土工膜与土界面剪切特性细观研究
水泥混凝土桥面铺装层间界面剪切性能试验研究
水泥混凝土桥面铺装层间界面剪切性能试验研究桥面铺装层与下部桥梁结构间的结合是桥梁结构完好和安全性能的核心保障。
而层间界面剪切性能是评价桥面结构间结合质量的重要指标。
水泥混凝土桥面铺装层间界面剪切性能是桥面铺装中最关键的一环，对于其研究具有非常重要的意义。
本文结合现有研究成果，从材料特性、桥面铺装层工艺及参数等方面，对水泥混凝土桥面铺装层间界面剪切性能进行了试验研究。
一、材料特性1、水泥混凝土水泥混凝土桥面铺装层间界面剪切试验中使用的水泥混凝土主要有普通混凝土、浅浆混凝土、普通混凝土/粗骨料浆料和细骨料浆料四种。
普通混凝土是由水泥、砂子、石子及助剂等按照一定比例搅拌制成的，具有较强的耐久性和韧性；浅浆混凝土是指混凝土中使用水泥量较少，石子量较多的混凝土，具有十分良好的抗剪、抗弯性能和韧性；普通混凝土/粗骨料浆料是指混凝土中使用重骨料（石子等）较少，细骨料（砂子等）较多，具有良好的抗压性能；细骨料浆料是指混凝土中使用重骨料（石子等）较少，细骨料（砂子等）较多，具有良好的抗剪性能及韧性。
2、粘结材料粘结材料是桥面铺装中最重要的一环，粘结材料在桥面铺装层间界面提供了良好的粘结性及抗剪强度，从而起到了锚固作用，保证了桥面铺装层间的界面完整性。
粘结材料一般由水泥、砂子和石子组成，根据不同的桥梁结构和施工条件，可采用1:3的水泥砂浆、1:2的浆料、砂石胶或粉煤灰胶等等。
三、桥面铺装层间界面剪切性能试验1、试验方法本研究以抗剪和抗拉试验为主，采用Pt-60抗剪试验机和SM-30机床进行抗剪和抗拉试验，试验测定桥面铺装层间界面的抗剪能力及抗拉能力。
2、试验结果经进行抗剪和抗拉试验，研究表明，桥面铺装层间界面的抗剪和抗拉能力均随着水泥混凝土种类、粘结材料种类和浇筑厚度等因素的不同而发生变化。
以普通混凝土为例，其剪切性能受粘结材料种类影响较大，对于采用1:3水泥砂浆粘结材料，100mm厚度浇筑时，抗剪强度约为4MPa，抗拉强度约为12MPa；而采用砂石胶或粉煤灰胶粘结材料时，抗剪强度约为8MPa，抗拉强度约为18MPa。
土木工程中的土体抗剪性能研究
土木工程中的土体抗剪性能研究土木工程是一门涉及建筑、土体力学和结构设计的学科，对土体的性能研究至关重要。
土体抗剪性能是其中一个重要的研究方向，它关系到土体的稳定性和承载力。
本文将从土体抗剪性能的定义、测试方法以及影响因素等方面进行论述。
土体抗剪性能是指土体抵抗破坏的能力。
在土木工程中，土体通常存在于各种工程场地中，因此了解土体的抗剪性能可以帮助工程师设计耐久的结构并预测土体的强度。
土体抗剪性能的研究通常以剪切强度和剪切模量为主要指标。
剪切强度是指土体在受到外部切应力作用下抵抗破坏的能力。
通常通过剪切试验来确定土体的剪切强度。
在剪切试验中，通过施加垂直于试样面的力来产生切应力，然后通过测量土体的应变和剪切力来计算剪切强度。
剪切试验可以根据不同的土体类型和实验目的采用不同的设备和方法。
剪切模量是指土体在受到剪切应力作用下的变形特性。
剪切模量可以用来评估土体的刚性和变形能力。
通常通过剪切试验中的剪切恢复模量来确定土体的剪切模量。
剪切恢复模量是指在剪切加载和卸载过程中土体的回弹能力，通过测量卸载过程中的应力和应变来计算剪切模量。
土体的抗剪性能受多个因素的影响。
首先，土体的类型是影响抗剪性能的重要因素之一。
不同类型的土体具有不同的颗粒组成和结构特征，从而决定了其抗剪强度和变形特性。
例如，细粒土体通常具有较高的抗剪强度和低的剪切模量，而粗粒土体则相反。
其次，土体的含水量也会影响其抗剪性能。
当土体含水量较高时，颗粒之间的黏性较大，土体的抗剪强度较低。
然而，水分对土体的粘聚力也起着一定的增强作用，因此含水量对土体的抗剪性能的影响是一个相对复杂的问题。
此外，土体的密实度、颗粒粒径分布以及颗粒形状等因素也会对土体的抗剪性能产生影响。
在实际工程中，土体的抗剪性能对于土木工程的设计、施工和运营是至关重要的。
通过研究土体的抗剪性能，工程师可以选择适当的土体材料、设计合理的结构形式，并确定土体的承载力和变形特性。
此外，对土体抗剪性能的研究还可以为土壤加固、地基处理等工程提供科学的依据。
HDPE膜与土工布界面摩擦特性的斜板仪试验
ＬＩＰｉｇ，ＴＡＮＧ ｎ ｄ ｎ ｎ Ｙａ － ｏ ｇ，ＬＩＨ ｕ－ ｈ ｎ ｉ ａ ｓ
（ ｏｌ ｇｅｏ ｖｌ ｇｎ ｅｉｇ，ｌａ ｚ ｏ ｉ． ｆＴｅｈ Ｃ ｌ ｆ ｅ ＣｉｉＥｎ ｉｅ ｒｎ ￣ｎ ｈ ｕ Ｕｎｖ ｏ ｃ ．，Ｌａ ｚ ｏｕ ７ ０ ５ ｎ ｈ ３ ０ ０，Ｃｈｎ ） ｉａ
光面和毛面 ＨＤ Ｅ膜与潮湿状态下土工布界面 间粘聚力差异不 明显 ， Ｐ 但是 两种膜 的摩擦 角却有 明显差异．
关键词 ：斜板仪 ； Ｐ ＨＤ Ｅ膜 ；土工布 ； 摩擦 角；粘聚力
中 图分 类 号 ：Ｔ ０ ． ；Ｔ ３ ． Ｕ５ ２ ４ Ｕ５ ２ ６ 文 献 标 识 码 ：Ａ
Ｅｘ ｒｍ ｅ ｆ ｆ ｉ ｔｏ ｌｐｒ ｐ ｒ ｉ ｓｏ ｐｅ ｉ ｎｔｏ ｒ ｃ ｉ ｎａ ｏ ｅ ｔｅ ｆ ＨＤＰＥ ｅ ｍ ｅ ｂ ａ ｅ ｇｏ ｍ ｒｎ
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加筋吹填土筋—土界面剪切特性
第３０卷第１１期２ ０ １ ２年１ １月水 电 能 源 科 学Ｗａｔｅｒ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ａｎｄ ＰｏｗｅｒＶｏｌ．３０Ｎｏ．１１Ｎｏｖ．２ ０ １ ２文章编号：１０００－７７０９（２０１２）１１－０１１２－０４加筋吹填土筋—土界面剪切特性研究王 盛１，陈晓平２，常学宁１（１．广东省水利电力规划勘测设计研究院，广东广州５１０１７０；２．暨南大学理工学院，广东广州５１０６３２）摘要：针对土工合成材料的筋—土界面特性，分析了界面摩擦加筋机理，进而提出了加筋效果的计算方法，并通过室内直接剪切试验研究了吹填砂和多种合成材料的筋—土界面的应力—应变关系及剪切强度参数，获得了不同条件对筋—土界面特性的影响程度。
关键词：土工合成材料；加筋机理；筋—土界面特性；剪切试验中图分类号：ＴＵ４４７文献标志码：Ａ收稿日期：２０１２－０３－１７，修回日期：２０１２－０４－２８基金项目：广东水利科技基金资助项目（２００５－１６）作者简介：王盛（１９７５－），男，高级工程师，研究方向为水利工程和岩土工程设计与施工，Ｅ－ｍａｉｌ：ｄｒｗａｎｇｓｈｅｎｇ＠１６３．ｃｏｍ通讯作者：陈晓平（１９５７－），女，教授、博导，研究方向为岩土工程，Ｅ－ｍａｉｌ：ｃｈｅｎｘｐ＠ｊｎｕ．ｅｄｕ．ｃｎ 土工合成材料是指由聚合材料制成的一种平面材料，与土（岩）一起构成承受荷载的整体。
根据材料的性质大致可分为土工织物、土工膜、特种土工合成材料、复合型土工合成材料等。
由于土工合成材料的加固作用是通过界面摩擦特性和筋材自身的抗拉特性来增强土体的强度和拉应力，因此在实际计算中就涉及到界面特性的量化分析问题。
较多研究［１～３］已从不同角度对筋—土界面做了定量分析，但因筋—土间具有复杂的相互作用关系和较多的影响因素，该问题尚需进一步探讨。
鉴此，本文分析了土工合成材料的加筋机理，进而提出了加筋效果的计算方法，并对在建的汕头东部填海工程加筋边坡筑堤中用到的吹填砂和几种土工合成材料进行了筋—土界面摩擦特性试验研究，获得了不同条件对筋—土界面特性的影响程度，结果对同类工程具有参考价值。
不同粘性土的抗剪强度特性试验研究的开题报告
不同粘性土的抗剪强度特性试验研究的开题报告一、研究背景粘性土是一种流变性较强的土壤，其力学性质受到多种因素的影响，如粒度组成、孔隙结构、水分含量、荷载历史等等。
其中，抗剪强度是评价粘性土力学性质的重要指标之一。
不同类型的粘性土具有不同的抗剪强度特性，而这些特性对于工程设计和施工具有重要意义。
因此，本研究将从实验角度探究不同粘性土的抗剪强度特性，以期为土工工程施工提供一定的参考和指导。
二、研究目的本研究旨在通过室内试验探究不同类型粘性土的抗剪强度特性，具体包括以下目的：1. 确定不同类型粘性土的基本物理性质，如粒度分布、含水率等；2. 确定不同类型粘性土在不同应力水平下的剪切强度特性；3. 分析不同类型粘性土的抗剪强度特性差异，并探讨其与土壤物理性质之间的关系。
三、研究内容和方法本研究将选取不同类型的粘性土进行室内试验，具体研究内容包括以下方面：1. 粘性土的基本物理性质测试：选取标准试验方法，测试粘性土的粒度分布、含水率、比重等基本物理性质；2. 三轴剪切试验：采用三轴剪切试验法，通过变化不同的应力水平，测定不同类型粘性土在剪切强度方面的特性；3. 分析不同类型粘性土的抗剪强度特性差异：通过对试验数据进行分析，比较不同类型粘性土在抗剪强度方面的性能表现，从而分析其差异性，并探讨与土壤物理性质之间的关系。
四、预期成果本研究预期取得以下成果：1. 对不同类型粘性土的基本物理性质进行测试，并总结、分析其特征；2. 测定不同类型粘性土在不同应力水平下的剪切强度特性，并分析比较不同类型土壤的性能表现；3. 探讨不同类型粘性土的抗剪强度特性与土壤物理性质之间的关系，为提高土工工程的施工质量提供一定的参考和指导。
五、研究计划本研究拟分三个阶段进行：第一阶段：文献资料收集和总结，了解国内外有关粘性土抗剪强度特性方面的研究进展并设计实验方案；第二阶段：实验室试验，包括对不同类型粘性土的基本物理性质测试和三轴剪切试验；第三阶段：数据分析和成果总结，通过对试验数据进行分析和总结撰写研究报告。
加筋土结构筋-土界面特性研究进展
加筋土结构筋-土界面特性研究进展作者：任非凡刘铨来源：《西部交通科技》2020年第04期摘要：加筋土结构在公路特别是高速公路的地基、路堤以及挡墙中有着非常多的应用，筋-土界面特性是加筋土结构设计的前提和基础，也是研究其工作特性、破坏模式和加固机理的重要途径。
文章从试验、数值分析和理论解析三个方面，归纳总结了国内外土工合成材料筋-土界面特性研究进展。
研究结果表明：（1）试验研究方面：国内外学者主要通过拉拔试验、直剪试验、三轴试验等方法探究了筋材类型与模量、填土类型与力学特性、试验边界条件、加载方式和上覆荷载等因素对界面特性的影响;（2）数值分析方面：有限元法和离散元法作为最常用分析筋-土界面特性的数值模拟方法，已经越来越多地用于验证模型的正确性和分析筋-土界面特性的影响因素，近年来离散元法中的颗粒流理论及程序（PFC）已在国内外取得了飞速发展和广泛应用，提供了从细观角度研究筋-土界面特性的途径;（3）理论解析方面：理论解析以国外为主，其研究关键在于对筋-土界面摩擦模型的搭建，如线型、双线型、三线型和非线型模型等。
笔者认为动力、含水率及多因素耦合作用下筋-土界面特性将是今后加筋土结构领域研究重点和发展方向。
关键词：加筋土结构;界面特性;试验研究;数值分析;理论解析中国分类号：U416.211文献标识码：A0 引言加筋土结构早在我国汉武帝时期就有应用，在修筑万里长城嘉峪关段时，采用了芦苇加筋的方法来增强结构的稳定性。
20世纪60年代，现代加筋土结构的概念由法国工程师H.Vidal 提出，并建立土的加筋方法与设计理论[1]。
国内在20世纪80年代初将土工合成材料用于加筋土结构工程并取得大量成果。
实践表明，土工合成材料加筋土结构无论在工程适用性、经济合理性还是环境友好性等方面都显示出巨大的优势，并展现出广阔的应用前景，已广泛应用于加筋土挡墙、加筋土地基、加筋土路基（堤）、加筋土堤坝、加筋土边坡和加筋土桥台等各类加筋土工程中。
水泥混凝土桥面铺装层间界面剪切性能试验研究
