不同桩-土界面摩擦系数对水平荷载下大直径单桩变形特性影响研究

为研究不同桩-土界面摩擦系数对水平荷载下大直径单桩变形特性的影响,根据现场试验及室内循环剪切试验结果,采用Abaqus软件及可考虑软土软化效应的本构模型进行数值模拟。结果表明:提高桩-土界面摩擦系数可在一定程度上减少桩顶位移,其减少程度与桩土相对位移呈正相关。桩-土界面摩擦系数变化区间为0.1~0.5,在水平静载作用下,桩-土界面摩擦系数对桩顶位移的影响随荷载的增大而增大,随桩径的增大而减小。水平循环荷载作用下,桩-土界面摩擦系数对桩顶位移及桩周土体软化程度的影响随荷载峰值、荷载频率、循环次数的增大而增大,桩顶位移减小值最大可达25.85%,桩周土体软化程度最大可达17%。

上覆层填料物理力学特性对复合衬垫界面剪切特性影响研究

采用改进ZLB-1型三联流变直剪仪研究了填料特性对复合衬垫界面剪切特性的影响,得到上覆层填料不同物理力学特性在不同法向应力下的剪切应力-位移曲线。结果表明,黏土与砂土均出现了位移软化现象,且随含砂率增加,位移软化现象更明显;土工膜-钠基膨润土垫界面在复合衬垫界面中摩擦系数最低,且饱和状态下界面摩擦系数明显低于非饱和状态下界面摩擦系数。含砂率增加,复合衬垫界面间似黏聚力降低,似摩擦角先降低后增加再降低;含水率增加,似黏聚力和似摩擦角均先增大后减小。

颗粒级配和表面纹理对饱和砂-钢界面剪切强度的影响

钢桩和钢制吸力基础广泛应用于海洋工程,土体与基础结构界面力学特性决定着其承载能力。通过饱和砂-钢界面排水剪切试验,揭示了颗粒级配、表面纹理和法向边界条件对界面剪切特性的影响规律。研究表明:由于颗粒剪切方式和孔隙水压力消散方式的不同,常法向应力(CNL)下剪应力-位移曲线出现明显的应变软化现象。变法向应力(VNL)下,界面剪切强度随法向应力的增大不断提高。对于光滑和凸起构造,界面摩擦角随不均匀系数C_(u)的增加基本呈线性增长。对于凹槽构造,界面摩擦角随C_(u)的增加而减小。饱和砂-粗糙度钢板界面剪切效能的发挥受水的影响显著,砂与钢板之间水膜的存在减弱了砂颗粒和钢界面的摩擦,使得界面摩擦性能不能完全发挥。

膨润土浆压力对顶管界面摩擦的影响

顶管技术的主要技术难题是顶管距离,它直接取决于管道与土壤之间的摩擦。进行顶管施工时时要注入膨润土,以减少管道与土壤之间的摩擦。为了研究膨润土压力对摩擦效率的影响,设计了一种模拟顶管施工过程的实验装置。为了验证试验方法,将试验结果与几个实际工程中顶管与土壤之间的摩擦测量结果进行了比较。结果表明,实验室模型试验能够成功模拟实际情况下顶管与土壤间的摩擦。在不恒定注入压力的情况下注入对照膨润土,界面摩擦系数比不注入膨润土的情况下降了一半。当膨润土在恒压作用下,界面摩擦系数降低到土体与混凝土管界面摩擦系数的10%左右。

界面摩擦及地基刚度对箱形通道受力影响研究

为探究通道与土体间的界面摩擦系数以及地基刚度对装配式箱形通道受力的影响,考虑土与结构的相互作用,建立二维有限元模型,并针对不同填土高度进行分析。研究表明:随着界面摩擦系数的提高,通道顶部土压力逐渐减小,当顶部土压力的减小程度小于摩擦力的增大程度时,基底应力表现出增大现象;反之,基底应力表现出减小现象;界面摩擦系数对结构最大弯矩影响较小,对结构最大轴力影响较大;摩擦系数为0.4~0.9时,前者变化幅度最大为3.2%,后者变化幅度最大为26.8%;随着地基刚度的增加,基底应力集中现象越来越明显;地基刚度对结构最大弯矩影响较大,对结构最大轴力影响较小;地基刚度为45~109 MPa/m时,前者变化幅度最大为43.7%,后者变化幅度最大为17.7%。实际工程中,地基刚度需综合考虑地基承载力和结构内力的要求,无需过分追求增加地基刚度。

考虑率效应的低应力下黏土-钢界面剪切试验研究

管-土界面的摩擦特性对海底管道在位稳定性影响极大。软黏土在我国海域分布广泛,为探究管-黏土在低应力时的界面剪切特性,自主研发了一套可以考虑低应力、率效应的界面剪切设备,并开展了一系列黏土-钢界面剪切试验,着重分析了法向应力和剪切速率对黏土-钢界面剪切行为的影响。试验结果表明,界面峰值剪应力和残余剪应力均随着法向应力的增大而增大;界面峰值剪应力和残余剪应力均随着剪切速率的增大而降低;剪切速率最大时的界面峰值摩擦角和残余摩擦角均小于试验土体内摩擦角,剪切破坏发生在界面上而非土体内部。本文探明了低应力下法向应力和剪切速率对黏土-钢界面强度的影响规律,可为海底管道设计提供参考。

