为23 kPa和32°,相比于普通填土,建筑垃圾的剪切强度较大。     

砂泥岩配合比对钢-土界面剪切特性影响的试验研究

通过控制试样级配、含水率及密实度,研究不同砂泥岩配合比对钢-土接触界面剪切特性的影响。试验设计砂泥岩配合比分别为0∶10、2∶8、4∶6、6∶4、8∶2、10∶0,在法向应力分别为100 kPa、200 kPa、300 kPa、400 kPa条件下观测不同砂泥岩配合比试样的水平位移和竖向位移的变化情况。通过引入含泥量m及摩尔-库伦准则,分析不同含泥量条件下,剪应力与水平位移的关系、抗剪强度以及水平位移与法向位移的关系,得出剪应力随水平位移的增加而增大并趋于稳定,且变化过程主要分为三个阶段:弹性阶段、塑性阶段和破坏阶段;钢-土接触界面的抗剪强度符合摩尔-库伦准则,通过摩尔-库伦准则反算出内摩擦角和界面黏结力,发现随着含泥量逐渐增大,黏结力呈线性增大而内摩擦角呈抛物线递减;法向位移随着含泥量的增加而增大。     

非饱和粉土力学特性的大型直剪试验

以LG-8200M型室内大型直接剪切仪为基础,针对非饱和粉土的抗剪强度及变形特性问题展开实验研究.研究结果表明:(1)低含水质量分数的重塑非饱和粉土试样在高垂直压力下剪切峰值不明显,呈现明显的应变硬化特性,在低垂直压力(0.1 MPa)下剪应力-剪切位移关系存在剪切峰值,达到峰值后曲线趋于平缓.(2)相同含水质量分数的重塑非饱和粉土试样,其剪切面抗剪强度随法向应力的增大而提高,随剪切速率的增大而降低,剪切速率每增加0.4 mm/min,其抗剪强度减少约20%~30%.(3)不同含水质量分数的重塑非饱和粉土试样,其抗剪强度指标(c,φ)随含水质量分数的增大呈现先升高后减小的变化趋势,且含水量超过临界值后,粉土的抗剪强度会急剧衰减,内摩擦角比粘聚力衰减速度更为明显.     

剪切速率及二灰掺量对改良风化砂抗剪指标的影响

以石灰、粉煤灰改良风化砂抗剪强度指标为研究对象,通过对风化砂中掺入不同量、不同比例的二灰,进行室内直接剪切试验,改变剪切速率,得到不同剪切速率及二灰掺量对抗剪强度指标的影响规律.试验研究表明:剪切速率对二灰改良风化砂的粘聚力、内摩擦角有较大影响;在相同的二灰比例下,二灰改良风化砂粘聚力随着剪切速率的增大而增大,内摩擦角随着剪切速率的增大而减小;垂直荷重较大时,抗剪强度随着剪切速率的增大而显著减小,垂直荷重较小时,剪切速率对抗剪强度影响较小;在相同的剪切速率下,风化砂的粘聚力均随着二灰掺量的增加而有显著增大,且剪切速率大的粘聚力增幅要大于剪切速率小的粘聚力增幅.随着二灰掺量的增加,风化砂的内摩擦角会先增大后减小,但总体差别不大.     

红黏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红黏土与混凝土接触面的单向直剪试验,研究不同法向应力与混凝土表面、不同粗糙度条件下接触面的力学特性,对红黏土与混凝土接触面的应力、应变及破坏形式进行分析。研究结果表明:随着接触面粗糙度的增大,接触面的抗剪强度以及残余强度增大,黏聚力增大,内摩擦角减小;在剪切初始,法向位移随着切向位移的增大而减小,表现为剪缩,之后随着切向位移的继续增大,法向位移增大,表现为剪胀,剪胀速率基本相同;在剪缩阶段,剪缩速率随着法向应力或粗糙度的增大而增大;在剪胀阶段,剪胀速率也随着粗糙度的增大而增大,随着法向应力的增大,剪胀速率基本不变。     

粉土在直剪试验中的强度特性研究

通过在不同初始含水率、不同干密度、不同垂直压力条件下的直剪试验.研究重塑粉土强度指标随这些外部因素的变化规律,研究表明,垂直压力、干密度的增大时提高重塑粉土峰值强度作用明显,随初始含水率增加,重塑粉土土体峰值强度的剪切位移增加,而峰值强度、黏聚力、内摩擦角都有先增大后减小的趋势.     