水泥混凝土桥面铺装层间界面剪切性能试验研究最近，水泥混凝土桥面铺装层间界面剪切性能的研究受到了相关学者们的关注。
因此，该课题被提出，它的主要目的是研究不同水泥混凝土桥面铺装层间界面剪切强度之间的关系。
首先，进行室温剪切强度试验，以研究水泥混凝土桥面铺装层之间界面的剪切性能变化情况。
具体而言，以上毯为例：使用一定的压力保持涂层的粘性，然后，对涂层的剥离层进行测试；定期用涂层进行清洗，同时，定期控制层中的变形量，研究不同情况下剪切强度之间的变化情况。
其次，研究冰冻剪切性能，主要研究不同温度、水泥种类、水泥等级对水泥混凝土桥面层间界面剪切强度之间的影响。
此外，研究表面温度对涂层粘性和剥离强度的影响，以及冰冻时机械力和剪切强度之间的关系。
再次，进行恒湿剪切强度试验，以研究水泥混凝土桥面铺装层之间界面的剪切性能变化情况。
对涂层的性能进行研究，控制界面结构的变化，研究湿度和剪切强度之间的变化关系。
最后，研究高温剪切性能，主要研究不同温度、水泥种类、水泥等级、表面温度对涂层粘性、剥离强度和剪切强度之间的影响。
有效控制界面结构变化，探究不同环境温度对剪切强度的影响。
综上所述，论文主要探讨了水泥混凝土桥面铺装层之间界面的剪切性能变化，重点研究了室温、冰冻、恒湿和高温时的剪切强度。
本研究的重点是针对不同条件下，不同水泥混凝土桥面铺装层间界面剪切强度之间的关系。
在研究和分析结果的基础上，提出水泥混凝土桥面铺装层间界面剪切强度测试方法及技术指标。
本研究成果将为水泥混凝土桥面铺装工程中的剪切性能提供有价值的参考，可用于相关的设计制备及施工。
借助于本研究成果，进一步增强该领域的相关知识，并为实际工程中的施工技术提供有效的帮助和支持。
土与结构界面位移特性静动力单剪试验研究
2011年6月 Rock and Soil Mechanics Jun. 2011收稿日期：2010-02-03基金项目：国家科技支撑项目资助（No. 2006BAA01A24）。
第一作者简介：男，1984年生，硕士，工程师，主要从事基础工程方面研究。
E-mail ：presty@文章编号：1000－7598 (2011) 06－1707－06土与结构界面位移特性静动力单剪试验研究袁运涛1, 2，施建勇1（1. 河海大学 岩土力学与堤坝工程教育部重点实验室，南京 210098； 2. 河海大学 水资源高效利用与工程安全国家工程研究中心，南京 210098）摘 要：土与结构接触面是工程中经常遇到的，剪切试验是研究界面特性的主要方法之一。
单剪试验既可以研究界面的特性，又可以考虑土体受力变形的实际特征，土体变形和界面错动位移的关系是尚未被注意的问题。
通过淤泥质粉质黏土的静、动力单剪试验和进行不同法向应力、不同剪切应力幅值的对比试验，得到界面位移与循环周数、土体应变的试验曲线。
结果表明，静力单剪试验的初期剪应力迅速增大，其后增长速率逐渐减小，没有出现软化现象；在剪切初期，主要是土体发生剪切位移，达到一定位移量后，土体和钢板之间开始出现较为明显的滑移；在一定的土体应变范围内静力单剪界面错动位移和土体应变有近似线性关系；动力单剪的界面错动位移和土体应变有很好的线性关系；静动力试验界面位移与土体应变关系线的斜率总体上静力试验结果高于动力试验值，线性关系的斜率变化范围不大。
关 键 词：界面；单剪试验；静动力；界面位移；线性 中图分类号：TU 443 文献标识码：AStudy of displacement behavior of interface between soil and structureby static and dynamic simple shear testsYUAN Yun-tao 1, 2, SHI Jian-yong 1（1. Key Laboratory of Ministry of Education for Geomechanimcs and Embankment Engineering, Hohai University, Nanjing 210098, China; 2. National Engineering Research Center of Water Resources Efficient Utilization and Engineering Safety, Hohai University, Nanjing 210098, China ）Abstract: The interface of soil and structure is often found in projects. Shear test is one of the main methods to study interface behavior. The simple shear test considering the stress and strain of soil can be used to discover the characteristics of interface. The relation between strain of soil and displacement of interface is not concerned. By comparison of static and dynamic simple shear tests of mucky silty clay under different normal stresses and different amplitudes of shear stress, relation curves of displacement of interface and cycle number of shear load versus strain of soil are presented. It is obtained by analysis of test curve that the shear stress is increased rapidly at beginning of static shear test; the rate of stress increase is slower in test; softening not occurred. When shear stress is smaller the shear displacement is mainly in soil sample; after some displacement is reached the interface slide of soil sample and steel plate is obvious. There is similarly linear of displacement of interface and strain of soil in some extent of strain in static tests; there is good linearity of interface and strain of soil in dynamic tests; the gradient of the relation line of displacement of interface and strain of soil in static test is steeper than in dynamic test; and there is narrow range of gradient of linear relation of displacement of interface and strain of soil.Key words: interface; simple shear test; static and dynamic; displacement of interface; linearity1 前 言土与结构相互作用的研究已经有丰富的成果，目前研究接触面力学特性的常用试验主要是直剪试验、单剪试验、扭剪试验等。
土工布加筋土界面摩擦特性试验研究
土工布加筋土界面摩擦特性试验研究杨敏;李宁;刘新星;刘乃飞;苏立海【摘要】Based on the loess filled embankment in Yan'an new airport,and with the geotextile used in engineering practice as reinforcement material,the geotextile synthetic material testing machine jointly developed by Xi'an Yaxing Civil Engineering Instrument Co.Ltd.is adopted to carry out the direct shear tests and pull tests of geotextiles-loess interface so that the direct shear and pull strengths and friction coefficients between geotentile soil interfaces in the case of differ-ent compactness are tested.The test results indicate:①The curves of shear displacement and shear stress is hardening type and the curves of drawing displacement and tensile stress is soften-ing type;②The interface strength of geotextiles-loess conforms with the Mohr-Coulomb strength theory.The friction behaviors of the geotextile-loess interface is very good.But the friction coef-ficient of direct shear is greater than that of pull test in the same condition;③In the shearing conditions,the interface strength of geotextiles-loess is not sensitive to the compaction degree, but in the drawing conditions,the compaction degree has a significant effect on interfacial cohe-sive force.%以延安新机场黄土高填方为依托,以工程实际使用的土工布作为筋材,采用与西安亚星土木仪器有限公司共同研制的土工合成材料试验机,进行了黄土加筋土的直剪试验和拉拔试验,测试了不同压实度条件下筋土界面间的直剪和拉拔强度以及摩擦系数.试验结果表明:①剪切位移与剪应力关系曲线为硬化型,而拉拔位移与拉应力关系曲线为软化型;②土工布与黄土的界面强度在直剪和拉拔条件下均符合莫尔库仑强度理论,土工布与黄土间具有较好的摩擦特性,但相同条件下直剪摩擦系数大于拉拔摩擦系数;③剪切条件下筋土界面强度参数对压实度不敏感,而拉拔条件下压实度对界面粘聚力影响显著.【期刊名称】《西安理工大学学报》【年(卷),期】2016(032)001【总页数】6页(P46-51)【关键词】土工布加筋土;黄土;界面强度;直剪试验;拉拔试验【作者】杨敏;李宁;刘新星;刘乃飞;苏立海【作者单位】西安理工大学岩土工程研究所,陕西西安 710048;西安理工大学岩土工程研究所,陕西西安 710048;西安理工大学岩土工程研究所,陕西西安710048;西安理工大学岩土工程研究所,陕西西安 710048;西安理工大学岩土工程研究所,陕西西安 710048;空军工程大学工程学院,陕西西安 710038【正文语种】中文【中图分类】TU43筋材和土是构成加筋土结构的两种主要材料，由于它们之间的相互作用极其复杂，填料、加筋材料及布筋方式、压实度和含水率等均会对加筋效果产生影响[1]，所以两者间的界面摩擦特性是加筋土工程设计和研究的重要内容。
