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33D_(50),远大于下剪切带9D_(50)和“光滑”接触面剪切带厚度20.4D_(50)。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_(t)/D_(50)与D_(50)的关系,在有限元模拟规则型结构与砂土的相互作用时,建议砂土体细化网格单元的范围不小于最大剪切带厚度37D_(50)。研究成果深化了砂土-规则型接触面剪切带变形特征的认识,可为大粗糙度、带肋桩的承载变形特性的精细化有限元模拟分析提供重要参考和依据。

基于大型直剪试验的重塑花岗岩残积土剪切特性研究

以福建省永安地区花岗岩残积土为研究对象,借助大型直剪仪,综合考虑含水率和干密度等因素,设计并开展花岗岩残积土重塑土样的大型直剪试验。试验结果表明:重塑花岗岩残积土的剪切应力总体上随着轴向压力的增加,而增加;同时其剪切应力-位移曲线形态与发展趋势复杂,部分试样表现出应变硬化特征,但部分试样也存在明显的应变软化现象;含水率和干密度显著影响重塑花岗岩残积土的抗剪强度参数,重塑花岗岩残积土的内摩擦角和黏聚力随含水率的增加呈现先增加后减小的趋势,同时又随干密度的增加近似呈线性增加。研究成果有助于深化花岗岩残积土剪切特性的认识和理解。

大型现场室内两用直剪仪研制(II):试验测试

利用新近研制的大型现场室内两用直剪仪,对两种不同性质的砂样进行了剪切试验。在对干砂的直接剪切试验特性进行综述的基础上,从多方面对该大型直剪仪得出的干砂剪切试验数据进行了分析验证,结果表明该大型直剪仪得出的试验数据一致性好、可靠性较高,说明该大型直剪仪的基本剪切性能稳定,可进一步应用于相关岩土材料的试验研究。

大型原位直剪试验设备改进研制与应用

大型原位直剪试验的试样尺寸大,对土体扰动小,是获取岩土体强度参数的有效方法。中国科学院武汉岩土力学研究所在参考室内、现场两用大型直剪仪后,又改进研制了一套大型原位剪切设备。与传统原位直剪设备不同,该设备采用上、下两个刚性剪切盒,可完成尺寸为50 cm×50 cm×41 cm,最大粒径为5 cm的原位土体试样的剪切试验。该直剪设备组装方便,采用高精度传感器可自动采集数据,更适合于复杂的现场试验环境。介绍了该设备的结构组成、工作原理、技术优点。结合实例详细介绍了大型原位直剪试验的试验方法及注意事项。将此大型原位直剪设备应用于向家坝库区两个滑坡现场试验,得到了滑坡滑带、滑体的原位抗剪强度参数,分析了不同试样大型原位直剪试验剪切曲线的特点,进一步论证了该直剪设备的优良工作性能。

不同含石量条件下堆积体抗剪强度特性的大型直剪试验研究

由土石混合介质组成的堆积体边坡在中国有着广泛的分布,尤其是库区巨型、大型松散堆积体边坡的变形及稳定性更是水电工程建设中极为关注的问题。针对该类边坡物质组成和结构的复杂多变性,选择三峡库区典型堆积体边坡进行现场调查和取样,通过室内大型直剪试验,系统地研究了含石量对堆积体剪应力-位移曲线和抗剪强度的影响规律。含石量对土石混合介质堆积体的强度和变形特性具有控制作用,随着含石量的变化,堆积体剪应力-位移关系曲线可拟合为指数模型、双曲线模型和应变软化介质模型3种形式;随着含石量的增加,堆积体抗剪强度逐渐增大;黏聚力随含石量的增加呈现出先增大后减小的趋势,即存在一个临界含石量约为60%,黏聚力-含石量变化曲线为二次多项式形式;内摩擦角与含石量关系呈现一直增大趋势,其变化曲线近似为指数形式。

