关于土与土工合成材料界面的试验研究

根据近几年来在土与土工合成材料界面摩擦特性研究方面取得的一些进展 ,特别是国外的研究进展 ,总结了关于试验设备、研究内容和方法以及取得的有规律性的成果 .对学术界有争议的问题进行了分析和讨论 ,为进一步的研究提出了看法 .土与土工合成材料接触面摩擦特性的试验研究工作对于我国土工合成材料的应用研究具有重要意义 ,有利于弄清土与土工合成材料之间相互作用的机理 ,同时为土工合成材料工程应用提供设计参数     

模拟不同形态土-岩界面的直剪试验

土-岩界面具有特殊的工程地质性质,为了研究土-岩界面的剪切特性,在实验室制备了若干不同形态接触面和不同材料性质的圆盘试样,开展室内直剪试验,并对剪切破坏面的颗粒分布和接触面剪切本构模型进行分析。研究表明:接触面的应力-应变曲线呈现出弹塑性变化特点,利用指数型接触面摩擦本构模型,可以较好地反映剪切过程中接触面的应力-应变关系;剪切面颗粒在剪切过程中发生了破碎和移动,颗粒破碎所需的力大于移动所需的力,宏观上表现为抗剪强度的差异,颗粒重新分布及接触面闭合共同作用导致试样的法向变形;低法向荷载下,接触面强度低于两侧材料强度,随着法向荷载增大,接触面强度逐渐增大,其残余强度值位于两侧材料强度之间。     

含水率和冻融循环对筋土界面剪切特性的影响

制作了一套可实现温度控制的筋土界面直剪试验设备。为了研究含水率、界面温度、冻融循环次数对筋土界面剪切特性的影响,开展11组土工格栅-砂土界面直剪试验。研究结果表明,筋土界面的黏聚力和摩擦角均随含水率的增加而减小,当含水率提高时,筋土间的抗剪强度减弱。加筋可显著提高冻土的抗剪强度,当界面温度为-10℃时,土工格栅-砂土界面剪应力峰值较冻结后砂土的剪应力增加了约20%。筋土界面剪应力随着界面温度的降低而增大,当界面温度在0℃以下时,剪应力较大且剪应力-剪切位移曲线会出现峰值强度和残余强度,而在无冻结情况下,筋土界面剪应力稳定值基本相同。冻融循环后筋土界面的抗剪强度减小,筋土界面的黏聚力和摩擦角均随着冻融循环次数的增加而减小,但在4次冻融循环后趋于稳定。研究成果可为冻土地区土工格栅加筋土结构的设计和应用提供理论依据。     

不同袋内材料对土工袋单元体静动力剪切特性的影响

为了进一步研究不同袋内填充材料对土工袋单元体在静动力作用下剪切特性的影响,采用室内大型剪切系统对不同袋内填充材料土工袋单元体进行了一系列单剪试验和循环剪切试验。结果表明：土工袋单元体表现出的剪切变形规律基本符合摩尔-库仑屈服准则,其抗剪强度主要由土工袋表面张力和袋内土体颗粒之间的摩擦力共同提供;不同袋内填充材料对土工袋单元体的剪切变形特性有一定的影响,相对于壤土土工袋、碎石土工袋,天然河砂土工袋单元体的抗剪强度、阻尼消能效果与抵抗变形的能力均相对更好,因此从抗剪强度及减振消能特性的角度看,实际减隔震工程中采用河砂装填是一个较好的选择。     

蠕变作用对土工格栅加筋土界面特性影响的研究

为了研究土工格栅的蠕变特性对加筋土界面特性的影响,采用蠕变试验设备及大型直剪试验装置,以两种常用的双向土工格栅为研究对象开展加筋土界面特性试验研究,分析了蠕变作用对土工格栅加筋土的筋土界面工作性能的影响规律。试验结果表明,与纯砂相比,土工格栅加筋后试样内摩擦角变化较小、黏聚力增大,土体的抗剪强度提高;与未蠕变土工格栅加筋砂土相比,蠕变后的土工格栅黏聚力降低,且蠕变加载等级越高,黏聚力下降越多;蠕变加载等级为极限荷载的40%时,土工格栅加筋土的黏聚力下降约30%。在同样的加载等级下,初始抗拉强度较低土工格栅的蠕变变形较初始抗拉强度较高的土工格栅蠕变应变略小。     