不同含石量下泥岩土石混合体剪切特性及细观破坏机制
不同含石量下泥岩土石混合体剪切特性及细观破坏机制泥岩土石混合体是由泥岩和土石材料组成的一种多相材料。
含石量是指泥岩土石混合体中石材料的体积比例。
泥岩土石混合体的剪切特性和细观破坏机制受到含石量的影响。
在含石量较低时，泥岩土石混合体的强度较低，剪切特性表现为剪切强度低、剪切刚度较高、剪切变形较大。
在含石量较高时，泥岩土石混合体的强度较高，剪切特性表现为剪切强度高、剪切刚度较低、剪切变形较小。
含石量较低时，泥岩土石混合体中石材料相对较少，土体主要以粘土为主要组分，因此剪切强度较低。
而含石量较高时，泥岩土石混合体中石材料相对较多，石体与土体之间形成了较多的接触面，增加了颗粒间的摩擦作用，因此剪切强度较高。
含石量的增加会导致泥岩土石混合体的剪切刚度降低，主要是由于石材料的刚度较低，其对土体的约束作用较弱。
剪切变形则取决于土体的可变形性质和石体的抵抗变形能力，如果含石量较低，泥岩土石混合体的可变形性较强，剪切变形较大。
泥岩土石混合体的细观破坏机制与含石量密切相关。
在含石量较低时，泥岩土石混合体的细观破坏机制主要是粘土的剪切失稳和剪背滑移，粘土颗粒之间发生层间滑移，导致土体整体失稳。
在含石量较高时，泥岩土石混合体的细观破坏机制主要是石材料的破碎和剪切带形成。
当外加载荷作用于泥岩土石混合体时，石材料会因为受到较大的压力而发生破碎，石体与土体之间的接触面积增加，形成剪切带。
石材料的破碎也会导致泥岩土石混合体的强度增大。
不同含石量下泥岩土石混合体的剪切特性和细观破坏机制存在显著差异。
随着含石量的增加，泥岩土石混合体的强度增大，剪切刚度降低，剪切变形减小。
石材料的破碎和剪切带的形成也会增加泥岩土石混合体的强度。
这些研究对于工程领域中的土石工程设计和施工具有重要的指导意义。
土与土工合成材料界面特性试验方法分析
土与土工合成材料界面特性试验方法分析
徐超;叶观宝;董天林
【期刊名称】《地基处理》
【年(卷),期】2003(014)003
【摘要】土与土工合成材料接触面摩擦特性的试验研究有利于弄清土与土工合成
材料之间相互作用机理，同时为土工合成材料工程应用提供设计参数。
本文分析总结了近几年来关于土与土工合成材料界面特性研究中的四种试验方法(直剪试验、
拉拔试验、斜板试验和扭剪试验)的试验设备、试验原理以及各种试验方法的特点，并简述了研究中的一些热点问题。
在本文最后对进一步的研究提出了建议。
【总页数】7页(P8-14)
【作者】徐超;叶观宝;董天林
【作者单位】同济大学地下建筑与工程系,上海200092
【正文语种】中文
【中图分类】TU531.7
【相关文献】
1.废弃物填埋场土工合成材料与土界面特性试验 [J], 袁磊;董筱波
2.筋土界面的摩擦特性试验与界面关系研究 [J], 孙悦萍;刘泽
3.风积沙与土工合成材料界面作用特性试验研究 [J], 姜海涛;王岚;苏跃宏
4.融化和冻结状态下土及混凝土/土界面剪切特性试验研究 [J], 黄旭斌;周恒;狄圣杰;盛煜;彭尔兴;张玺彦;曹伟
5.土工合成材料与风积砂界面摩擦特性试验研究 [J], 郭玉芬;崔景祥;张春刚;张延双
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土_结构接触面剪切力学特性及其影响因素试验_夏红春
第３９卷第６期 中国矿业大学学报 Ｖｏｌ．３９Ｎｏ．６２０１０年１１月 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｈｉｎａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｍｉｎｉｎｇ ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｎｏｖ．２０１０土－结构接触面剪切力学特性及其影响因素试验夏红春１，２，周国庆１（１．中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室，江苏徐州 ２２１００８；２．聊城大学建筑工程学院，山东聊城 ２５２０５９）摘要：利用ＤＲＳ－１型超高压直残剪试验系统，研究了不同试验条件下土－结构接触面的剪切力学特性，采用归一化方法获得了剪切强度和剪切位移之间的相关关系．结果表明：当法向应力σ＜３ＭＰａ时，剪切应力－位移曲线呈应变软化型；当σ＝３～５ＭＰａ时，基本呈线性强化型；而当σ≥８ＭＰａ时，基本呈应变硬化特性；结构面粗糙度影响接触面的本构关系及剪切强度，在同一法向应力条件下，剪切强度随粗糙度的增加而增大，但随着法向应力的增加，其影响程度逐渐降低；一定范围内剪切速率（ｖ＝０．０２～１．２ｍｍ／ｍｉｎ）的改变对本构关系及剪切强度基本无影响；对于颗粒细小的硅粉－结构接触面，剪切应力－位移曲线基本不受粗糙度及法向应力等影响，基本呈现出理想的弹塑性特征，但剪切强度随着法向应力的增加而增大．关键词：标准中砂；硅粉；接触面；法向应力；粗糙度；剪切速率中图分类号：ＴＵ ４５９文献标识码：Ａ文章编号：１０００－１９６４（２０１０）０６－０８３１－０６Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ Ｓｔｕｄｙ ｏｆ ｔｈｅ Ｓｈｅａｒ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ａｔ ａＳｏｉｌ－Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ａｎｄ ｔｈｅ Ｆａｃｔｏｒｓ Ａｆｆｅｃｔｉｎｇ ＴｈｅｍＸＩＡ Ｈｏｎｇ－ｃｈｕｎ１，２，ＺＨＯＵ Ｇｕｏ－ｑｉｎｇ１（１．Ｓｔａｔｅ Ｋｅｙ Ｌａｂ ｆｏｒ Ｇｅｏｍｅｃｈａｎｉｃｓ ａｎｄ Ｄｅｅｐ Ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｃｈｉｎａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｍｉｎｉｎｇ ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｘｕｚｈｏｕ，Ｊｉａｎｇｓｕ ２２１００８，Ｃｈｉｎａ；２．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｃｉｖｉｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｌｉａｏｃｈｅｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｌｉａｏｃｈｅｎｇ，Ｓｈａｎｄｏｎｇ ２５２０５９，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＤＲＳ－１ｈｉｇｈ ｎｏｒｍａｌ ｓｔｒｅｓｓ ｒｅｓｉｄｕａｌ ｓｈｅａｒ ａｐｐａｒａｔｕｓ ｗａｓ ｕｓｅｄ ｔｏ ｓｔｕｄｙ ｔｈｅ ｓｈｅａｒ ｃｈａｒ－ａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ａ ｓｏｉｌ－ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｕｎｄｅｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ．Ａ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎ ｓｈｅａｒ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ａｎｄ ｓｈｅａｒ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｗａｓ ｏｂｔａｉｎｅｄ ｂｙ ｎｏｒｍａｌｉｚａｔｉｏｎ．Ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｎｏｒ－ｍａｌ ｓｔｒｅｓｓ，σ，ｉｓ ｌｅｓｓ ｔｈａｎ ３ＭＰａ ｓｔｒａｉｎ ｓｏｆｔｅｎｉｎｇ ｉｓ ｏｂｓｅｒｖｅｄ．Ｉｎ ｔｈｅ ｎｏｒｍａｌ ｓｔｒｅｓｓ ｒａｎｇｅ ｆｒｏｍ３ｔｏ ５ＭＰａ ｌｉｎｅａｒ ｈａｒｄｅｎｉｎｇ ｉｓ ｏｂｓｅｒｖｅｄ．Ｓｔｒａｉｎ ｈａｒｄｅｎｉｎｇ ｏｃｃｕｒｓ ｗｈｅｎσｉｓ ｇｒｅａｔｅｒ ｔｈａｎ，ｏｒ ｅ－ｑｕａｌ ｔｏ，８ＭＰａ．Ｓｕｒｆａｃｅ ｒｏｕｇｈｎｅｓｓ ｏｆ ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓ ｔｈｅ ｃｏｎｓｔｉｔｕｔｉｖｅ ｍｏｄｅｌ ａｎｄ ｔｈｅｓｈｅａｒ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ａｔ ｔｈｅ ｓｏｉｌ－ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ．Ｆｏｒ ｉｄｅｎｔｉｃａｌ ｎｏｒｍａｌ ｓｔｒｅｓｓｅｓ ｓｈｅａｒ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ａｔ ｔｈｅｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｉｎｃｒｅａｓｅｓ ａｓ ｒｏｕｇｈｎｅｓｓ ｉｎｃｒｅａｓｅｓ．Ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｓｕｒｆａｃｅ ｒｏｕｇｈｎｅｓｓ ｉｓ ｒｅｄｕｃｅｄ ａｓｎｏｒｍａｌ ｓｔｒｅｓｓ ｉｎｃｒｅａｓｅｓ．Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｓｈｅａｒ ｖｅｌｏｃｉｔｉｅｓ（ｖ＝０．０２～１．２ｍｍ／ｍｉｎ）ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｎｅｉｔｈｅｒｔｈｅ ｃｏｎｓｔｉｔｕｔｉｖｅ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｎｏｒ ｔｈｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｏｆ ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ－ｓｏｉｌ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ．Ａ ｃｏｎｓｔｉｔｕｔｉｖｅｍｏｄｅｌ ｏｆ ａ ｓｉｌｉｃｏｎ ｐｏｗｄｅｒ，ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｓｈｏｗｓ ｎｅａｒｌｙ ｉｄｅａｌ ｅｌａｓｔｉｃ－ｐｌａｓｔｉｃ ｂｅｈａｖｉｏｒ：Ｉｔ ｉｓａｆｆｅｃｔｅｄ ｂｙ ｎｅｉｔｈｅｒ ｒｏｕｇｈｎｅｓｓ ｎｏｒ ｎｏｒｍａｌ ｓｔｒｅｓｓｅｓ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｔｈｅ ｓｈｅａｒ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ａｔ ｔｈｅ ｉｎｔｅｒ－ｆａｃｅ ｉｎｃｒｅａｓｅｓ ｗｉｔｈ ｎｏｒｍａｌ ｓｔｒｅｓｓ．收稿日期：２００９－１２－２５基金项目：国家重点基础研究发展计划（９７３）项目（２００２ＣＢ４１２７０４）；国家自然科学基金项目（５０９７４１１７）；国家科技支撑计划项目（２００６ＢＡＢ１６Ｂ０１）作者简介：夏红春（１９７０－），男，江苏省徐州市人，副教授，工学博士，从事岩土工程方面的研究．Ｅ－ｍａｉｌ：ｈｏｎｇｃｈｕｎ．ｘｉａ＠１６３．ｃｏｍ Ｔｅｌ：１５２０６５２６８８７ 中国矿业大学学报 第３９卷Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｓｔａｎｄａｒｄ ｍｅｄｉｕｍ ｓａｎｄ；ｓｉｌｉｃｏｎ ｐｏｗｄｅｒ；ｉｎｔｅｒｆａｃｅ；ｎｏｒｍａｌ ｓｔｒｅｓｓ；ｒｏｕｇｈｎｅｓｓ；ｓｈｅａｒｖｅｌｏｃｉｔｙ随着国民经济和基础设施建设的高速发展，城市地铁隧道、大长山岭隧道、越江越海隧道等交通工程；地下指挥所、地下掩体与防护等军事工程；地下粮、油、气储藏和废料深埋处置工程；大直径深桩基、大型深基坑、深水码头等基础工程；深部井筒、巷道等资源开发工程的建设深度越来越深、规模越来越大、地质条件越加恶劣、环境条件愈加复杂．外荷载的复杂性和不确定性是影响立井井筒及深部地下工程安全稳定的重要根源，其本质是深部地下工程结构与围岩土体相互作用的性质．而在其相互作用过程中起决定作用的则是岩土介质与工程结构的接触性状，因在荷载作用下，土与结构界面将发生既不同于土、又不同于结构材料的力学响应．土与结构接触面的力学特性，涉及到非线性、大应变、局部不连续等力学前沿问题，是土体与结构物相互作用研究的核心课题之一．进行土与结构接触面基本力学特性的室内试验是研究接触面力学特性的基本规律及其影响因素的主要途径．直剪试验作为一种量测材料之间接触面力学特性的主要手段，尽管存在着一些缺陷［１－３］，但由于其简单易行，试验的可重复性较强等，一直倍受青睐，国内外学者（如ＰＯＴＹＯＮＤＹ［４］、ＣＬＯＵＧＨ和ＤＵＮ－ＣＡＮ［５］、殷宗泽［６］等）利用直剪仪对各种材料之间接触面力学特性进行了较为广泛的试验，取得了一些重要结论，为工程实践提供了宝贵资料．然而，上述学者进行的土－结构接触面力学特性试验涉及的法向应力往往很低（一般只有几百ｋＰａ），对高应力条件下土－结构接触面的力学特性尚缺乏系统的研究．本文较为系统地研究了不同应力条件下不同粗糙程度的结构－土接触面的力学特性及其影响因素．１试验系统及方法试验所用主要设备为中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室研制的ＤＲＳ－１型超高压直残剪试验系统，该系统由主机、控制系统、测量系统以及数据采集系统４部分组成．法向应力：０～３０ＭＰａ，剪切速率：０．００１～１．９９９ｍｍ／ｍｉｎ，荷载及位移量测精度分别为１％和０．５％［７］．为使试验具有可重复性，以便于研究结果的评价与比较，试验材料主要选用福建标准中砂．考虑到混凝土试块的可重复利用性差，本文用粗糙钢板代替混凝土结构面．采用旋转粗糙钢板与剪切方向成不同的角度θ，以模拟不同粗糙程度的结构面［８］．试验结果表明，该方法可以较好的模拟不同粗糙程度的混凝土结构面与土的剪切力学特性［９］．２试验结果的初步分析用标准砂进行了不同粗糙程度的结构面在法向应力为０．８，１，３，５，８，１０，１２以及１５ＭＰａ等８种情况下的直剪试验，每组试验都进行了平行试验（至少进行３次），取其均值，试验的可重复性较好，试验结果如图１所示．图中Δｓ为剪切位移，ｄ为试样直径，σ为法向应力，τ为剪切应力，Ｄ为结构面粗糙度，标准砂的初始密度为Ｄｒ＝０．３５５，处于中密状态，剪切速率均为１．２ｍｍ／ｍｉｎ．图１ 土－结构接触面归一化剪切应力－位移曲线Ｆｉｇ．１τ／σ－Δｓ／ｄｃｕｒｖｅｓ ｏｆ ｓｏｉｌ－ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ由图１可见，随着作用在结构面上的法向应力及结构面粗糙程度不同，土－结构接触面呈现出复杂多变的力学响应．总体表现为：在同样的粗糙程度条件下，随着法向应力的增加，应变软化特性逐渐减弱而硬化特性逐渐增强，即由应变软化型（σ≤１ＭＰａ）转变为线性强化型（σ＝３～５ＭＰａ）进而发展成应变硬化型（σ≥８ＭＰａ）．而在法向应力一定的条件下，由于结构面粗糙程度的差异，土－结构接触面的力学特性也不相同：当法向应力σ≤１ＭＰａ时，基本表现为随着结构面粗糙程度的增加，应变软化特性增强；当法向应力σ≥３ＭＰａ时，剪切应力－位移的曲线形式基本不再随结构面粗糙程度的２３８第６期 夏红春等土－结构接触面剪切力学特性及其影响因素试验不同而发生变化，由线性强化型（σ＝３～５ＭＰａ）转化为应变硬化型（σ≥８ＭＰａ）的双曲线形式．因此，土－结构接触面的剪切力学特性与结构面的粗糙程度以及法向应力等因素有关，下面将对其做进一步研究．３影响土－结构接触面剪切力学特性的主要因素３．１法向应力前述研究表明，作用在土－结构接触面上的法向应力是决定接触面剪切力学特性的重要因素之一．在其它条件（土性、结构面粗糙程度、剪切速率等）相同的情况下，由于作用在其上的法向应力不同，接触面的剪切应力－剪切位移关系曲线的量值和表现形式明显不同．图２为剪切位移相同时，不同粗糙程度的结构面对应的剪切应力与法向应力关系曲线．由图１可以看出，当σ＜３ＭＰａ时，剪切应力具有明显的峰值应力，而当σ≥３ＭＰａ时，剪切应力无明显的峰值应力，为便于比较，图２中的剪切应力均取σ＝１ＭＰａ的峰值应力所对应剪切位移处的剪切应力．图２ 剪切位移相同时剪切应力与法向应力关系曲线Ｆｉｇ．２τ－σｃｕｒｖｅｓ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｓｈｅａｒ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ图２表明，对于不同粗糙程度的结构－土接触面，无论结构面的粗糙程度如何，当剪切位移相同时，其剪切应力均随法向应力的增加而明显增大，对图２中的曲线进行了线性回归，结果见表１．表１ 剪切位移相同时剪切应力与法向应力关系回归结果Ｔａｂｌｅ １ Ｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｂｅｔｗｅｅｎｓｈｅａｒ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ａｎｄ ｎｏｒｍａｌ ｓｔｒｅｓｓ ｗｉｔｈ ｔｈｅｓａｍｅ ｓｈｅａｒ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ结构面粗糙程度剪切应力与法向应力关系式相关系数Ｒ２Ｄ＝１．０１２τ＝０．５１７ ９σ－０．０３８ ９ ０．９９４ ４Ｄ＝１．０４３τ＝０．４５２ ７σ＋０．１２３ ８ ０．９９７ １Ｄ＝１．１２２τ＝０．３２２ ９σ＋０．４３７ ３ ０．９８８ １Ｄ＝１．１５９τ＝０．３１７ ８σ＋０．５３２ ６ ０．９７１ ５由表１可以看出，当剪切位移相同时，剪切应力与法向应力呈较好的线性相关关系，其相关系数均达０．９７以上．综合图１的试验曲线以及表１剪切位移相同时剪切应力与法向应力关系的回归结果不难看出，接触面法向应力的变化不仅导致其剪切应力－位移曲线表现出不同的形式，而且对于同样粗糙程度的结构面，随着法向应力的增加，其剪切应力明显增大．因此，不能用统一的本构模型来描述土－结构接触面的力学特性，而应根据其实际的受力状态以及结构物表面的粗糙程度建立相应的本构方程［１０－１１］．３．２结构面粗糙度前已述及，结构物表面的粗糙程度直接影响一定法向应力条件下的接触面力学特性，主要表现为，当σ≤３ＭＰａ时，由于结构面粗糙程度的不同，土－结构接触面在表现出明显不同的力学特性的同时其剪切应力也发生明显的变化，基本表现为随着结构面粗糙程度的增加，剪切应力增强．而当σ≥８ＭＰａ时，结构物表面的粗糙程度基本不再改变接触面的力学特性，接触面的剪切应力－位移曲线呈应变硬化型．因此，有必要对结构面粗糙度对土－结构接触面力学特性的影响作进一步探讨．由表１可以看出，尽管表中剪切应力与法向应力的关系式形式相同，但式中的系数明显不同，由此说明，在同样的法向应力条件下，由于结构面粗糙程度的不同，土－结构接触面的剪切应力也不一样．不妨将表１中剪切应力与法向应力的关系式统一用式（１）表达τ＝ａσ＋ｂ，（１）式中 ａ，ｂ取值显然与Ｄ有关，其关系曲线见图３．图３ 粗糙度对参数ａ，ｂ的影响Ｆｉｇ．３Ｒｏｕｇｈｎｅｓｓ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｎ ｐａｒａｍｅｔｅｒ ｏｆ ａａｎｄ ｂ由图３可以看出，ａ，ｂ与Ｄ基本呈线性关系，分别对其进行线性回归，可得ａ＝－１．４１Ｄ＋１．９４１ ４，（２）ｂ＝４．２６８ ６Ｄ－４．３８２ ５，（３）３３８ 中国矿业大学学报 第３９卷式（２），（３）的相关系数分别为０．９５１ ２，０．９７３ ９．综合考察式（１）～（３）可以看出，式（１）中的参数ａ，ｂ具有明确的物理意义．ａ表示剪切应力随法向应力增加而变化的强弱程度，其值随Ｄ的增加而降低；ｂ表示当σ＝０ＭＰａ时土－结构接触面的剪应力（即起始剪切强度），其值随Ｄ的增加而明显增大．将式（２）及（３）代入式（１）即可得到考虑结构面粗糙度及法向应力条件下的土－结构接触面剪切应力表达式τ＝（－１．４１Ｄ＋１．９４１ ４）σ＋４．２６８ ６Ｄ－４．３８２５．（４） 研究表明，在同一法向应力条件下，接触面的剪切强度随结构面粗糙度的增加而增大，但是当σ≥８ＭＰａ时，粗糙度对剪切强度的影响显然低于σ≤１ＭＰａ时粗糙度对剪切强度的影响（如图４ａ所示），由此说明，当法向应力较高时，结构面粗糙度对土－结构接触面剪切强度的影响已不像低法向应力条件下那么显著．图４ 粗糙度对峰值剪应力和峰值剪切位移的影响Ｆｉｇ．４Ｒｏｕｇｈｎｅｓｓ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｎ ｐｅａｋ ｓｈｅａｒ ｓｔｒｅｓｓａｎｄ ｐｅａｋ ｓｈｅａｒ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ图４ｂ为σ≤１ＭＰａ时，结构面粗糙度对达到峰值剪应力时所对应的剪切位移（本文将之称为“峰值剪切位移”）的影响．图４ｂ表明，随着结构面粗糙程度的增加，峰值剪切位移减小．即结构面的粗糙程度越高，其达到剪切强度所需的位移越小．由图４ｂ不难发现，结构面粗糙度Ｄ和峰值剪切位移之间呈幂函数关系，对其进行回归，可得Δｓｆ＝ｄ１００ＦＤＫ，（５）式中：Δｓｆ为峰值剪切位移，ｍｍ；ｄ为试样直径，ｍｍ；Ｆ，Ｋ为试验常数．对于本文试验，Ｆ＝８．４６７ １，Ｋ＝－１０．３０６，ｄ＝６１．８ｍｍ．由图４ｂ还可以看出，结构面粗糙度对峰值剪切位移的影响存在一“准临界值”，达到此值后，随着粗糙度的增加，达到峰值剪应力时所需位移的变化梯度变小，曲线渐趋一定值．对于本文试验，此“准临界值”所对应的粗糙度分维数Ｄ约为１．１２２．３．