直剪条件下钙质砂强度及颗粒破碎

钙质砂的主要成分是碳酸钙,由于其特殊成因,钙质砂具有孔隙特征。为了深入研究粒径、含水率及剪切速率对钙质砂强度及颗粒破碎特性的影响,本文在不同粒径、含水率和剪切速率等因素下对钙质砂进行直剪试验。试验结果表明：(1) 钙质砂的抗剪强度与内摩擦角与粒径之间存在正相关的关系,小粒径(<1.0 mm)情况下,粒径和竖向压力不再是影响颗粒破碎的主要因素,大粒径(>1.0 mm)情况下, 颗粒破碎程度出现剧增现象,粒间咬合和约束的存在是此现象的主要原因。(2)粒间水膜和颗粒损伤的存在,导致钙质砂的内摩擦角随着含水率的升高逐渐减小,含水率和内摩擦角之间呈指数函数关系。相对破碎随着含水率的升高先减小后增大。(3)颗粒在剪切过程中存在翻滚现象,但过大的剪切速率会使得颗粒直接从中间位置剪切,钙质砂的内摩擦角随着剪切速率的增大呈现先增大后减小再增大的现象,相对破碎则是随着剪切速率的增大呈现先减小后增大的趋势。     

压实膨胀土饱和抗剪强度的变动性

饱和抗剪强度是工程设计的基本指标与描述非饱和抗剪强度的基准,然而其具有一定变动性,为探讨变动规律,在四联直剪仪上对6种制样压实度下的荆门弱膨胀土开展一维无荷载膨胀-固结-慢剪试验,将其结果与不同水化状态下的三轴试验数据对比.结果表明:相同应力状态下孔隙比状态的差别是造成该变动性的主因;先期应力历史与水化状态的差别导致相同应力状态下孔隙比状态的差异.水化状态为浸水膨胀稳定(膨胀势完全释放)后的饱和状态时,有效黏聚力随孔隙比增大规律性降低,有效内摩擦角对孔隙比并不敏感.水化状态为膨胀势未完全释放的饱和状态时,有效内摩擦角显著高于浸水膨胀稳定后的相应值,原因是膨胀势引发的剪胀效应造成的剪切抗力提高,反映于有效内摩擦角的增大.浸水膨胀稳定后有效内摩擦角是低且稳定的,相关工程应用及描述非饱和抗剪强度时,建议选取浸水膨胀稳定后的饱和抗剪强度参数作为相应指标.     

粗砂与结构物接触面的剪切特性试验研究

利用同济大学研制的大型多功能界面剪切仪,对粗砂与结构物的剪切变形特性进行研究.采用在剪切盒内灌注彩色砂条的方法研究剪切带的空间分布特性.结果表明,彩色砂条的变形可以反映剪切带厚度和空间分布.剪切带厚度为6～11 mm,厚度随着法向应力的增加呈增加的趋势;剪切带厚度在空间上的分布呈现出不均匀性,在剪切方向(X轴方向)上呈现中间大两端小的趋势,在垂直剪切方向(Y轴方向)上离散性较小、分布近似均匀.剪切板凹槽的约束作用,使得凹槽内的砂土颗粒带动附近砂土颗粒运动,从而形成剪切带.土体的剪胀特性是由于剪切带内砂土的变形导致的,剪切初始时剪胀速率较快,达到抗剪强度后剪胀速率减慢.     

夯实高饱和度地基土的强度特性

运用改进的非饱和土三轴仪,对某地税大楼强夯后高饱和度地基土进行了控制吸力条件下的固结排水剪切实验.实验结果表明,基质吸力对非饱和土的强度特性有重要影响,抗剪强度参数有效内聚力和有效内摩擦角都与吸力呈良好的线性关系.随吸力增加,有效内聚力呈线性增加,而有效内摩擦角则相应地减小.在实验吸力的范围内,有效内聚力受吸力的影响比有效内摩擦角更明显.而实验土的破坏包线并不是平面,它随净平均应力和吸力的增高而呈收敛状,说明对这种高饱和度击实粉土,当围压加至300kPa以上时,吸力对强度的增长不再明显,此时围压将起主导作用.     

剪切速率对黄土力学性质及邓肯 张参数的影响

为探究加载速率对原状黄土强度和变形特性及其邓肯-张模型参数的影响,采用SLB-1型三轴剪切渗透试验仪,开展原状黄土在不同围压和剪切速率下的不固结不排水三轴剪切试验,并通过微观试验验证其宏观力学性质。结果表明：在试验参数设定范围内,剪切速率对原状黄土的力学性能有显著影响,不同剪切速率下原状黄土的偏应力－应变关系基本符合双曲线关系;初始变形模量随围压的增大而增大,随剪切速率的增大呈现先增大后减小的规律,原状黄土的黏聚力c、无因次基数K、应力破坏比Rf和破坏强度与剪切速率之间存在明显的临界剪切速率转折点1.7 mm?min-1,此时各参数均达到最大值,无因次指数n无明显规律可循;当剪切速率小于此临界值时,黏聚力c、无因次基数K、应力破坏比Rf和破坏强度随着剪切速率的增大而增大,当超过剪切速率临界值时又有一定程度的降低,总体上呈现先增大后减小的规律,而内摩擦角随着剪切速率的增大而逐渐增大且增大幅度甚微;试样的偏应力－应变曲线无明显的峰值点,呈应变硬化型;通过拟合曲线,得到了原状黄土试样的抗剪强度指标和破坏强度与不同剪切速率之间的拟合公式,以期更好地研究剪切速率的变化对西宁原状黄土力学性能的影响。     

