粉土混凝土界面与粉土剪切对比试验研究

采用自制的大型直剪仪开展不同含水量条件下黄泛区粉土-混凝土界面剪切及粉土直剪试验,研究不同含水量下粉土-混凝土界面及粉土剪切力学特性。试验结果表明:粉土-混凝土界面和粉土直剪的剪切应力-剪切位移曲线均为应变硬化型;粉土直剪的剪缩变形明显大于界面剪切结果;相同条件下,粉土-混凝土界面的剪切强度大于粉土的直剪强度,随着含水量的增大,粉土-混凝土界面与粉土剪切强度的差异逐渐减小,粉土趋近饱和时,两者强度基本相同;粉土直剪破坏时的剪切位移大于界面剪切破坏时的剪切位移;粉土直剪的黏聚力和界面黏聚力、摩擦角随含水量的增大均近似呈线性减小趋势,粉土直剪的内摩擦角随含水量增加呈现先缓慢后加速减小的变化趋势。

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。

SH波不同入射方位下沥青混凝土心墙土石坝响应特性及安全评价研究

地震波空间斜入射下沥青混凝土心墙和坝体的破坏模式及安全评价的研究存在较大不足。考虑SH波入射方位角的空间任意性,基于波场叠加原理构建了地基边界上的非一致自由场,建立了SH波三维空间斜入射下的波动输入方法;基于试验结果建立了沥青混凝土瞬时抗拉强度随应变速率变化的经验公式,提出了依据瞬时拉应力和瞬时抗拉强度判别单元抗拉破坏的心墙安全评价方法;分析了入射方位角对过渡料与心墙之间的位错、心墙应力的影响规律,开展了坝体单元抗剪破坏评价,明确了不同入射方位下心墙和坝体的抗震薄弱部位。结果表明:地震波振动方向平行于水流向是过渡料位错、心墙拉应力和坝体局部动剪切破坏的最不利激振方位。与振动方向平行于坝轴向相比,振动方向平行于水流向时过渡料水平向脱开和竖直位错分别增大19.25倍和2.19倍,心墙最大拉应力增加1.8倍,上游坝坡单元发生动剪切破坏的深度加深。相对本文提出的心墙抗拉破坏判别方法,传统判别方法会导致心墙的破坏程度被高估。

土体与混凝土界面剪切特性试验研究

为研究土体与混凝土两者之间的相互作用机制,通过大型直剪仪,对不同土体、法向应力及含水率条件下,土-混凝土界面的剪切特性进行了一系列试验研究。研究结果表明:对于砂土、淤泥及砂质泥岩,土-混凝土界面的抗剪强度呈现出随法向应力增大而增大、随含水率增大而降低的特性;砂-混凝土界面的内摩擦角和黏聚力受含水率影响不明显;随含水率提高,淤泥、砂质泥岩与混凝土界面的内摩擦角显著降低,黏聚力先升高再降低。研究成果可为不同土体的侧摩阻力分析提供参考。

冻融作用下土石混合体-混凝土界面强度劣化、孔隙结构演化及颗粒运移研究

土石混合体-混凝土界面在寒区工程广泛分布,其界面处颗粒骨架受冻融影响塌陷、重组,极易诱发界面强度劣化,是影响寒区工程安全运营的难题。解析冻融影响下界面的强度行为,揭示界面强度与孔隙结构和颗粒骨架的互馈效应,是解决此难题的关键。开展土石混合体-混凝土界面室内直剪试验,借助NMR分层测试及PFC数值模拟,获取界面区抗剪强度参数及孔隙结构演化特性,明晰界面颗粒旋转运移特征;基于分形维数理论,定量评价界面孔隙结构变化,阐释冻融下界面强度劣化机理。即强度骤降阶段界面处土石颗粒受冻胀挤压,其有序排列被打乱,联结、互锁作用弱化,此时孔隙体积、分形维数均增大,界面整体性下降;反翘阶段界面处大块土颗粒分裂重组、骨架塌落,形成块石为核、黏土在外覆盖的包裹体结构,孔隙内部复杂程度降低导致抗剪强度小幅提升;随冻融次数增加,碎石外土颗粒剥落,界面区孔隙体积及颗粒旋转量缓慢增大,界面逐渐脱黏劣化。研究成果对工程构筑物孕灾机制具有指导价值。