土工格栅–土体界面特性大型直剪试验研究

土工格栅与土体的界面特性直接影响了加筋土工程的安全和稳定性,土工格栅两侧为不同材料的界面特性研究还较少。采用双向土工格栅为加筋材料,对其两侧分别为不同含水率粉质黏土及不同粒径石英砂的界面特性开展一系列的大型室内直剪试验,分析法向应力、粉质黏土含水率、剪切速率、石英砂粒径及粉质黏土压实系数等因素对土工格栅–土体界面抗剪强度的影响。结果表明:土工格栅–土体界面抗剪强度与法向应力呈线性相关,符合莫尔–库仑理论;粉质黏土含水率的变化对土工格栅–土体界面抗剪强度有较大的影响,在最优含水率时其界面抗剪强度指标最高;剪切速率的大小和石英砂的粒径变化对土工格栅–土体界面的抗剪强度有一定的影响,其影响范围分别在±10%和±7%内;粉质黏土压实度的增加能有效增加界面抗剪强度,压实系数越高,其提高幅度越大。这些影响应在工程应用中适当考虑。

寒区高速铁路路基粗颗粒填料大型直剪试验研究

为研究寒区高铁路基粗颗粒填料直剪特性,本文进行高压实度状态下级配碎石和A组土在不同垂直压力、含水率和温度条件下的直剪试验。由于粗料含量影响,试验中的粗颗粒填料抗剪强度主要决定于粗料、细料之间的共同作用。粗颗粒土冻结强度由土中已冻结孔隙冰、颗粒间的黏聚力和咬合力、粗细颗粒本身强度共同贡献。试验结果表明:非冻结和冻结状态下的粗颗粒土剪切应力-剪切位移曲线从应变软化逐渐向应变硬化过渡;试样垂直压力、冻前含水率和温度明显影响粗颗粒填料的抗剪强度及其指标。垂直压力增大,粗颗粒土抗剪强度明显提高。在冻结状态下,随着含水率增大、温度降低,粗颗粒土抗剪强度和C值逐渐增大,内摩擦角变小。由于细颗粒和粗颗粒间的共同作用更强,与A组土相比,级配碎石在冻结和非冻结状态下抗剪强度及其指标有相似的变化规律,但有更大的C值和内摩擦角。

考虑粗糙度影响的不同土与混凝土界面大型直剪试验研究

土与结构接触界面的力学特性对于土体与结构相互作用系统的研究具有重要意义,结构周围土体性质与结构表面粗糙度是影响接触面力学性质的重要因素。为研究结构表面粗糙度对不同土体与结构接触面的剪切力学特性的影响,采用大型直剪试验仪进行了3种土体(红黏土、砂土与碎石土)与混凝土接触面剪切试验。通过在混凝土表面预制不同数量的规则半圆型凹槽来改变表面粗糙度,并采用灌砂法对混凝土表面粗糙度进行定量评价,研究粗糙度对不同类型接触面的剪切应力与剪切位移曲线以及强度参数的影响。结果表明:土体类型对接触面的剪切应力与剪切位移曲线形态具有较大的影响,红黏土与混凝土接触面剪切曲线表现为剪切软化型,砂土与混凝土接触面剪切曲线表现出理想弹塑性特征,碎石土与混凝土接触面剪切曲线主要表现为应变硬化型。粗糙度对接触面的剪切强度有着显著的影响,不同土体与混凝土接触面的剪切强度随粗糙度的增大均有明显提高,但法向应力的增大会弱化粗糙度对接触面剪切强度的影响。不同粗糙度条件下接触面的剪切强度与法向应力之间均存在着良好的线性关系,表明接触面的剪切破坏符合摩尔-库伦准则。粗糙度的增大能显著提高接触面的表观黏聚力,但对接触面内摩擦角的影响较小。

粗粒土颗粒破碎大型直剪试验研究

颗粒破碎是粗粒土的基本属性。随着高土石坝的陆续兴建,高应力下粗粒土的颗粒破碎特征成为人们研究的一个重要方面。通过对不同粒径粗粒土试样的大型直剪试验,研究了高法向应力下粗粒土的颗粒破碎规律,并对接触面剪应力-剪位移关系进行了分析。结果表明:随着法向应力增加,颗粒破碎率增加;相同法向应力下,粒径越大,破碎率越大;级配越良好,破碎率越小;颗粒破碎主要形成次一级粒径。