双向和三向土工格栅筋土界面特性对比试验研究

以双向土工格栅SS20和三向土工格栅TX160为对象,通过开展室内直剪试验和拉拔试验,并对拉拔试验中土工格栅试样4个断面的位移进行量测,研究了SS20和TX160的变形及筋土界面特性,对比分析了SS20和TX160方案的筋土界面剪应力发挥过程和作用机制、土工格栅变形、筋土界面剪胀(缩)特性和强度参数,同时探讨了试验方法对试验结果的影响.研究结果表明:拉拔试验中,TX160的筋土相互作用集中在拉拔端附近,而SS20沿试样全长均能较好地发挥其作用;相比于SS20,增大竖向压力可以更好地增强TX160与周围填料颗粒的相互作用;SS20方案的峰值摩擦角和残余摩擦角均大于TX160方案,但黏聚力刚好相反;竖向压力对直剪试验和拉拔试验所得筋土界面强度参数均有明显影响,实际工程应用中应根据土工格栅的实际应力状态确定合理的试验竖向压力.     

砼-土界面抗剪特性试验研究

利用改进的直剪装置对砂岩泥岩混合土料和不同粗糙表面的混凝土块进行直剪试验,观察土料变形特征,探究不同的界面粗糙度对砼-土界面剪切特性的影响。通过简化应力应变关系曲线的方法得出计算参数,利用峰值剪应力得出接触面抗剪性能,分析切向刚度系数k的意义。通过观察可以证实土体的基本变形阶段和破坏变形阶段的过程,即达到峰值剪应力前的基本变形过程,之后的破坏变形过程。结合试验现象对两个阶段的土体摩擦过程进行分析,即土体与结构物接触面的摩擦过程和土体与残余在结构物上的土体的摩擦过程。     

土工合成材料加筋土结构的蠕变耐久性研究

在对土工合成材料无约束条件下的蠕变规律和蠕变时的应力-应变-时间关系进行研究的基础上,结合加筋土结构内筋材的受力特点,建立加筋土结构内筋材蠕变伸长量和最大应变的计算方法;根据筋材蠕变对加筋土结构功能和安全性的影响,提出土工合成材料加筋土结构的蠕变耐久性评估的筋材应变控制准则和结构侧向变形控制准则,并提出相应的耐久性预测方法,最后通过实例分析验证了方法的可行性.     

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。     

土工合成材料工程特性试验研究

通过室内试验 ,对相同种类和不相同种类土工合成材料的物理力学特性、渗透特性、反滤特性和加筋特性等工程特性进行了试验研究 .结果表明 ,土工合成材料的质量性能差异较大 ,根据工程使用的情况不同 ,应该选择不同的土工合成材料 .在工程施工中 ,应根据当地的土壤特性和工程要求 ,严格按设计、规范要求进行选择材料 .     

影响剪切梁层间失效模型的参数分析

用剪切梁层间失效模型来分析地震的发生并考虑关键参数的变化对模型的影响。将岩体简化为弹塑性竖向夹层粘结在一起的剪切粱，考虑了侧压力沿竖向的变化；分析了岩体的位移和应力分布规律，建立了地震发生的条件，得到了层间裂纹产生及其扩展受材料特性等参数影响的变化规律。应力分布和弹性断裂理论所得值相比没有那样的奇异性，但比弹塑性分析所得值有更高的应力集中，比较符合岩石工程的实际。     

循环加载对钢筋混凝土梁抗剪性能影响研究

腹板斜向裂缝是钢筋混凝土梁中出现最多的裂缝形式之一,尤其是承受振动荷载的结构构件．目前循环荷载作用下构件抗剪承载力的试验较少,为此,在19根钢筋混凝土梁抗剪试验的基础上．分析了循环加载损伤对斜裂缝宽度和斜截面承载力的影响,试验主要变化参数为配筋率、剪跨比、循环荷载次数．研究表明：随着循环荷载次数增加,钢筋混凝土梁斜截面承载力显著降低,斜裂缝宽度明显增大．基于试验数据和采用不同规范计算值进行对比研究．给出了循环荷载作用下钢筋混凝土梁斜截面承载力损伤折减系数．该计算方法与现行规范计算分析有较好的结合．便于在工程实际中应用,为损伤后的钢筋混凝土梁斜截面承载力的评估提供了依据．     