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T_(2)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。

SV波空间斜入射下沥青混凝土心墙响应特性及抗拉破坏评价研究

地震波空间斜入射下沥青混凝土心墙响应和动态抗拉破坏研究存在较大不足。考虑SV波入射方位角和斜入射角的空间任意性,基于波场叠加原理构建了地基边界上非一致自由场,建立了SV波空间斜入射波动输入方法。基于试验结果建立了沥青混凝土瞬时抗拉强度随应变速率变化的经验公式,提出了依据瞬时拉应力和瞬时抗拉强度判别心墙单元抗拉破坏的新方法。分析了入射方位角、斜入射角对沥青混凝土心墙加速度、应力空间分布的影响规律,揭示了空间斜入射相对垂直入射造成心墙局部拉应力激增导致心墙破坏机理,论证了传统静态强度判别方法相对本文方法对心墙破坏判别的误差,明确了不同入射方式下心墙抗拉破坏区分布特征。结果表明:与垂直入射相比,空间斜入射下心墙水流向、坝轴向和竖向加速度最大增加54%,9.2倍和5.2倍,心墙拉应力最大增加14.2倍,忽略空间斜入射,会严重低估心墙加速度和应力响应。入射方向越偏向坝轴向且斜入射角越大,心墙迎波侧更容易发生拉裂破坏;传统静态强度判别方法,会造成心墙较大的拉裂破坏判别误差。

任意料在纳达水库沥青混凝土心墙土石坝中的应用研究

纳达水库为沥青混凝土心墙土石坝,坝壳料采用全断面土、石混合料筑坝,属国内近百米级坝壳料采用任意料筑坝的先例。针对坝壳料采用任意料的特点,主要介绍了沥青混凝土心墙土石坝在合理利用土、石混合任意料,渗流控制,坝坡稳定及坝体变形控制等方面的设计成果,相关成果可供设计人员参考。

纳达水库沥青混凝土心墙混合土石坝设计

纳达水库大坝为沥青混凝土心墙混合土石坝,为了充分利用开挖弃渣料,设计对坝体断面进行了合理分区,有效地解决了沥青混凝土心墙与坝体填筑料之间的变形协调问题。针对土、石混合坝壳料无明确的压实填筑标准,设计提出了级配分析结合现场试验、填筑标准及施工工艺控制的综合控制方法,解决了采用现行规范设计控制标准不适用本工程的质量控制和评价问题。纳达水库沥青混凝土心墙坝坝壳料采用全断面土、石混合料筑坝,属国内近百米级坝壳料采用任意料筑坝的先例,该大坝的建成蓄水为后续类似工程提供借鉴。

膨胀剂和纤维对土石坝面板混凝土抗裂性能影响

为提升土石坝面板混凝土的抗裂性能,提出利用钙矾石膨胀剂和聚丙烯纤维对面板混凝土进行改良,并对其进行试验研究。结果表明钙矾石膨胀剂对混凝土具有稀释和膨胀效应,生成的大量钙矾石晶体会导致混凝土结构疏松,强度降低,同时也能减小混凝土的自生收缩和干燥收缩变形;聚丙烯纤维具有很强的约束和桥接效应,可以提升混凝土强度,对于混凝土自生收缩和干燥收缩也有一定的抑制作用;钙矾石膨胀剂和聚丙烯纤维具有良好的协同效应,两者复掺时,混凝土早期表现为膨胀状态,干燥收缩变形可降低25.5%,抗开裂比达到55%;复掺CSA+聚丙烯纤维的面板混凝土拥有更多的细长针状结构,更有利于形成三维网状骨架结构,起到良好的约束效应。