基于大型直剪试验的强风化粗粒料剪胀特性试验研究

剪胀性是岩土材料的重要特性之一,为研究不同工况条件下粗粒料室内大型直剪试验中的剪胀特性,采用新型室内大型直剪仪对3组不同含水率、4组不同剪切速率、5组不同含砾率等3种不同影响因素的试样进行了室内大型直剪试验,分析了剪切时试样的垂直位移与水平剪切位移及垂直应力的关系。试验结果表明:在保持其他影响因素相同条件下,垂直应力的增加导致相同水平剪切位移对应的剪缩量增加;试样的最大剪缩量随着含水率的增加有一定程度的增大,而随着剪切速率的增加而减小;含砾率低于30%试样的最大剪缩量较含砾超过于30%试样的剪缩量大很多,最大剪缩量差别为3倍。当试样含砾率小于50%时,由于试样中富含细颗粒的影响,使得应力-应变曲线具有应变软化属性以及剪胀性趋于一固定值。峰值强度前的应力比-位移增量关系采用非线性的二次项拟合比线性关系的拟合度更好,认为Matsuoka提出的二维剪胀公式不适用于粗粒料,将其修正成二次多项式并给出试验中的经验参数μ的取值区间。

黄土天然节理大型直剪试验研究

黄土节理的抗剪强度及变形规律对工程稳定性有重要影响,但目前对此的研究尚不充分.为此本次研究首先采集了黄土天然垂直节理土样,然后采用室内大型直剪试验方法,研究了黄土天然节理的剪切强度及变形性质,最后与小型直剪试验结果进行对比,得到了尺寸效应对黄土节理剪切强度的影响规律.结果发现,大型直剪试验得到黄土节理剪切峰值内摩擦角为47.37°,小型直剪试验值为35.17°;黄土节理直剪试验存在尺寸效应,试样尺寸主要影响节理面起伏度对剪切强度的贡献,尺寸越大,其剪切强度也越大;法向应力较小时,初始剪切刚度较大,应力-应变曲线存在峰值;法向应力较大时,初始剪切刚度较小,应力-应变曲线无峰值,剪切强度随应变增大而增大,最终趋于稳定.

某水电站坝基岩体结构面室内大型直剪试验研究

岩体结构面的抗剪强度是表征岩体强度的一项重要参数,但由于原位试验受场地等诸多因素影响,难以大规模的开展,本文提出在室内用结构面大型剪切试验开展结构面的剪切特性研究,以某水电站坝基砂岩岩体中的硬性结构面为研究对象,取得了较好的成果。试验表明:结构面的多组剪切变形曲线具有一定的应变硬化的特征;达到峰值剪切强度时的剪切位移普遍较大,在8.9mm^44.5mm之间;砂岩中硬性结构面光滑面的“基本摩擦角”为31.4°,结构面“平均起伏角”为6.3°。

土工合成材料直剪与拉拔联合试验仪的研制

介绍一种用于土工合成材料直剪和拉拔试验仪器的制作原理,试验测定结果表明:仪器结构简单,操作方便,是研究土与土工合成材料相互作用的良好仪器。

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。

基于大型直剪试验的高炉矿渣粉煤灰混合料力学特性研究

依托包钢新体系2 250mm热轧车间的地基处理工程对混合料的力学特性进行研究;借助大型直剪仪对不同围压和含水率的混合料进行直剪试验,分析了混合料在不同条件下的抗剪强度、力学参数以及从混合料剪切"翻滚-跳跃"现象的角度对相应的剪应力-剪切位移关系曲线上下波动情况进行分析;通过线性回归分析得到含水率与粘结力和内摩擦角的关系曲线。结果表明:当含水率相同时,随着法向应力的增加,混合料的抗剪强度峰值逐渐增大;相同法向应力作用下,随着含水率的增加,混合料的抗剪强度逐渐降低;随着含水率的增加,粘结力和内摩擦角逐渐降低,并且含水率的变化对粘结力的影响程度较内摩擦角大;当剪切位移处于试样长度的1/60～1/10时,剪切"翻滚-跳跃"现象最为明显,相应的剪应力-剪切位移曲线所出现的上下波动幅度也最大。

