论文部分内容阅读
摘 要 通过控制试样的颗粒级配、干密度、含水率，利用改进的直剪仪研究了不同预压时间对纯砂岩钢-土接触界面的剪切特性的影响。设计试验预压时间分别是0h、1h、6h、和24h，观测不同预压时间的试样分别在法向应力为50kpa、100kpa、150kpa、200kpa条件下的水平位移和法向位移，引入摩尔-库伦准则，分析了其应力应变关系、抗剪强度的变化特性。
关键词 时效性 钢土界面 剪切特性
一、引言
随着内河航运的飞速发展和西部大开发的推进，山区河流的码头建设中，大直径钢护筒嵌岩桩已得到了大量的运用。由于扰动等作用的影响，在成桩的过程中单根桩的承载力随着时间的推移而得到提升的现象称为时效性。对于钢护筒嵌岩桩，其时效性主要表现为嵌岩段以上的岸坡回填覆盖层对桩的承载性能的影响。覆盖层与钢护筒之间的剪切特性是影响此桩基侧阻力发挥程度的主要因素，然而覆盖层都是成桩后再回填的，因此研究回填覆盖层与钢护筒的剪切特性随时间的变化规律对工程实际具有重要的指导意义。Potyondy通过一系列的直剪试验，研究了不同土料与接触面的力学特性，得出土的性质、界面粗糙度、法向应力及含水率是影响土体剪切特性的主要因素。胡黎明等人用临界粗糙度将接触面定义为粗糙接触面和光滑接触面。张嘎等利用自制的大型剪切仪器也进行了一系列的粗粒土与结构接触面的剪切试验。分析以往学者的研究成果，发现关于对界面剪切特性时效性的研究较少，本文基于前人研究的基础上，主要研究了在纯砂岩的情况下时效性钢土界面的剪切特性的影响。
二、试验设计
本文中的试验土料取自位于长江上游的重庆港口，为了使试验与实际工程使用材料相符合，考虑到实际工程中土料的扰动作用，试验土样采用重塑土，其制备过程是通过现场取样、风干破碎、筛分、按原状土干密度和含水量配样、击实成样。本文设计试样干密度1.85g/cm3，含水率为8%。
三、数据分析
（一）剪应力-位移曲线随预压时间的变化分析
根据试验记录的数据，分别做出各法向应力不同预压时间条件下的剪切应力 （kpa）随水平位移 （mm）的变化关系曲线。本文以法向应力为200kpa时为例做对比分析，见图1。由图可知，不同預压时间下的 - 关系曲线的发展趋势大致相同。其剪切过程可分为三个阶段：剪应力随剪切位移急剧增长的弹性阶段、剪应力随剪切位移的增长增长缓慢的塑性阶段和剪应力随剪切位移的增长趋于稳定的破坏阶段，其中剪应力的增长量有超过90%的发生在弹性阶段。从图1中还可以看出，随着预压时间的增加， - 关系曲线在其弹性阶段斜率越来越大，说明剪应力随剪切位移的增长速度有所提升。
（二）抗剪强度随预压时间的变化分析
由试验得到的不同预压时间的各法向应力条件下其极限抗剪强度值，拟合成 - 关系曲线如图2。由图可以看出拟合的 - 曲线具有良好的线性关系，表明试验得到的钢土界面剪切强度是符合摩尔-库伦准则的；且随着预压时间的增加其曲线在图中的位移越偏上，说明随着预压时间的增加，抗剪强度有一定的提升。
（三）抗剪强度指标随预压时间的变化分析
根据摩尔-库伦准则，由图解法可以得到土体的抗剪强度指标内摩擦角 和粘结力c，图3和图4分别是其随时间的变化趋势。
四、结语
本文针对纯砂岩土料，对钢土接触面剪切特性的时效性进行了试验研究，探索了纯砂岩的钢土界面剪应力应变关系、抗剪强度及强度参数随预压时间的变化规律，得到了以下结论：
（1）纯砂岩钢土界面剪应力应变关系表现为弹塑性，没有明显的应变软化现象发生，随着预压时间的增加，剪应力应变关系曲线形式基本一致；
（2）纯砂岩的抗剪强度主要受接触面上所加的法向应力的影响，随着法向应力的增加，抗剪强度有着明显的提升；预压时间对纯砂岩的抗剪强度的影响较小，随着预压时间的增加，抗剪强度有一定的提升，提升速度逐渐减缓，最后抗剪强度趋于稳定；
（3）由6h和24h的抗剪强度对比可知纯砂岩的时效性能在短时间内表现出来，但是这个时间应该至少大于6h；
（4）通过摩尔-库伦准则，拟合不同预压时间下的粘结力c和内摩擦角 ，发现随着预压时间的增加，粘结力表现出先增加后降低并趋于稳定的现象，而内摩擦角表现为增加并趋于稳定。
参考文献：
[1]POTYONDY J G.Skin friction between various soils and construction materials[J].Geotechnique，1961，11（4）：339-345.
[2]罗战友，王伟堂，刘薇.桩–土界面摩擦对静压桩挤土效应的影响分析[J].岩石力学与工程学报，2005， 24（18）：3299-3304.