土与混凝土接触面反向剪切单剪试验

土与混凝土接触面的力学行为是土与结构共同作用研究中的一个主要课题。进行了17%、20%、24%共3组含水率的土与混凝土接触面正反向单剪试验,每组试验分别考虑5个法向应力和4个正向剪切比。试验结果表明,在正向剪切比和含水率一定时,接触面反向剪切破坏仍遵循摩尔-库仑破坏准则。当正向剪切比为0.50、0.75、1.00时,对应反向剪切强度分别为各自正向初始强度的90%、75%、55%,对应的反向剪切黏聚力约为初始正向剪切黏聚力的95%、80%、54%,反向剪切摩擦角约为初始正向剪切摩擦角的90%、76%、57%。试验结果可供相关工程数值分析参考。

不同含水率状态下黏性土-混凝土界面剪切特性室内试验研究

利用青岛理工大学自行研制的恒刚度直剪仪,完成了18%、20%、25%、28%共4组不同含水率黏性土与混凝土大型直剪试验,重点对不同含水率和法向应力下剪应力—剪切位移关系曲线进行分析,探讨了含水率的变化对黏性土与混凝土界面力学特性的影响规律。试验结果表明：黏性土与混凝土界面的剪应力—剪切位移关系曲线受到含水率变化的影响。当含水率较高时,界面剪应力达到峰值后剪切变形表现为典型的弹塑性变形;当含水率较低时,界面剪应力—剪切位移关系曲线呈现出折线型关系。界面抗剪强度随含水率的增大而减小,但抗剪强度与法向应力始终保持线性关系,黏聚力受临界含水率25%左右的影响,小于临界含水率时,黏聚力随含水率的增大而增大,大于临界含水率后,黏聚力随含水率的增大而减小;摩擦系数受含水率的影响较小,变化幅度仅为5.5%。

砂土与硫酸腐蚀混凝土接触面剪切试验研究

为了研究酸腐蚀作用对桩-土接触面剪切特性的影响,利用大型多功能界面剪切仪,进行了砂土与被硫酸加速腐蚀0、31、93、154 d的混凝土板之间接触面剪切试验,量测了不同腐蚀时间的混凝土与砂土接触面的剪切应力和剪切位移关系。研究结果表明:砂土与硫酸腐蚀混凝土接触面剪切应力与剪切位移符合双曲线模型,接触面剪切破坏符合摩尔-库仑准则。随着腐蚀时间的增加,接触面黏聚力减小,摩擦角、剪切强度以及达到峰值剪切应力所需的剪切位移增大,接触面的破坏趋向于土体自身剪切破坏。取未腐蚀混凝土与砂土接触面达到峰值剪应力时的剪切位移为基准,对该位移对应的不同腐蚀时间下混凝土与砂土接触面的剪切应力进行对比分析,发现腐蚀5个月后的剪切应力要小于未腐蚀时的剪切应力。按双曲线模型对试验测得的接触面剪切应力和剪切位移关系进行了拟合,获得了该模型中的参数,为进一步进行数值模拟提供参考。

岩-土-混凝土破坏准则及其强度参数估算

简述了岩-土-混凝土材料的破坏准则。在柔性桩复合地基、主动和(或)被动侧土体加固基坑、重力式挡墙边坡和滑坡等进行数值模拟工作中,岩-土-混凝土的强度参数估算是必不可少的环节。在二维应力和三维应力状态分别与莫尔-库仑斜直线和莫尔抛物线破坏准则组合成的4种情况下,推导出求岩、土、混凝土结构的粘聚力、内摩擦角及其单轴抗拉和抗压强度公式,最后进行误差分析。该研究结果具有重要的理论意义和工程应用价值。