３接触面材料已有的研究［１２－１３］表明，对于同样的结构物表面，由于周围土性的不同（碎散性、多相性、非均匀性、各向异性以及时空分布的变异性等），必将导致接触面上呈现出不同的力学响应．在试验中若要完全考虑上述土的性质，是不可能实现的．作为研究接触面材料对土－结构接触面力学特性影响的对比性试验，本文主要研究土的粒径对接触面处力学特性的影响，因此，选做了部分硅粉与不同粗糙程度的结构面在不同法向应力条件下的剪切试验，硅粉的容重为２００ｋｇ／ｍ３，真密度为２．２ｇ／ｃｍ３，比表面积为２８．４ｍ２／ｇ，其粒径分布见表２．表２ 试验用硅粉的粒径分布Ｔａｂｌｅ ２ Ｇｒａｎｕｌｅ ｄｉａｍｅｔｅｒ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅｓｉｌｉｃｏｎ ｐｏｗｄｅｒ ｆｏｒ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ粒径范围／μｍ ０～０．３ ０．３～０．５ ０．５～０．７ ０．７～１ １～５百分含量／％４２．３ ２０．２ ５．２ ５．７ ２６．６由表２可见，硅粉的粒径均小于５μｍ，基本可以反映细粒土［１４］和结构物接触面的力学特性．为便于比较，图５给出了部分标准砂及硅粉与不同粗糙程度的结构物接触面的剪切应力－位移关系曲线．图５ 不同法向应力条件下标准砂、硅粉－结构接触面剪切应力－位移曲线Ｆｉｇ．５Ｓｈｅａｒ ｓｔｒｅｓｓ－ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｃｕｒｖｅｓ ｏｆ ｓｔａｎｄａｒｄ ｓａｎｄ ｏｒ ｓｉｌｉｃｏｎ ｐｏｗｄｅｒ－ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｉｎｔｅｒｆａｃｅｕｎｄｅｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｎｏｒｍａｌ ｓｔｒｅｓｓ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ由图５可见，对于同样粗糙程度的结构面，标准砂和硅粉表现出完全不同的力学特性．对于标准砂，当σ＝１ＭＰａ时（如图５ａ），随着结构面粗糙程度的增加，应变软化特性越来越显４３８第６期 夏红春等土－结构接触面剪切力学特性及其影响因素试验著，无论是峰值应力还是残余应力均随着粗糙程度的增加而增大，但当粗糙程度增加到一定值之后，峰值应力和残余应力基本不再随粗糙程度的增加而变化，趋向于一定值．当σ＝１０ＭＰａ时（如图５ｂ），在同样的法向应力条件下，结构面的粗糙度已不再改变接触面的本构模型（此时接触面的剪切应力－位移曲线基本表现为应变硬化型）和接触面的剪切应力．而对于硅粉，结构面的粗糙度对接触面的力学特性基本没有影响．当σ＝１ＭＰａ时，剪切应力－剪切位移关系曲线表现出轻微的软化特性，由图５ｃ可以看出，尽管接触面的粗糙程度明显不同，然而接触面的峰值剪应力和残余剪应力均无较大差别，二者在不同粗糙程度下的最大差值分别为０．０３８ＭＰａ和０．０２５ＭＰａ，仅为其最大值的６．９％和４．８％，由此可见，此时结构面的粗糙度对接触面的剪切应力几乎没有影响．当１０ＭＰａ时，剪切应力－位移关系曲线的软化特性消失，基本呈理想的弹塑性（如图５ｄ）．在同一法向应力条件下，剪切应力值的大小和变化趋势基本不随结构面的粗糙程度而变化．标准砂、硅粉与结构的接触面在剪切过程中之所以表现出不同的力学特性，主要是由于硅粉比标准砂的颗粒细小，很难破碎，而且硅粉受压后以团粒存在，团粒比砂粒变位困难，很难越过结构物的粗糙表面，从而导致剪切在结构面凹槽上部与硅粉的接触面处发生，结构面凹槽内部的硅粉对接触面的剪切应力几乎没有贡献，而在结构物旋转的过程中［８］，其凹槽上部的面积并不随旋转角度的不同而发生变化，从而导致硅粉与结构面的接触面积始终不变，因此，在同样的法向应力条件下，表现为接触面的剪切应力不再随结构物表面的粗糙度发生变化．３．４剪切速率图６为σ＝１，１５ＭＰａ这２种条件下，Ｄ＝１．１５９的结构－土接触面在不同剪切速率条件下的剪切应力－位移关系曲线．图６ 不同剪切速率条件下的剪切应力－位移关系曲线Ｆｉｇ．６Ｓｈｅａｒ ｓｔｒｅｓｓ－ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｃｕｒｖｅｓ ｗｉｔｈ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｓｈｅａｒ ｖｅｌｏｃｉｔｉｅｓ由图６可以看出，对于同样的土－结构接触面，在不同的剪切速率情况下，剪切应力－位移曲线的形状基本相同，剪切应力的变化值较小（最大与最小剪应力的差值均小于最小值的５％），可以认为一定范围内的剪切速率改变，对土－结构接触面处的剪切应力值基本无影响．由此说明，在一定的剪切速率范围内（０．０２～１．２ｍｍ／ｍｉｎ），剪切速率的大小并不影响接触面的力学特性．此特性也为本文试验时采用同一剪切速率来研究不同情况下的土－结构接触面力学特性提供了依据．４结论１）法向应力是影响接触面力学特性的重要因素，对于同样粗糙程度的结构－土接触面，其剪切强度随着法向应力的增加明显增大．当法向应力σ＜３ＭＰａ时，接触面的剪切应力－剪切位移曲线呈应变软化型；当σ＝３～５ＭＰａ时，曲线不再具有应变软化特性，基本呈线性强化型；当σ≥８ＭＰａ时，曲线基本呈应变硬化特性，二者之间呈双曲线关系；２）当σ＜３ＭＰａ时，结构面粗糙程度的不同将导致接触面表现出不同的力学特性，随着结构面粗糙程度的增加，接触面的应变软化特性增强，达到峰值应力所需的剪切位移减小，峰值剪切位移Δｓｆ与结构面粗糙度Ｄ之间呈幂函数关系；３）结构面粗糙度不仅影响一定法向应力条件下接触面的本构关系，而且影响接触面的剪切强度．其峰值剪应力与结构面粗糙度Ｄ之间基本呈线性关系．随着法向应力的增加，结构面粗糙度对接触面剪切应力的影响程度降低；４）一定范围内剪切速率（０．０２～１．２ｍｍ／ｍｉｎ）的改变，对土－结构接触面处的剪切应力基本无影响；５）颗粒细小的硅粉－粗糙结构接触面，其本构关系不再随结构面粗糙度以及法向应力的改变而５３８ 中国矿业大学学报 第３９卷变化，基本呈理想的弹塑性关系，其剪切强度随着法向应力的增加而增大．参考文献：［１］ 徐志伟，周国庆，刘志强，等．直剪试验的面积校正方法及误差分析［Ｊ］．中国矿业大学学报，２００７，３６（５）：６５８－６６２．ＸＵ Ｚｈｉ－ｗｅｉ，ＺＨＯＵ Ｇｕｏ－ｑｉｎｇ，ＬＩＵ Ｚｈｉ－ｑｉａｎｇ，ｅｔ ａｌ．Ｃｏｒｒｅｃｔｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ ｅｒｒｏｒ ａｎａｌｙｓｉｓ ｆｏｒ ｓａｍｐｌｅ ａｒｅａｉｎ ｄｉｒｅｃｔ ｓｈｅａｒ ｔｅｓｔ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｈｉｎａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆ Ｍｉｎｉｎｇ ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００７，３６（５）：６５８－６６２．［２］ 张敏江，郭 尧，张丽萍，等．直剪试验中对土抗剪强度的一种修正方法［Ｊ］．沈阳建筑大学学报：自然科学版，２００５，２１（２）：９６－９８．ＺＨＡＮＧ Ｍｉｎ－ｊｉａｎｇ，ＧＵＯ Ｙａｏ，ＺＨＡＮＧ Ｌｉ－ｐｉｎｇ，ｅｔａｌ．Ａ ｒｅｖｉｓｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｓｈｅａｒ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｏｆ ｓｏｉｌｓ ｉｎ ｄｉ－ｒｅｃｔ ｓｈｅａｒ ｔｅｓｔ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｓｈｅｎｙａｎｇ Ｊｉａｎｚｈｕ Ｕｎｉ－ｖｅｒｓｉｔｙ：Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ，２００５，２１（２）：９６－９８．［３］ 钱家欢．土力学［Ｍ］．南京：河海大学出版社，１９９０：１０８－１０９．［４］ ＰＯＴＹＯＮＤＹ Ｊ Ｇ．Ｓｋｉｎ ｆｒｉｃｔｉｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ｖａｒｉｏｕｓ ｓｏｉｌｓａｎｄ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｍａｔｅｒｉａｌｓ［Ｊ］．Ｇｅｏｔｅｃｈｎｉｑｕｅ，１９６１，１１（４）：３３９－３５３．［５］ ＣＬＯＵＧＨ Ｇ Ｗ，ＤＵＮＣＡＮ Ｊ Ｍ．Ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ａ－ｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｒｅｔａｉｎｉｎｇ ｗａｌｌ ｂｅｈａｖｉｏｒ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ＳｏｉｌＭｅｃｈａｎｉｃｓ ａｎｄ Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ，ＡＳＣＥ，１９７１，９７（１２）：１６５７－１６７３．［６］ 殷宗泽，朱 泓，许国华．土与结构材料接触面的变形及其数学模拟［Ｊ］．岩土工程学报，１９９４，１６（３）：１４－２２．ＹＩＮ Ｚｏｎｇ－ｚｅ，ＺＨＵ Ｈｏｎｇ，ＸＵ Ｇｕｏ－ｈｕａ．Ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｂｅｔｗｅｅｎｓｏｉｌ ａｎｄ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｍａｔｅｒｉａｌ［Ｊ］．Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆＧｅｏｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，１９９４，１６（３）：１４－２２．［７］ 周国庆，赵光思，别小勇．超高压直残剪试验系统及其初步应用［Ｊ］．中国矿业大学学报，２００１，３０（２）：１１８－１２１．ＺＨＯＵ Ｇｕｏ－ｑｉｎｇ，ＺＨＡＯ Ｇｕａｎｇ－ｓｉ，ＢＩＥ Ｘｉａｏ－ｙｏｎｇ．Ｓｕｐｅｒ－ｈｉｇｈ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｄｉｒｅｃｔ ｒｅｓｉｄｕａｌ ｓｈｅａｒ ｔｅｓｔｉｎｇ ｓｙｓ－ｔｅｍ ａｎｄ ｉｔｓ ｐｒｉｍａｒｙ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｈｉ－ｎａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｍｉｎｉｎｇ ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００１，３０（２）：１１８－１２ｌ．［８］ 周国庆，夏红春，赵光思．深部土－结构接触面与界面层力学特性的直接剪切试验［Ｊ］．煤炭学报，２００８，３３（１０）：１１５７－１１６２．ＺＨＯＵ Ｇｕｏ－ｑｉｎｇ，ＸＩＡ Ｈｏｎｇ－ｃｈｕｎ，ＺＨＡＯ Ｇｕａｎｇ－ｓｉ．