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。     

不同掺土量加筋煤矸石的界面摩擦试验研究

为了获得不同掺土量加筋煤矸石界面摩擦特性,以镀锌覆塑格宾网为筋材,以不同掺土量煤矸石为填料,按最优含水率配制试料,控制94%的压实度制样,进行了大型直剪试验.试验结果表明:加筋煤矸石在界面摩擦区剪应力与剪切位移的关系为非线性的,界面摩擦区的抗剪强度随法向应力增大而增加.掺土量在20%以内的加筋煤矸石,界面摩擦强度参数随掺土量的增加呈现有规律性的变化,界面黏聚力随掺土量的增加先减小后增加,界面内摩擦角随掺土量的增加先增加后减小.加筋煤矸石的强度参数公式用摩尔库伦理论拟合是合适的,其参数公式不仅能反映煤矸石颗粒之间以及煤矸石与筋材之间的黏聚力,而且能获得较好的相关系数.     

不同拦挡距离对滑坡碎屑流冲击效应影响的离散元模拟

通过离散元模拟方法研究了不同拦挡距离对滑坡碎屑流冲击效应的影响。结果表明:不同拦挡距离对碎屑流运动平均速度的影响呈下降趋势,拦挡距离越近,平均速度下降越快,拦挡距离越远,平均速度下降越慢;颗粒开始接触挡板,挡板距离越近,曲线近似于抛物线下降,挡板距离越远,曲线近似于线性下降;不同拦挡距离影响颗粒之间的最大平均接触力,曲线依然呈现先增后减再增再减的趋势;颗粒对挡板的冲击力可近似分为线性增大、持力阶段、线性减小3个阶段,挡板距离增大,线性增大阶段时间和持力阶段时间都有所减少,其中,持力阶段时间减小比线性增大阶段快,说明当建筑物离滑坡距离较近时,建筑设计要考虑最大冲击力以及后续持力阶段的作用效应,当建筑物离滑坡距离较远时,建筑的设计主要考虑最大冲击力对建筑物的影响。     

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。     

废旧轮胎橡胶颗粒掺量对吹填软土抗剪强度的影响

废弃轮胎橡胶颗粒按不同掺量与吹填软土均匀混合,配置成混合土样,进行不同固结压力下的直接剪切试验,得到相应的剪应力与剪切位移的关系,分析了废弃轮胎橡胶颗粒掺量对吹填软土抗剪强度的影响,提出不同掺合比下供参考的抗剪强度指标。结果表明:随着废弃轮胎橡胶颗粒掺量的增加,吹填软土-橡胶颗粒混合土的内摩擦角呈现先减小后增大的趋势;而黏聚力呈现先增大后减小的趋势。但抗剪强度的总趋势是随橡胶颗粒掺量增加而增大,剪切位移达到3~5mm之后,剪切强度基本保持不变。     

负载条件下纤维加筋土单根纤维拉拔特征及性能

为探究负载条件下纤维拉拔特征及性能,通过自制试验仪器,对不同纤维长度(1、2、3、4 cm)和负载应力(100、200、300、400 kPa)条件下的纤维进行了拉拔试验。试验结果表明:(1)负载条件下,纤维拉拔全过程可分为三个阶段:线性阶段、屈服阶段、软化阶段,拉拔过程连续无明显拉拔力突变情况;(2)随着拉拔位移的增加,线性阶段拉拔力线性增加,软化阶段拉拔力线性下降,拉拔力在线性阶段的增长速率显著大于软化阶段的下降速率;(3)线性阶段拉拔力的增长速率受负载应力和纤维长度变化的影响较小,软化阶段拉拔力的下降速率显著受到负载应力和纤维长度的影响,负载应力越大,下降越快,纤维长度越大,下降越慢;(4)峰值拉拔力随着负载应力和纤维长度的增加而增加;纤维-土界面抗剪强度随着负载应力的增加而增加,随着纤维长度的增加而降低。由此可见,纤维在土中的拉拔特征和性能同时受到纤维长度和负载应力的影响,负载应力增强了纤维-土的界面相互作用,纤维长度会削弱纤维-土的界面相互作用。     