[3]张嘎，张建民.粗粒土与结构接触面单调力学特性的试验研究[J].岩土工程学报，2004（01）： 21-25.
（作者单位：重庆交通大学国家内河航道整治工程技术研究中心；重庆交通大学河海学院）
关键词 时效性 钢土界面 剪切特性
一、引言
随着内河航运的飞速发展和西部大开发的推进，山区河流的码头建设中，大直径钢护筒嵌岩桩已得到了大量的运用。由于扰动等作用的影响，在成桩的过程中单根桩的承载力随着时间的推移而得到提升的现象称为时效性。对于钢护筒嵌岩桩，其时效性主要表现为嵌岩段以上的岸坡回填覆盖层对桩的承载性能的影响。覆盖层与钢护筒之间的剪切特性是影响此桩基侧阻力发挥程度的主要因素，然而覆盖层都是成桩后再回填的，因此研究回填覆盖层与钢护筒的剪切特性随时间的变化规律对工程实际具有重要的指导意义。Potyondy通过一系列的直剪试验，研究了不同土料与接触面的力学特性，得出土的性质、界面粗糙度、法向应力及含水率是影响土体剪切特性的主要因素。胡黎明等人用临界粗糙度将接触面定义为粗糙接触面和光滑接触面。张嘎等利用自制的大型剪切仪器也进行了一系列的粗粒土与结构接触面的剪切试验。分析以往学者的研究成果，发现关于对界面剪切特性时效性的研究较少，本文基于前人研究的基础上，主要研究了在纯砂岩的情况下时效性钢土界面的剪切特性的影响。
二、试验设计
本文中的试验土料取自位于长江上游的重庆港口，为了使试验与实际工程使用材料相符合，考虑到实际工程中土料的扰动作用，试验土样采用重塑土，其制备过程是通过现场取样、风干破碎、筛分、按原状土干密度和含水量配样、击实成样。本文设计试样干密度1.85g/cm3，含水率为8%。
三、数据分析
（一）剪应力-位移曲线随预压时间的变化分析
根据试验记录的数据，分别做出各法向应力不同预压时间条件下的剪切应力 （kpa）随水平位移 （mm）的变化关系曲线。本文以法向应力为200kpa时为例做对比分析，见图1。由图可知，不同預压时间下的 - 关系曲线的发展趋势大致相同。其剪切过程可分为三个阶段：剪应力随剪切位移急剧增长的弹性阶段、剪应力随剪切位移的增长增长缓慢的塑性阶段和剪应力随剪切位移的增长趋于稳定的破坏阶段，其中剪应力的增长量有超过90%的发生在弹性阶段。从图1中还可以看出，随着预压时间的增加， - 关系曲线在其弹性阶段斜率越来越大，说明剪应力随剪切位移的增长速度有所提升。
（二）抗剪强度随预压时间的变化分析
由试验得到的不同预压时间的各法向应力条件下其极限抗剪强度值，拟合成 - 关系曲线如图2。由图可以看出拟合的 - 曲线具有良好的线性关系，表明试验得到的钢土界面剪切强度是符合摩尔-库伦准则的；且随着预压时间的增加其曲线在图中的位移越偏上，说明随着预压时间的增加，抗剪强度有一定的提升。
（三）抗剪强度指标随预压时间的变化分析
根据摩尔-库伦准则，由图解法可以得到土体的抗剪强度指标内摩擦角 和粘结力c，图3和图4分别是其随时间的变化趋势。
四、结语
本文针对纯砂岩土料，对钢土接触面剪切特性的时效性进行了试验研究，探索了纯砂岩的钢土界面剪应力应变关系、抗剪强度及强度参数随预压时间的变化规律，得到了以下结论：
（1）纯砂岩钢土界面剪应力应变关系表现为弹塑性，没有明显的应变软化现象发生，随着预压时间的增加，剪应力应变关系曲线形式基本一致；
（2）纯砂岩的抗剪强度主要受接触面上所加的法向应力的影响，随着法向应力的增加，抗剪强度有着明显的提升；预压时间对纯砂岩的抗剪强度的影响较小，随着预压时间的增加，抗剪强度有一定的提升，提升速度逐渐减缓，最后抗剪强度趋于稳定；
（3）由6h和24h的抗剪强度对比可知纯砂岩的时效性能在短时间内表现出来，但是这个时间应该至少大于6h；
（4）通过摩尔-库伦准则，拟合不同预压时间下的粘结力c和内摩擦角 ，发现随着预压时间的增加，粘结力表现出先增加后降低并趋于稳定的现象，而内摩擦角表现为增加并趋于稳定。
参考文献：
[1]POTYONDY J G.Skin friction between various soils and construction materials[J].Geotechnique，1961，11（4）：339-345.
[2]罗战友，王伟堂，刘薇.桩–土界面摩擦对静压桩挤土效应的影响分析[J].岩石力学与工程学报，2005， 24（18）：3299-3304.
[3]张嘎，张建民.粗粒土与结构接触面单调力学特性的试验研究[J].岩土工程学报，2004（01）： 21-25.
（作者单位：重庆交通大学国家内河航道整治工程技术研究中心；重庆交通大学河海学院）