Ｄｉｒｅｃｔ ｓｈｅａｒ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｏｆ ｄｅｅｐ ｓｏｉｌ－ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｉｎ－ｔｅｒｆａｃｅ ａｎｄ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｌａｙｅｒ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｈｉｎａ Ｃｏａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ，２００８，３３（１０）：１１５７－１１６２．［９］ 夏红春．高应力条件下土－结构接触面与界面层力学特性研究［Ｄ］．徐州：中国矿业大学建筑工程学院，２００６．［１０］ 夏红春，周国庆，商翔宇．基于Ｗｅｉｂｕｌｌ分布的土－结构接触面统计损伤软化本构模型［Ｊ］．中国矿业大学学报，２００７，３６（６）：７３４－７３７．ＸＩＡ Ｈｏｎｇ－ｃｈｕｎ，ＺＨＯＵ Ｇｕｏ－ｑｉｎｇ，ＳＨＡＮＧ Ｘｉａｎｇ－ｙｕ．Ｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌ ｄａｍａｇｅ ｓｏｆｔｅｎｉｎｇ ｃｏｎｓｔｉｔｕｔｉｖｅ ｍｏｄｅｌｏｆ ｓｏｉｌ－ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｗｅｉｂｕｌｌ ｒａｎｄｏｍｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｈｉｎａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆＭｉｎｉｎｇ ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００７，３６（６）：７３４－７３７．［１１］ ＺＨＯＵ Ｇｕｏ－ｑｉｎｇ，ＸＩＡ Ｈｏｎｇ－ｃｈｕｎ，ＺＨＡＯ Ｇｕａｎｇ－ｓｉ，ｅｔ ａｌ．Ｎｏｎｌｉｎｅａｒ ｅｌａｓｔｉｃ ｃｏｎｓｔｉｔｕｔｉｖｅ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｓｏｉｌ－ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｕｎｄｅｒ ｒｅｌａｔｉｖｅｌｙ ｈｉｇｈ ｎｏｒｍａｌｓｔｒｅｓｓ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｈｉｎａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｍｉｎｉｎｇ ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００７，１７（３）：３０１－３０５．［１２］ ＵＥＳＵＧＩ Ｍ，ＫＩＳＨＩＤＡ Ｈ．Ｉｎｆｌｕｅｎｔｉａｌ ｆａｃｔｏｒｓ ｏｆ ｆｒｉ－ｃｔｉｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ｓｔｅｅｌ ａｎｄ ｄｒｙ ｓａｎｄｓ［Ｊ］．Ｓｏｉｌｓ ａｎｄＦｏｕｎｄａｔｉｏｎｓ，１９８６，２６（２）：３３－４６．［１３］ ＲＩＣＨＡＲＤ Ｐ Ｊ，ＴＵＮＣＥＲ Ｂ Ｅ，ＰＥＴＥＲ Ｊ Ｂ，ｅｔ ａｌ．Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｐａｒｔｉｃｌｅ ｓｈａｐｅ ｏｎ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｂｅｈａｖｉｏｒ ｏｆ ｄｅｍ－ｓｉｍｕｌａｔｅｄ ｇｒａｎｕｌａｒ ｍａｔｅｒｉａｌｓ［Ｊ］．Ｔｈｅ ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＪｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｇｅｏｍｅｃｈａｎｉｃｓ，２００１，１（１）：１－１９．［１４］ ＧＢＪ１４５－９０ 土的分类标准．（责任编辑王继红）６３８。
材料界面的粘附与剪切力研究
材料界面的粘附与剪切力研究随着科技的进步和工业的发展，材料的界面问题越来越受到重视。
材料界面的粘附与剪切力研究成为了材料科学领域的一个热门话题。
材料界面是不同材料之间的接触面，广泛存在于各种工程和科学领域。
了解材料界面的粘附与剪切力对于改善材料性能、提高产品质量具有重要意义。
在材料科学中，粘附力是指两个相邻材料之间发生的吸附力或拟黏性接触力。
它是不同物质之间互相吸引、相互接触的结果。
粘附力的强弱决定了材料的结合性能、耐久性和可靠性。
许多材料上的涂层、粘合剂和润滑剂的性能都直接与粘附力有关。
因此，研究材料界面的粘附力对于改善材料的耐久性和性能具有重要意义。
同时，剪切力是材料界面中的另一个重要因素。
材料界面上的剪切力指的是材料在受到外力作用下发生相对滑动的力。
剪切力的大小决定了材料的承受能力和稳定性。
不同材料之间的界面剪切力可以通过各种试验方法进行测量和评估。
研究界面的剪切力有助于我们了解材料的相对运动行为以及与外界环境的相互作用。
材料界面的粘附和剪切力的研究涉及到多种方法和技术。
例如，扫描电子显微镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)等表面分析技术可以用来观察和测量材料界面的形貌特征和表面粗糙度。
通过这些技术，可以研究不同材料之间的接触区域以及界面的结构和形态。
此外，拉伸试验、剪切试验和摩擦试验等机械性能测试也可以用来评估材料界面的粘附与剪切力。
这些实验方法可以提供定量的数据，帮助我们了解材料界面在不同条件下的力学行为。
对于材料界面的粘附与剪切力的研究，还有一些常用的理论模型和数值模拟方法。
例如，粘附力可以通过基于分子动力学的模拟方法来研究，这种方法可以模拟材料分子间的相互作用力和粘附力。
数值模拟方法可以提供对材料界面行为的深入理解，预测材料性能和应用中的界面失效问题。
在材料界面的粘附与剪切力研究中，还需要考虑到温度、湿度、压力和应力等外部因素的影响。
这些影响因素对于材料界面的性能和稳定性都具有重要作用。
土工格栅与土体界面摩擦特性试验研究
１ 土工格栅与土体界 面摩擦特性研究方法
Ｉ １ 试 验装 置 ．
考虑 到填料 的尺寸 效应 ， 土工格 栅与 砂砾料 的界 面拉 拔摩 擦特 性试 验 在清 华 大学 岩 土工程 研究 所 研
土 工格 栅 与 士 之 间的 表 面 摩 擦 力
— —
相对位移方 向
■－———・—●－—————●■－————●■———●■
土 颗 粒 与 格 栅横 肋 之 间 的端 承 力
格栅孔 内土与孔外土之 间的表面摩擦力
／
出， 拉筋 与土 的相互作 用型式 主要 表现 为直接 剪切摩 擦 与拉 拔摩 擦两 种 。土工 格 栅与 土体 的直剪 摩擦 特 性 主要用 于研 究筋 土界 面 的相互 作用 机理 、 土界 面 的抗 剪强 度指 标 以及筋 土界 面上 的局 部剪应 力 和剪 筋
应变的关系。拉拔摩擦特性是 以确定合理的锚固段长度及稳定性分析为 目的， 进行筋土界面相互作用机 理、 筋土 界面 的摩擦 系数 以及 筋 土界面剪 应力 和筋 土相对 位移 的变化规 律研 究 。 筋土 界面摩 擦特性 除 了与试 验方法 、 载 方式 、 验箱 侧 壁 边 界效 应 和 尺 寸效 应 、 料厚 度 、 实 度 加 试 填 压 以及 筋材 夹持状 况等有 关外 Ｊ还与填 料类 型 、 水 量等 密 切相 关 。以 土工 格栅 加 筋 土结 构 工程 实 ， 含 。 际为依 托 。 以结 构采 用 的 土工 格栅 和填料 类 型 （ １ ， 砂砾 料 、 粒 土 ） 细 为试 验 材料 ， 不 同强 度 的 土工 格 对
第２卷 第２ ３ 期
土体与混凝土界面剪切特性试验研究
土体与混凝土界面剪切特性试验研究
梁冬冬
【期刊名称】《国防交通工程与技术》
【年(卷),期】2024(22)1
【摘要】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。
【总页数】5页(P38-42)
【作者】梁冬冬
【作者单位】中铁十八局集团第三工程有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TU43
【相关文献】
1.锚杆-土体界面剪切特性影响因素试验研究
2.酸碱溶液污染对黄土-混凝土界面剪切特性影响试验研究
3.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
4.考虑粗糙度影响的黏性土-混凝土界面剪切特性室内试验研究
5.顶管泥浆套与混凝土界面剪切力学特性试验研究
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界面形态对黄土-泥岩接触面剪切力学特性影响研究
界面形态对黄土-泥岩接触面剪切力学特性影响研究许博闻;兰恒星;刘世杰【期刊名称】《工程地质学报》【年(卷),期】2024(32)2【摘要】黄土-泥岩接触面滑坡具有“双层异质”、较隐蔽、复活性强的特点,但现阶段研究主要针对该类滑坡的诱发因素及破坏机理,对黄土-泥岩接触面的剪切力学特性,特别是接触面形态对剪切力学特性影响的研究尚浅。
因此本文通过不同工况下的黄土-泥岩接触面直剪试验和基于颗粒流软件PFC~(2D)的数值模拟,研究了不同黄土-泥岩接触面形态对其抗剪强度的影响及作用机理。
结果表明:(1)界面形态对抗剪强度的影响主要体现在界面起伏表面积和剪切影响厚度对界面粗糙度的影响上,在相同法向压力下,界面粗糙度越大,接触面抗剪强度越高;(2)黄土-泥岩接触面试样的剪切破坏模式可分为沿界面滑动、界面滑动-凸体剪断和凸体直接剪断破坏3类,其演化受法向压力和凸体起伏角的影响;(3)随着界面粗糙度的增大,黄土与泥岩间的有效接触面积增大,界面处的颗粒嵌入量增大,界面抗剪强度显著提高。
结果可为黄土-泥岩接触面滑坡的预警与防治提供一定的理论支撑。
【总页数】15页(P448-462)【作者】许博闻;兰恒星;刘世杰【作者单位】长安大学地质工程与测绘学院;中国科学院地理科学与资源研究所;生态地质与灾害防控自然资源部重点实验室【正文语种】中文【中图分类】P642.3【相关文献】1.破碎泥岩颗粒与钢护筒接触面往复剪切特性试验研究2.深部土-结构接触面与界面层力学特性的直接剪切试验3.湿陷性黄土-混凝土接触面剪切力学特性及破坏型式研究4.接触角度对黄土-三趾马红土界面剪切力学特性影响研究5.黄土-泥岩接触面滑坡滑带土力学特征研究因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
土工膜与无砂混凝土垫层界面力学特性分析
土工膜与无砂混凝土垫层界面力学特性分析
王莹莹;乌景秀;任泽栋
【期刊名称】《低温建筑技术》
【年(卷),期】2015(037)004
【摘要】在高面板堆石坝工程中,土工膜作为辅助性措施与面板联合防渗结构在工程中应用比较广泛,土工膜与相接触的垫层材料之间的接触剪切力学特性关系到坝体的稳定.本文首先对土工膜界面力学特性试验设备及其试验原理进行了详细的阐述;然后利用该仪器对面、膜联合防渗工程中两种土工膜与无砂透水混凝土垫层材料之间的接触剪切力学特性进行了试验研究,并对不同竖向荷载条件下接触剪切力学特性测试结果做了对比分析;最后通过数据处理并结合理论推导,得到了土工膜在接触剪切作用下的剪切应力-竖向应力关系式.