含甲烷水合物松散沉积物的力学特性

通过含甲烷水合物松散沉积物三轴测试,首次基于临界状态原理探讨水合物沉积物发生应变软化、硬化破坏形式的机制,重点分析各强度参数变化规律及其对破坏模式的敏感性。结果表明:三轴剪切试验过程中沉积物破坏模式受有效围压、水合物饱和度等因素共同控制;破坏模式对峰值强度、起始屈服强度、起始屈服模量、内聚力、内摩擦角等参数的影响较小;不同破坏模式条件下水合物沉积物切线模量、峰值剪切模量等参数变化规律完全不同,其计算模型须在不同破坏模式框架内分别分析,而不能忽略破坏模式的影响建立笼统的水合物沉积物强度参数计算模型。     

干湿循环条件下秸秆灰渣改良膨胀土试验研究

膨胀土是遇水较为敏感的特殊土,所以研究膨胀土在干湿循环条件下的抗剪强度特征非常重要,尤其是对改良膨胀土的研究更有实际的工程意义。通过室内直接剪切试验,研究了膨胀土及秸秆灰渣改良土的抗剪强度特征。试验证明,膨胀土的抗剪强度随着灰渣含量的增加而增加,在灰渣含量为17%时强度及黏聚力达到最大值;而改良土的内摩擦角随着灰渣含量的增加而增加,同时改良土强度随着竖向力及养护龄期的增加而线性提高;干湿循环试验证明,膨胀土随着秸秆灰渣含量的增加抗剪强度衰减程度逐渐减小,试样的抗剪强度在第1次干湿循环时衰减较大;4次干湿循环后膨胀土黏聚力从37.0kpa,衰减到4.0 k Pa,内摩擦角衰减范围是28.3~11.64,17%秸秆灰渣改良土黏聚力衰减范围是74.16~57.43,内摩擦角衰减范围是46.05~42.25;直接剪切试验表明17%秸秆灰渣改良土为最佳配比。     

预留缝宽度对大理岩直剪试验结果的影响

在岩石直剪试验过程中,上下剪切盒（夹具）之间往往需预留一定宽度的缝隙,但预留缝隙的宽度值没有明确的规定。本文采用相同直径、不同高度的大理岩试样进行直剪试验,研究了上下剪切盒预留缝宽度对岩石抗剪强度和破坏特征的影响。试验结果表明：同一法向应力下,随着试验预留缝宽度的增加,试样剪切断裂面的正视图由一条近似直线逐渐变成三段近似直线构成的折线,剪切断裂面由水平曲面逐渐变为倾斜曲面,主导试样破坏的应力由剪应力逐渐变为拉应力;在同一法向应力下,试验预留缝宽度越大,测得的峰值抗剪强度值越小;随着预留缝宽度的增加,直剪试验获得的试样黏聚力整体上呈增加趋势,但变化不大,较为平稳,而内摩擦角则逐渐减小,且变化明显,幅度较大。试验预留缝宽度的取值对试验获得的抗剪强度、黏聚力、内摩擦角均存在影响,因此目前情况下在岩石直剪试验中应尽量减小预留缝宽度,而预留缝宽度的定量取值尚需开展进一步的研究。     

含泥量与含水率对三峡库区花岗岩风化砂细集料抗剪强度的影响

为了研究含泥量和含水率的变化对三峡库区花岗岩细集料强度特性的影响,通过控制含泥量和含水率的变化,采用四联式电动直剪仪在四个不同垂直应力下进行16组直剪试验。结果表明：花岗岩风化砂细集料抗剪强度随含水率和含泥量的增加表现为不同程度的减小;细集料的内摩擦角随含泥量的增大而减小,当含水率为15%时,含水率对内摩擦角不再具有明显的影响;而黏聚力随含泥量的增大而增加,随含水量的增大而减小。花岗岩风化砂细集料的内摩擦角 在20.9°～24.9°之间变化,黏聚力 值6.4 kPa ～21.3kPa之间变化。研究结果可为三峡库区地基或路基工程作参考。