足尺钢骨混凝土剪力墙抗震性能试验研究

为探究不同剪跨比下钢骨对足尺剪力墙结构抗震性能的影响,设计了一种适用于超高层建筑物的钢骨栓钉混凝土剪力墙形式,进行2个足尺钢骨混凝土剪力墙和2个钢筋混凝土剪力墙的低周往复荷载试验,对比分析试件的滞回曲线、刚度退化、耗能能力等抗震性能指标。研究表明:剪力墙试件剪跨比较大时,试件发生弯曲破坏;剪跨比较小时,试件发生剪切破坏。相较于钢筋混凝土剪力墙试件,钢骨的加入,减缓了试件裂缝的发展,降低了试件破坏程度,剪力墙试件的承载力、变形能力、延性、整体刚度和耗能能力都得到提高。剪跨比较小的剪力墙试件承载力更大,初始刚度、耗能能力明显增强,但延性较低。钢骨、栓钉、混凝土协同工作能力良好。     

冻土直剪仪多功能改进与试验研究

为从更多角度、更准确进行冻土接触面力学性能试验研究,对原冻土直剪仪进行多功能改进完善:对温度采集、位移测量、冻土盒装卸等装置进行改进,使冻土直剪仪能更好地满足冻土接触面力学性能试验要求;在原冻土直剪仪基础平台上集成冻土接触面冻结强度试验、冻土界面层力学特性试验模块,满足多功能试验要求;新功能开发采用模块化设计,注重各功能模块的兼容性和功能切换的方便性。试验结果表明改进后的冻土直剪仪能满足冻土接触面冻结强度、接触界面层力学特性等多功能试验要求,试验数据稳定可靠。     

膨胀土-混凝土界面剪切特性研究及界面系数修正

为对不同含水率下与不同法向应力下的膨胀性土的界面抗剪强度-界面剪切位移曲线进行分析,通过设计室内膨胀土-混凝土界面直剪试验,研究各含水率对膨胀土-混凝土界面各力学性质的影响。结果表明：不同含水率条件下的应力应变曲线均无应变软化现象,基本符合应变硬化模型;含水率的增长,对界面抗剪强度有较为明显的劣化影响,应力应变曲线的峰值也随之愈发滞后;同一含水率的界面抗剪强度与法向应力较好地符合摩尔-库伦强度准则,随着含水率的逐渐增长,界面抗剪强度也呈现递减态势;界面黏聚力先呈增长态势,后呈逐渐减小态势;界面等效剪切模量呈现下降趋势,同时通过微观角度对界面黏聚力和界面内摩擦角引起的界面强度变化规律进行了机理性的分析。界面内摩擦角则随着含水率增加逐渐地呈现反比例函数降低态势,引入界面摩擦系数,进一步细致分析界面摩擦力学性质,同时修正了界面黏聚力和法向应力对界面摩擦带来的较大影响,针对于浅层边坡土体与桩基础的摩擦估算,考虑到法向荷载对于界面摩擦系数影响较为合理。     

非饱和土与混凝土界面摩擦特性试验

首先制备出具有不同孔隙比条件的土样,采用自制的灌注装置在土样上现浇混凝土,待混凝土硬化后先对土样进行饱和．然后再置人装有高进气值陶土板的压力板仪中,控制压制时间制成具有不同含水率的混凝土一非饱和土试样．最后将具有不同含水率的混凝土一非饱和土试样置入直剪仪中进行剪切试验,探讨土样含水率对界面摩擦剪切强度及极限剪切位移的影...     

水泥土泥皮下土与结构接触面的单剪特性

采用大型单剪仪进行粗粒土与混凝土接触面在水泥土泥皮(粘土中掺入水泥)条件下的剪切试验,揭示泥皮条件下接触面的力学特性与机理.试验结果表明,峰值强度以及剪胀发生所对应的位置与法向应力大小有关,峰值强度所对应的剪应变滞后于产生剪胀的位置.剪切破坏时,在同一高度处,法向应力越大,切向位移也越大;同样的法向应力及高度处,切向位移随水泥含量的提高而增大.以单剪试验为原型,采用颗粒流模拟程序PFC建立水泥土泥皮条件下粗粒土与混凝土接触面的单剪模型,通过对接触面试验试样内部特征点在剪切过程中运动状态的追踪,分析了土体的扰动高度及其主要影响因素.研究发现,扰动高度与粗粒土的最大粒径、法向应力以及粗糙程度(有无泥皮)等有关.对粗粒土,靠近结构面3～4倍最大粒径的区域内土颗粒切向位移明显,形成明显的剪切错动带,因此,建议该剪切错动带厚度为有厚度接触面单元厚度.