【总页数】2页(P103-104)
【作者】王莹莹;乌景秀;任泽栋
【作者单位】南京水利科学研究院水工水力学研究所,南京210029;河海大学水利水电学院,南京210098;南京水利科学研究院水工水力学研究所,南京210029;河海大学水利水电学院,南京210098
【正文语种】中文
【中图分类】TU441.33
【相关文献】
1.无砂混凝土垫层配合比优化设计及力学性能分析
2.土工格栅与砂垫层界面力学特性试验研究
3.堆石坝防渗土工膜界面力学特性的直剪试验方法探索
4.堆石坝面防渗膜-垫层料界面力学特性试验研究
5.氦-空混合气体中磁头/磁盘界面的力学特性分析
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糙面土工膜表面微凸体的法向变形规律
糙面土工膜表面微凸体的法向变形规律
顾月;施建勇
【期刊名称】《科学技术与工程》
【年(卷),期】2024(24)7
【摘要】土工膜在垃圾填埋场衬垫系统中具有重要作用,其中糙面土工膜(GMX)与无纺土工织物(GT)的界面强度较低且极易发生滑坡。
糙面土工膜表面分布着高度不均且随机分布的微凸体,而微凸体的细观力学特性决定了GMX/GT的界面强度。
本文利用改进的大型直剪仪对GMX/GT界面进行了单轴压缩试验,并用轮廓仪测量了压缩前后的土工膜表面轮廓高度。
将GMX/GT的接触模型进行简化,研究了在法向载荷逐渐增加时的粗糙表面微凸体的法向变形规律。
通过将理论结果和试验结果进行对比,明确了土工膜表面微凸体的变形过程,从细观角度揭示了糙面土工膜的法向变形机理。
【总页数】6页(P2841-2846)
【作者】顾月;施建勇
【作者单位】河海大学岩土工程科学研究所;河海大学岩土力学与堤坝工程教育部重点实验室
【正文语种】中文
【中图分类】TU502
【相关文献】
1.酸蚀裂缝表面微凸体变形破碎规律
2.糙面土工膜与无纺土工织物界面剪切强度及表面粗糙度变化规律
3.考虑微凸体基体变形和相互作用的结合面法向接触刚度模型
4.静态接触中表面纹理对塑性变形界面微凸体平坦化的影响
5.考虑微凸体弹塑性过渡变形机制的结合面法向接触刚度分形模型
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－ － － － 收稿日期：２ ０ １ ６ ０ ６ ２ ７ ；收到修改稿日期：２ ０ １ ７ １ １ １ ４ ． 基金项目：国家重点基础研究发展计划“ ９ ７ ３ 计划” 项目（ ２ ０ １ ２ Ｃ Ｂ ７ １ ９ ８ ０ ３ ） 资助． － 第一作者简介：冯世进（ １ ９ ７ ８ ） ， 男， 博士， 教授， 博士生导师， 主要从事环境岩土工程及土动力学研究． Ｅ ｍ ａ ｉ ｌ ：ｆ ｓ ｊ ｇ ｌ ｙ ＠ｔ ｏ ｎ ｇ ｊ ｉ ． ｅ ｄ ｕ ． ｃ ｎ
－ Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇＧ ｅ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ 工程地质学报 １ ０ ０ ４ ９ ６ ６ ５ ／ ２ ０ １ ７ ／ ２ ５ （ １ ） ０ ０ ４ ３ ０ ７ Ｄ Ｏ Ｉ ：１ ０ ． １ ３ ５ ４ ４ ／ ｊ ． ｃ ｎ ｋ ｉ ． ｊ ｅ ｇ ． ２ ０ １ ７ ． ０ １ ． ０ ０ ６
土工膜与土界面剪切特性细观研究
冯世进 刘 鑫
（ 同济大学地下建筑与工程系 上海 ２ ０ ０ ０ ９ ２ ） 摘 要 填埋场衬垫系统中， 土与土工膜界面剪切强度较低， 易造成失稳破坏。目前国内外学者主要采用室内试验对土与土 工膜界面的宏观剪切特性进行研究， 而对界面剪切特性的细观研究较少。为了从细观角度研究土与土工膜界面的剪切特性， 本文采用 Ｅ ｓ ｙ Ｓ ｐ ａ ｒ ｔ ｉ ｃ ｌ ｅ 程序对土工膜与土界面直剪试验进行了离散元数值模拟分析。采用摩擦接触模型模拟砂土；采用黏结 模型颗粒模拟土工膜， 通过紧密排列土工膜颗粒以模拟土工膜的光滑表面。通过室内拟合试验， 选取和校准材料的细观参 应变关系；剪切带的厚度约为两倍平均土颗粒直径；剪切带中的土 数。分析结果表明， 离散元模型能较好的模拟界面应力 － 颗粒发生较大位移， 孔隙比增大， 而剪切带之外的土颗粒位移和孔隙比变化较小；随着剪切位移的增加， 颗粒间接触力逐渐向 左端集中， 力链方向由垂直逐渐倾斜。 关键词 土工膜 剪切特性 离散元 直剪试验 细观研究 中图分类号： Ｔ Ｕ ４ ４ ３ 文献标识码： Ａ
０ 引 言
由于其良好的防渗性能， 土工膜被广泛应用于 填埋 场 封 顶 和 底 部 衬 垫 系 统 （ 刘 长 礼 等，２ ０ ０ ０ ； Ｍ ｃ ｗ ａ ｔ ｔ ｅ ｒ ｓ ｅ ｔ ａ ｌ ． ， ２ ０ １ ６ ） 。虽然土工膜能将垃圾和渗 滤液有效隔离， 但是由于土工膜与黏土界面剪切强 度较低， 填埋场很容易沿土工膜与黏土界面滑移， 造 成 失 稳 破 坏。 如， １ ９ ８ ８年 美 国 加 利 福 尼 亚 州 Ｋ ｅ ｔ ｔ ｌ ｅ ｍ ａ ｎＨ ｉ ｌ ｌ ｓ 填埋场沿底部衬垫系统中 Ｈ Ｄ Ｐ Ｅ土 工膜 － 黏土界面发生整体滑动（ Ｍ ｉ ｔ ｃ ｈ ｅ ｌ ｌ ｅ ｔ ａ ｌ ． ， １ ９ ９ ０ ； × 张素珍等，２ ０ １ ３ ） ， 大约 ４ ９ １ ０ｍ 废弃物水平位移 达到了 １ ０ ７ ｍ ， 竖向位移达到了 ４ ３ ｍ ， 填埋场表面 裂缝明显。 为了研究土工膜与土界面相互作用机理， 国内 外学者对其进行了大量的试验研究， 取得了很多重 要的成果。 Ｉ ｚ ｇ ｉ ｎｅ ｔ ａ ｌ ． （ １ ９ ９ ８ ） 分别采用斜板试验和 直剪试验对不同形状的两种砂土与光滑和粗糙两种 Ｈ Ｄ Ｐ Ｅ土工膜之间的剪切特性进行了研究。试验结 果表明， 斜板试验得到的剪应力 － 法向应力曲线近 似于一条过原点的直线， 而直剪试验得到了较大的 黏聚力和摩擦角；砂土形状接近球形的 Ｏ ｔ ｔ ａ ｗ ａ 砂土 与土工膜界面摩擦强度受土工膜表面粗糙程度影响 较大。Ｌ ｉ ｎ ｇｅ ｔ ａ ｌ ． （ ２ ０ ０ １ ） 利用直剪试验研究了黏土 与Ｐ Ｖ Ｃ土工膜界面的接触特性， 其中黏土的塑性指 数为 ３ ５ ％到 １ ０ ０ ％， Ｐ Ｖ Ｃ土工膜包 括 光 面 和 糙 面。 研究表明， 相对与界面残余强度， 峰值强度有较高的 黏聚力， 界面摩擦角变化较小；土工膜表面光滑和 粗糙 对 界 面 残 余 强 度 影 响 较 小。 Ｄ ｅ Ｊ ｏ ｎ ｇｅ ｔａ ｌ ． （ ２ ０ ０ ５ ） 利用室内直剪试验对超固结条件下砂土与 土工膜界面剪切特性进行了研究， 结果表明， 随着超 固结比增大， 界面峰值摩擦系数大幅增加， 增加幅度 大小依赖于剪切过程中土工膜表面损伤和剪切带砂 土颗粒破碎程度， 界面残余摩擦系数受砂土超固结 的影响较小。高俊丽等（ ２ ０ １ １ ） 在传统土工膜的基