高铁堑坡粉质黏土原位强度特性与应力历史效应

针对高速铁路堑坡防护工程不同施工工序中坡体强度参数选取问题,基于原位孔内剪切试验,依托哈佳高速铁路工程,通过成孔后施加不同法向应力水平的固结剪切和先施加较高法向应力(这里称为预加荷载pr)后卸载至某一应力水平再固结剪切等工况下的现场试验,获取堑坡粉质黏土强度特性随荷载施加方式的演化规律.结果表明:粉质黏土原位应力-位移曲线总体上呈弱硬化变形特征;应力历史对粉质黏土的抗剪强度影响显著,主要体现在黏聚力上,预加荷载由0 kPa增加到400 kPa时,土体黏聚力显著增加,增幅在18.7～51.8kPa之间;内摩擦角降幅甚微.粉质黏土的黏聚力和施加预加荷载后的黏聚力增量均与含水率呈线性负相关,但随着含水率的增加,支护荷载存在临界值.黏聚力与预加荷载呈线性正相关,在实际工程中,可根据工程要求达到的安全系数,通过黏聚力和预加荷载的关系反推出所需预加荷载大小,从而为实际工程设计与施工提供借鉴参考.     

冻融作用下氯盐渍土变形与强度特性试验研究

在"一带一路"倡议背景下,盐渍土的冻胀和融沉问题对南疆地区的交通建设及其长期稳定运行产生了不利影响,以喀什-阿图什铁路段盐渍土为研究对象,研究不同含盐量盐渍土在冻融循环作用下的压缩变形和直剪强度特性的变化规律。试验结果表明:相同的含盐量条件下,随着冻融循环次数的增加,试样压缩系数逐渐增大,压缩模量逐渐减小,黏聚力和内摩擦角整体上呈减小趋势;相同冻融次数条件下,随着含盐量的增加,试样压缩系数逐渐增大,压缩模量逐渐减小,黏聚力整体上呈先增后减趋势,摩擦角整体上呈减小趋势;但冻融过程的水分和盐分迁移对直剪试验结果即黏聚力和内摩擦角的演化规律有一定的影响。此研究结果可为南疆地区交通建设提供指导。     

土工格栅拉拔试验及筋材受力特性分析

为了研究土工格栅的筋土界面作用特性与受力变形特征,利用自行研发的土工合成材料拉拔试验装置,对土工格栅进行不同竖向荷载的室内拉拔试验,分析格栅不同嵌固长度处的位移及应变特性,以揭示筋土相互作用的受力机理。结果表明,随着拉拔力的增加,土中格栅受力沿着嵌固长度方向发展,格栅前部分的应变持续明显增大;拉拔力沿格栅嵌固长度对周围土体的影响减少减弱,格栅嵌固长度越大,其相对位移与格栅应变越小;随着竖向荷载的增加,土工格栅的应变总趋势是变小;在拉拔力相对较小时,25 k Pa、50 k Pa和75 k Pa竖向荷载作用下格栅应变发展趋势相近,但随着拉拔力的变大,格栅受到土体摩擦力沿嵌固长度扩展,嵌固长度越大格栅后半段变形越少,末段格栅受力越小。     

具有初始损伤的混凝土动态轴拉力学性能仿真研究

基于瓦拉文公式与蒙特卡罗方法并采用Matlab语言构建了随机骨料数值模型,在损伤断裂理论基础上通过Python编程语言于砂浆界面、骨料与砂浆界面和骨料界面嵌入黏聚力单元,建立了二级配混凝土黏聚力模型用于描述混凝土中裂纹萌生、扩展、演化和贯通全过程.以建立的细观模型为基础,对不同孔隙率以及不同微裂纹密度混凝土试件进行了不同应变速率下的动态拉伸加载,研究了混凝土动态轴拉力学性能.结果表明：混凝土轴拉峰值应力与孔隙率呈明显非线性关系,下降曲线为对数函数趋势,孔隙率增加后其对混凝土轴拉峰值应力削弱程度降低,具有初始孔隙的混凝土动态抗拉强度随应变速率的增加而提高.具有初始微裂纹混凝土随着微裂纹密度的增加其峰值应力下降,且动态轴拉强度同样具有速率效应.     

剪切试验中筋土界面土颗粒运动的细观量测

基于互相关理论,将粒子图像测速(PIV)技术应用到筋土界面直剪试验中,从细观角度来研究试验过程中土颗粒的运动情况.筋土界面的剪切试验分别在法向应力为50和87.5 kPa下进行.通过对一系列试验结果的分析,可以得到:界面附近砂颗粒的水平位移和竖向位移均随着剪切位移的增加而增加,但增加的速率随剪切位移逐渐减小;试验中砂颗粒的水平变位较为明显,但随着距离筋土界面高度的增加,变位的程度有所减弱;试验中界面附近发生变位的砂颗粒范围不超过45 mm,即剪切带的范围大致为45 mm,相当于试验用砂平均粒径的7～9倍.     