轮胎胎面与柔性路面摩擦接触的数值分析

应用有限元软件ANASYS建立了包括橡胶胎面和柔性路面结构的有限元模型,探讨了车辆处于自由滚动和紧急制动过程中在不同轮胎/路面界面摩擦系数下的胎面、路表的变形特性和接触应力分布状态。研究结果表明,界面摩擦系数是影响胎面与柔性路面摩擦性能的主要原因,随其值的增加路面弯沉减小,摩擦应力先增加然后保持稳定,但轮胎的磨耗增加,接触压应力增加。适当地丰富路表构造、提高界面摩擦系数能降低路面弯沉,增强紧急制动状态下的抗滑性能;但是当摩擦系数超过某临界值时,随其数值的增大所对应制动状态下的抗滑性能不再提高,且路面压应力明显增加。摩擦特性对路表抗滑性能和路面力学响应的研究提供了一定的理论基础。

相对密实度对沉贯中吸力基础桶壁–砂土界面力学特性的影响

吸力基础是一种系泊海洋浮动平台及固定海上风电塔架的基础形式。吸力基础在砂土中吸力贯入时,沉贯阻力主要由内外壁摩阻力组成。吸力基础沉贯过程中基础–土体界面力学特性决定侧壁摩阻力的大小。开展界面剪切试验,研究了相对密实度及沉贯深度对吸力基础–砂土界面沉贯过程中相互作用的影响。结果表明:吸力基础–砂土界面剪应力随剪切位移增加,呈现出软化特征;随砂土密实程度的增加,界面摩擦系数、界面峰值强度和相对应的剪切位移逐渐增大;但上述参数随沉贯深度的增加先减小后逐渐增大。研究工况条件下,界面摩擦系数量值处于0.2~0.34。根据试验结果,得到了不同沉贯深度处基础桶壁摩阻力,基础侧壁摩阻力–贯入深度之间关系可用指数函数表示;内外壁摩阻力随砂土密实程度增加逐渐增大,外壁摩阻力增长幅度较内壁摩阻力更加明显,外壁摩阻力最大值是相同沉贯深度处内壁摩阻力的2.1倍。界面剪切试验中,砂土发生明显挤出现象,砂土挤出主要发生在剪切初期,对应剪切位移较小,可用于揭示吸力基础沉贯过程中,由于桶壁贯入造成的砂土置换侧向挤出现象。界面剪切过程中砂土颗粒发生破碎,填充至砂土颗粒间孔隙中,导致土体试样高度下降,砂土呈现出“剪缩”现象。发现界面摩擦角与土体内摩擦角之比随土体密实程度的增加逐渐降低。研究内容有助于准确得到沉贯摩阻力和沉贯所需吸力,确保吸力基础沉贯至预定位置。

复合土工织物软体排布与土层的摩擦试验研究

1引言复合土工织物软体排布是由丙纶编织布、无纺土工布和丙纶加筋带编织而成的膜袋，与岸坡坡面接触的为无纺土工布。膜袋内灌装砂后整体拖铺于水下、覆盖河槽坡面上，其上抛石压重。膜袋保护着河槽岸坡土体，改善了河槽岸坡的抗冲刷性能，这种方法施工简单，不需围堰、支模和断流。为固定铺设于岸坡上的复合土工织物软体排布，

废旧轮胎条与格栅加筋土剪切性能对比研究

废旧轮胎在岩土工程中加筋的应用,与土工合成材料加筋原理比较相似。通过大型土工合成材料直剪仪,对废旧轮胎条与双向格栅、三向格栅加筋土剪切性能进行对比研究。试验结果表明:三种筋材的界面摩擦系数比均小于1,其中废旧轮胎条的界面摩擦系数比达到0.98,与素土界面摩擦系数最接近;三种筋材的加筋效果均较为显著,抗剪强度明显增大;不同加筋土内摩擦角与素土内摩擦角接近,但黏聚力显著提高,废旧轮胎条、双向格栅及三向格栅加筋土黏聚力增幅分别为24%、36%和60%;三种筋材加筋效果系数均随垂压增大而减小,相对于双向、三向格栅而言,废旧轮胎条加筋效果系数对垂压变化不太敏感。因此,在垂压变化较大的情况下,废旧轮胎条用作筋材优势较大。

钢塑土工格栅在土石混合料中的拉拔试验研究

整体钢塑土工格栅在筋土界面相互作用中具备卓越的加筋摩擦镶嵌咬合性能,因而在加筋土结构中得到了较为广泛的应用。拉拔试验被认为能较好地反映加筋材料在填筑土体中的界面特性。通过钢塑土工格栅在土石混合料中的拉拔试验,测定了钢塑土工格栅与不同土石比例混合填筑料之间的界面摩擦系数、界面似摩擦角,得出当混合填筑料全部为石渣料时,其界面似摩擦系数(界面似摩擦角)最大;天然状态下,界面似摩擦系数为0.81,界面似摩擦角为39.0°;饱和状态下,界面似摩擦系数为0.63,界面似摩擦角为32.2°。分析了上覆压力、含水量及混合填筑料中土石比例对界面摩擦系数、界面似摩擦角的影响程度,得出混合填筑料的界面似摩擦系数、界面似摩擦角均随着上覆垂直荷载的增大而减小;在石渣料含量一定时,随着含水量的增加,界面似摩擦系数(界面似摩擦角)降低;在填料含水量一定时,随着石渣料含量的增大,界面似摩擦系数(界面似摩擦角)相应增大。