土与混凝土接触面反向单剪本构模型

土与混凝土接触面的反向剪切性质是土木工程中一个重要的课题。根据接触面反向单剪试验结果,定量分析了正向剪切历史对不同含水率接触面反向抗剪强度、摩擦角、黏聚力等因素的影响,给出了相关的经验公式。提出了接触面临界正向剪切比的概念。根据改进的应力应变方程,建立了接触面正反向剪切模量公式,其包含了10个土体参数,均可通过接触面试验求得。确定了该公式中各参数的取值方法,推荐了初步的取值范围。进行了不同正向剪切比情况下的接触面剪切应力应变模拟,得到良好的模拟效果。研究成果可供相关的工程设计参考。

黄土地区土与混凝土接触界面大型直剪试验研究

通过改进的大型直剪仪进行粘土自身、粘土与混凝土4个含水率3个密度共64个试样的剪切试验。研究黄土地区土与混凝土接触界面抗剪强度随土体含水率以及土体密度变化规律,得到了不同密度土体在不同含水率不同正应力下土与混凝土接触界面的剪切应力应变曲线。由曲线可知土与混凝土接触界面的抗剪强度随土体含水率的增大均呈下降趋势、随土体密度增大呈增大趋势,表明土与混凝土接触界面的抗剪强度、摩擦角、粘聚力等力学参数与土体含水率以及土体密度密切相关。

深厚覆盖层上沥青混凝土心墙土石坝的应力变形特征

由于深厚覆盖层具有一定的可压缩性,修建在其上的沥青混凝土心墙坝坝体会发生沉降,且最大沉降位于距坝顶2/3坝高处;受坝体的影响,坝基深厚覆盖层也会向上、下游发生水平位移;沥青混凝土心墙存在明显的应力拱效应,蓄水后减弱。以在120 m深覆盖层上修建坝高100 m沥青混凝土心墙坝的有限元分析为例,探讨了沥青混凝土心墙土石坝在深厚覆盖层上的应力变形特性。

碾压式沥青混凝土防渗心墙施工模拟试验

新疆某碾压式沥青混凝土心墙土石坝所处地区属于亚热带大陆性气候,夏季高温干旱,冬季严寒,昼夜温差大。为克服地区环境不利因素,根据室内试验数据,进行了沥青混凝土的室外碾压试验,确定了生产性施工技术指标,同时验证了其配合比的实用性,以保证施工质量和施工进度。

冻结作用下粉土-混凝土接触面抗拉强度试验研究

为探究冻结作用下土与结构接触面抗拉强度的影响因素及变化规律,开展了冻结状态下多种含水率、温度及干密度的粉土-混凝土接触面抗拉强度正交试验研究。试验结果表明:在试验温度下,粉土-混凝土接触面的冻结抗拉强度约为饱和黄土的1/10,粉质黏土的1/10~1/7;含水率对接触面的冻结抗拉强度影响最大,其次是温度、干密度;在试验含水率范围内,接触面的冻结抗拉强度与含水率正相关;温度降低会增大接触面冻结抗拉强度,在-2℃至-6℃,冻结抗拉强度迅速增长,在-6℃以后,冻结抗拉强度的增长速率显著减小。结果证明:低温、高含水率、低干密度条件下,接触面冻结抗拉强度达到最佳;三种因素对接触面冻结抗拉强度具有不同的影响程度,其中含水率、温度影响显著,干密度影响不显著;在试验含水率区间内,接触面冻结抗拉强度随含水率增长呈线性增长态势,且含水率、温度之间存在交互作用;随温度降低,存在一临界负温,接触面冻结抗拉强度由迅速增长转为缓慢增长。

在温度应力作用下薄壁混凝土墙分段长度计算的探讨

薄壁混凝土墙在使用中会产生竖向温度裂缝。温度裂缝的出现与混凝土墙长度、高度、降温幅度及混凝土的强度有关。文章对此进行了分析探讨 。