海岛地区海水混浆短纤维加筋水泥土的试验特性研究

沿海滩涂围垦区软土常通过纤维加筋水泥土进行固化后加以利用。由于海岛地区缺乏淡水,采用海水作为加筋水泥土的水源具有广泛应用前景。通过实验研究和数值模拟方法揭示了纤维加筋机理。首先基于单纤维拉拔试验,获得了不同龄期下和不同纤维埋置长度下纤维拉拔力与位移关系曲线,表明不同纤维埋置长度下单纤维最大拉拔力随龄期的发展逐渐增加,纤维越长,最大拉拔力越大,但超过10 mm时拉拔力增长幅度减低,说明纤维加筋长度存在一个合理长度;然后建立了单纤维与水泥土基体相互作用的三维有限元模型,完成了不同接触条件下单纤维拉拔数值模拟,并与试验结果进行了对比,研究表明粘性界面接触条件对单纤维与水泥土基体相互作用特性有重要影响。     

NaCl盐溶液制备半水石膏的工艺条件研究

采用常压盐溶液法制备半水石膏。研究在不加转晶剂时盐溶液浓度、反应温度、pH、固液比以及搅拌速度等因素对脱水速率、晶体形貌的影响规律。结果表明:盐浓度越高,二水石膏脱水速率越快,生成的晶体越细小;温度越高,二水石膏脱水速率越快,晶体直径越大;随着pH由小逐渐增大,二水石膏脱水速率呈现先增后减趋势,晶体长度先减小后增加,但总体影响较小;随着固液比增加,二水石膏脱水速率呈现先增后减趋势,晶体直径先增加后减小;随着搅拌速度增强,二水石膏脱水速率呈现先增后减趋势,晶体直径先减小后增加。常压NaCl溶液中制备半水石膏适宜工艺条件为:NaCl溶液浓度15%,pH5～pH7,反应温度95℃,反应时间2～3 h,固液比1∶6,搅拌速度150 r/min。     

压剪作用下地聚物珊瑚混凝土的力学性能研究

为了研究不同压应力比和混凝土强度对地聚物珊瑚混凝土(geopolymer coral concrete, GCC)在压-剪复合作用下力学性能和损伤演变的影响,进行了54个GCC试件的压剪试验,分析了试件的破坏模式、剪切荷载-位移曲线和初始抗弯刚度,并着重分析了剪切承载力的组成及试件的损伤演化规律。结果表明：随着压应力比和混凝土强度增加,剪切强度及位移、初始剪切刚度均有所提高。剪切承载力包括黏聚力、界面摩擦力和骨料咬合力,黏聚力约占剪切承载力的11%～37%,界面摩擦力占比40%～67%,骨料咬合力占比16%～34%;界面摩擦力占比与压应力比呈正相关关系,黏聚力占比则相反。基于分段本构模型,对比试验数据和模型曲线发现两者拟合较好,验证了GCC的损伤本构模型与破坏模式有较高的预测精度。     

滑带土抗剪强度特性的环剪试验研究

以黄土坡滑坡滑带土为研究对象,采用环剪仪研究了天然含水率的滑带土在不同法向应力与剪切速率下的抗剪强度特性。试验结果表明:滑带土的峰值强度和残余强度均随着法向应力的增大而增大,并呈现出较强的线性关系;0.1~10mm/min范围内的剪切速率对滑带土的残余剪切强度影响不明显,变化幅度在±6%以内;但剪切速率越大,滑带土需要更多的变形以达到残余强度;随着剪切速率地增大残余黏聚力不断地减小,残余内摩擦角逐渐地增大,峰值强度及峰值黏聚力、内摩擦角均增大;剪切速率对滑带土的软化特性影响明显,并且较大的剪切速率使得剪切过程中从剪切盒侧壁流失的黏粒与孔隙水增多,因此在进行滑带土排水环剪时,宜采用较小的剪切速率。     