垃圾焚烧炉渣混合土大型直剪试验研究

底渣为城市生活垃圾焚烧后的产物,具有砂性材料的性质,可作为路基的填料。为研究其抗剪性能,将其与黏土进行混合,分别在两种压实度和4种黏土含量下进行室内大型直剪试验。试验结果得到了8种底渣混合土的黏聚力和内摩擦角。试验结果表明:1压实后的底渣具有良好的抗剪性能,随着底渣含量的增加,底渣混合土的抗剪强度增加,黏聚力下降,内摩擦角增加;2随着压实度的增加,底渣的抗剪性能增加,黏聚力明显增加,内摩擦角有所下降。

南水北调中线工程膨胀岩现场大型直剪试验

为了全面准确地反映南水北调中线工程膨胀岩的原位特性,对其总干渠沙河南—漳河南渠段的两处典型地段,在地质勘探和室内中型直剪试验的基础上,进行了现场膨胀岩大型直剪试验,对试验成果进行了分析论证,认为现场大型直剪试验试样尺寸小、扰动性小、所代表的岩体范围广,其成果能反映岩体的原位特性。建议:禹州太和渠段抗剪强度指标取c=20 kPa、φ=22.7°;宝丰岭湾渠段抗剪强度指标取c=10 kPa、φ=15.6°。

随钻跟管桩桩-土接触面作用机制大型直剪试验研究

随钻跟管桩(DPC桩)是一种新型工程桩,其设计方法在工程实践中已得到应用。但是研究现状表明,关于DPC侧摩阻力方面仍有几个关键问题需要专门研究:多个界面导致的结构层破坏模式不清楚、注浆加固机制有待明确和侧阻力参数的精确性有待加强。针对上述问题,开展了DPC桩-土接触面作用机制和破坏模式的大型直剪试验研究。选用粉质黏性土与中密砂土作为代表桩周土,共完成了14组DPC桩-土接触面大型剪切试验,包括8组未注浆及6组注浆试验。基于试验结果,明确了破坏面位于注浆体-土体层的破坏模式;采用线性Mohr-Coulomb强度理论获得了注浆前后接触面剪切强度参数;将试验结果进行了对比,通过对比,揭示了注浆加固机制。试验成果加深了实践中DPC桩设计与施工的理解。

含粗颗粒花岗岩残积土大型直剪试验研究

花岗岩由于风化不完全,所以其砾石颗粒含量一般较高,颗粒直径从几厘米到数米不等,直径较大的颗粒通常演化成风动石、石碑等自然景观。粗颗粒含量对土体的强度变形特性以及颗粒破碎有一定的影响。本文利用大型直剪仪,对福州地区花岗岩残积土进行不同粗颗粒含量下的大型直剪试验,并且对每次试验前后进行颗分试验,以研究剪切过程颗粒破碎的影响。试验结果表明:混合土体在不同的竖向压力下,均表现出应变硬化特征;当粗颗粒含量较大(P 5≥30%)、竖向压力较高(σ=300 kPa、400 kPa)时,应力应变曲线没有出现峰值;随着粗颗粒含量的增加,花岗岩残积土的粘聚力c呈现先减小后增加的趋势,转折点在P 5=30%,而内摩擦角φ则一直呈现上升的趋势;粗粒土颗粒破碎率与粗颗粒含量和竖向压力皆呈正相关关系,但是竖向压力和粗颗粒含量较低时,粗颗粒之间互相接触的作用力没有达到粗颗粒承载极限值,颗粒破碎现象不明显。