Ａ ｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ Ｇ ｅ ｏ ｍ ｅ ｍ ｂ ｒ ａ ｎ ｅｈ ａ ｓ ｂ ｅ ｅ ｎｃ ｏ ｍ ｍ ｏ ｎ ｌ ｙｕ ｓ ｅ ｄａ ｓ ｂ ａ ｒ ｒ ｉ ｅ ｒ ｓ ｉ ｎｌ ａ ｎ ｄ ｆ ｉ ｌ ｌ ｓ ｉ ｎｃ ｏ ｍ ｂ ｉ ｎ ａ ｔ ｉ ｏ ｎｗ ｉ ｔ ｈｓ ｏ ｉ ｌ ｓ ． Ｈ ｏ ｗ ｅ ｖ ｅ ｒ ，ｔ ｈ ｅ ｓ ｏ ｉ ｌ ｇ ｅ ｏ ｍ ｅ ｍ ｂ ｒ ａ ｎ ｅ ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｆ ａ ｃ ｅ ｓ ｍ ａ ｙ ｂ ｅ ｃ ｏ ｍ ｅ ｔ ｈ ｅ ｐ ｏ ｔ ｅ ｎ ｔ ｉ ａ ｌ ｐ ｌ ａ ｎ ｅ ｓ ｏ ｆ ｗ ｅ ａ ｋ ｎ ｅ ｓ ｓ ｗ ｉ ｔ ｈ ｉ ｎｔ ｈ ｅ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍａ ｌ ｏ ｎ ｇ ｗ ｈ ｉ ｃ ｈｆ ａ ｉ ｌ ｕ ｒ ｅ ｍ ａ ｙ ｏ ｃ ｃ ｕ ｒ ． Ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｆ ｏ ｒ ｅ ，ｍ ａ ｎ ｙｌ ａ ｂ ｏ ｒ ａ ｔ ｏ ｒ ｙｔ ｅ ｓ ｔ ｓｈ ａ ｖ ｅｂ ｅ ｅ ｎｃ ｏ ｎ ｄ ｕ ｃ ｔ ｅ ｄｂ ｙｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｅ ｒ ｓｔ ｏｉ ｎ ｖ ｅ ｓ ｔ ｉ ｇ ａ ｔ ｅｔ ｈ ｅｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｆ ａ ｃ ｅｓ ｈ ｅ ａ ｒ ｂ ｅ ｈ ａ ｖ ｉ ｏ ｒ ｓ ． Ｈ ｏ ｗ ｅ ｖ ｅ ｒ ，ｉ ｔ ｉ ｓ ｄ ｉ ｆ ｆ ｉ ｃ ｕ ｌ ｔ ｔ ｏ ｄ ｉ ｒ ｅ ｃ ｔ ｌ ｙ ｉ ｎ ｖ ｅ ｓ ｔ ｉ ｇ ａ ｔ ｅ ｔ ｈ ｅ ｍ ａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ａ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ａ ｎ ｄｍ ｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｓ ｍ ｓ ｏ ｃ ｃ ｕ ｒ ｒ ｉ ｎ ｇ ａ ｔ ｓ ｏ ｉ ｌ ｇ ｅ ｏ ｍ ｅ ｍ ｂ ｒ ａ ｎ ｅｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｆ ａ ｃ ｅ ｓｔ ｈ ｒ ｏ ｕ ｇ ｈｃ ｏ ｍ ｍ ｏ ｎｌ ａ ｂ ｏ ｒ ａ ｔ ｏ ｒ ｙｔ ｅ ｓ ｔ ｓ ．Ｉ ｎｏ ｒ ｄ ｅ ｒｔ ｏｉ ｎ ｖ ｅ ｓ ｔ ｉ ｇ ａ ｔ ｅｔ ｈ ｅｍ ｅ ｓ ｏ ｓ ｃ ｏ ｐ ｉ ｃ ａ ｌｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｆ ａ ｃ ｅ ｐ ｒ ｏ ｐ ｅ ｒ ｔ ｉ ｅ ｓ ｂ ｅ ｔ ｗ ｅ ｅ ｎｇ ｅ ｏ ｍ ｅ ｍ ｂ ｒ ａ ｎ ｅａ ｎ ｄｓ ｏ ｉ ｌ ，ａｓ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ ｏ ｆ ｎ ｕ ｍ ｅ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ ｄ ｉ ｒ ｅ ｃ ｔ ｓ ｈ ｅ ａ ｒ ｔ ｅ ｓ ｔ ｓ ａ ｒ ｅｃ ａ ｒ ｒ ｉ ｅ ｄｏ ｕ ｔ ｕ ｓ ｉ ｎ ｇａｍ ｏ ｄ ｉ ｆ ｉ ｅ ｄ ｔ ｈ ｒ ｅ ｅｄ ｉ ｍ ｅ ｎ ｓ ｉ ｏ ｎ ａ ｌＤ Ｅ Ｍｃ ｏ ｄ ｅ ，Ｅ ｓ ｙ Ｓ ｐ ａ ｒ ｔ ｉ ｃ ｌ ｅ ．Ｉ ｎｔ ｈ ｉ ｓｐ ａ ｐ ｅ ｒ ，ｔ ｈ ｅｓ ａ ｎ ｄｉ ｓｍ ｏ ｄ ｅ ｌ ｅ ｄｗ ｉ ｔ ｈｃ ｏ ｈ ｅ ｓ ｉ ｏ ｎ ｌ ｅ ｓ ｓｆ ｒ ｉ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ａ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ，ｗ ｈ ｉ ｌ ｅｔ ｈ ｅｇ ｅ ｏ ｍ ｅ ｍ ｂ ｒ ａ ｎ ｅｉ ｓｍ ｏ ｄ ｅ ｌ ｅ ｄｗ ｉ ｔ ｈｂ ｏ ｎ ｄ ｅ ｄｐ ａ ｒ ｔ ｉ ｃ ｌ ｅ ｓ ． Ｉ ｎｏ ｒ ｄ ｅ ｒ ｔ ｏｐ ｒ ｅ ｃ ｉ ｓ ｅ ｌ ｙｓ ｉ ｍ ｕ ｌ ａ ｔ ｅｔ ｈ ｅｓ ｍ ｏ ｏ ｔ ｈ ，ｔ ｈ ｅ ｄ ｉ ｓ ｔ ａ ｎ ｃ ｅ ｂ ｅ ｔ ｗ ｅ ｅ ｎｔ ｗ ｏ ｎ ｅ ａ ｒ ｅ ｓ ｔ ｂ ｏ ｎ ｄ ｅ ｄｐ ａ ｒ ｔ ｉ ｃ ｌ ｅ ｓ ｈ ａ ｓ ｂ ｅ ｅ ｎａ ｄ ｊ ｕ ｓ ｔ ｅ ｄｔ ｏ ａ ｓ ｍ ａ ｌ ｌ ｖ ａ ｌ ｕ ｅ ． ｓ ｕ ｒ ｆ ａ ｃ ｅｏ ｆ ｔ ｈ ｅｇ ｅ ｏ ｍ ｅ ｍ ｂ ｒ ａ ｎ ｅ Ｓ ｕ ｉ ｔ ａ ｂ ｌ ｅｍ ｅ ｓ ｏ ｓ ｃ ｏ ｐ ｉ ｃｄ ｉ ｓ ｃ ｒ ｅ ｔ ｅｅ ｌ ｅ ｍ ｅ ｎ ｔ ｐ ａ ｒ ａ ｍ ｅ ｔ ｅ ｒ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅｓ ａ ｎ ｄａ ｎ ｄｇ ｅ ｏ ｍ ｅ ｍ ｂ ｒ ａ ｎ ｅｈ ａ ｖ ｅｂ ｅ ｅ ｎｃ ａ ｌ ｉ ｂ ｒ ａ ｔ ｅ ｄｂ ｙｎ ｕ ｍ ｅ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ ｔ ｒ ｉ ａ ｘ ｉ ａ ｌ ｔ ｅ ｓ ｔ ｓ ａ ｎ ｄｔ ｅ ｎ ｓ ｉ ｌ ｅ ｔ ｅ ｓ ｔ ｓ ，ｒ ｅ ｓ ｐ ｅ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ ｌ ｙ ． Ｔ ｈ ｅ ｎ ｕ ｍ ｅ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｆ ａ ｃ ｅ ｄ ｉ ｒ ｅ ｃ ｔ ｓ ｈ ｅ ａ ｒ ｔ ｅ ｓ ｔ ｓ ａ ｒ ｅ ｐ ｅ ｒ ｆ ｏ ｒ ｍ ｅ ｄｕ ｎ ｄ ｅ ｒ ｔ ｈ ｅ ｓ ａ ｍ ｅ ｃ ｏ ｎ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓａ ｓｔ ｈ ｅｌ ａ ｂ ｏ ｒ ａ ｔ ｏ ｒ ｙｔ ｅ ｓ ｔ ｓ ，ａ ｎ ｄｔ ｈ ｅｓ ｉ ｍ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓａ ｒ ｅｃ ｏ ｍ ｐ ａ ｒ ｅ ｄｔ ｏｅ ｘ ｐ ｅ ｒ ｉ ｍ ｅ ｎ ｔ ａ ｌｄ ａ ｔ ａ ．Ｔ ｈ ｅＤ Ｅ Ｍ ｓ ｉ ｍ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｈ ｏ ｗ ｓｔ ｈ ａ ｔ ｔ ｈ ｅＤ Ｅ Ｍｓ ｉ ｍ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎｉ ｓｃ ａ ｐ ａ ｂ ｌ ｅｏ ｆ ｒ ｅ ａ ｓ ｏ ｎ ａ ｂ ｌ ｙｐ ｒ ｅ ｄ ｉ ｃ ｔ ｉ ｎ ｇｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ａ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎｂ ｅ ｈ ａ ｖ ｉ ｏ ｒ ｂ ｅ ｔ ｗ ｅ ｅ ｎ