基于冻融作用的固化硫酸盐渍土-混凝土界面力学行为

冻融作用下固化盐渍土强度发生劣化并影响土体与结构的相互作用。鉴于此,开展了不同固化剂对硫酸盐渍土力学特性的影响研究并得知石灰+硅灰双掺改良效果显著;在此基础上,探索了石灰-硅灰双掺固化剂、含盐量、冻融次数等因素对非饱和固化硫酸盐渍土-混凝土接触面力学性能的影响。结果表明,石灰-硅灰固化硫酸盐渍土与混凝土界面内摩擦角随着冻融循环次数的增加先增大后减小再增大,黏聚力随着冻融次数的增加先增加后逐渐减小,接触面抗剪强度随着冻融次数的增加逐渐减小并趋于稳定;在相同的冻融次数下,接触面的内摩擦角及黏聚力均随着含盐量的增大先增大后减小,两者含盐量阈值分别为3%和2%。在本试验范围内,5%石灰+10%硅灰对含盐量为2%～3%的硫酸盐渍土改良效果较好;冻融前后,固化盐渍土-混凝土接触面剪应力-剪切位移曲线分为4个阶段：弹性变形阶段、强化阶段、软化阶段及流动阶段。     

冻融循环下土石混合体-混凝土界面剪切特性及孔隙结构演化特征试验研究

为探明冻融循环下寒区土石混合体-混凝土界面强度劣化机制,首先,通过核磁共振(NMR)分层测试获取界面区孔隙结构演化特征;其次,考虑冻融循环次数、含石率、法向应力的影响开展直剪试验,以探究界面剪切力学特性;同时,基于分形理论定量评价界面区孔隙结构特征;最后,结合界面区孔隙结构演化特征与界面强度劣化规律揭示界面强度劣化机理。研究结果表明：土石混合体层及界面层T₂谱分布均有2个峰值,随冻融次数增加向右发生偏移,反映了冻融过程孔隙结构的演化特性;界面剪切应力-位移曲线表现为应变软化型,界面抗剪强度及黏聚力随冻融次数增加呈现急剧下降、反翘、缓慢下降3个阶段;分形维数随冻融次数的增加呈先增大后减小趋势,随含石率的增加而增大;第1次冻融循环后,界面区土颗粒聚集成较大的团聚体,界面层孔隙体积增大,孔隙复杂程度变大,界面整体性下降,经历5次冻融后,团聚的土颗粒逐渐变脆破碎导致骨架塌落、孔隙体积减小,界面处黏结力增大,称第5次冻融循环为骨架结构变形“分水岭”,之后随冻融次数的增加碎石外部的土颗粒逐渐剥落,界面区孔隙体积增大,界面逐渐脱黏劣化。     

吸力对非饱和高液限黏土-土工织物界面剪切特性的影响

采用ZFY-1A型非饱和土应变控制式直剪仪,对非饱和高液限黏土-土工织物界面进行控制吸力的剪切试验,探讨基质吸力对筋土界面剪切特性的影响.研究结果表明,非饱和高液限黏土-土工织物界面的抗剪强度随着净法向应力、基质吸力的增大而不断提高,剪切位移-剪应力曲线表现出轻微的应变硬化软化特性.剪切过程中有水从试样中排出,净法向应力越大,含水量变化量Δwmax越大,基质吸力越大Δwmax反而越小.界面剪胀角随着基质吸力的增加而增大,随着净法向应力的增加而减小.界面强度随着平均界面剪胀角的增加而增大.最后确定了不同吸力值下的界面强度参数及强度公式.     

土工格栅横肋与砂土接触面的细观试验

利用拉拔模型试验设备,在不同法向压力下进行一系列的拉拔试验,应用数码可视化跟踪技术,结合土体变形无标点量测技术来研究双向土工格栅横肋与砂土界面相互作用的细观特性.以数码可视化跟踪技术跟踪拍摄土工格栅横肋与砂土界面的相互作用过程,并通过量化分析得到界面的运动变化规律.分析结果表明,拉拔试验的似摩擦系数与上部法向应力相关,细观试验表明横肋与砂土接触的上下界面厚度并不一样,上界面厚度大于下界面厚度,横肋上界面运动较为剧烈.细观试验位移应变图显示,横肋刺入的破坏与Jewell提出的计算模式非常相似,但上部区域略大于下部区域,基本验证了Jewell刺入破坏机理.     

网格状带齿加筋砂垫层界面特性的细观机理分析

为了研究网格状带齿加筋砂垫层结构筋土界面的细观作用机理,利用颗粒流程序,采用内置clump方法开发了可模拟砂土性状的椭圆形颗粒,建立了筋土拉拔试验的数值模型.与室内试验结果进行对比,分析了拉拔界面剪切带的演变与荷载传递机理.结果表明:在拉拔过程中,齿筋附近出现应力集中现象;相同的拉拔位移下,带齿加筋砂垫层体中的剪切带厚度明显大于加筋黏土体中的剪切带厚度,且剪切带的形状也发生了明显改变;齿筋的贡献度随拉拔位移的不同而有所差异,且每根齿筋的贡献度也不一致.