土与结构物的接触特性研究(2)

来源:南粤论文中心 作者:李建华,祝方才,廖新 发表于:2010-04-26 09:26  点击:
【关健词】含水量;密实度;剪应力;接触面;抗剪强度
的关系曲线。 2.1 土体的密实度与粘聚力和内摩擦角的关系 由试验数据得到剪应力与剪切位移曲线关系,如 图2所示。 剪切位移/mm a)CO=12%./)=-80% 由试验数据对极限剪应力与密实度和法向应力拟 合可得到相应的


 
的关系曲线。
2.1    土体的密实度与粘聚力和内摩擦角的关系 由试验数据得到剪应力与剪切位移曲线关系,如
图2所示。

 


剪切位移/mm a)CO=12%./)=-80%
由试验数据对极限剪应力与密实度和法向应力拟
合可得到相应的拟合方程,见表2、3及图3、4。
裹2  剪应力与密实度的拟合方程
Table 2 The fitting  equation of shear stress and density

 

 

 


裹3   剪应力与法线应力的拟合方程
Table 3  The fitting equation of shear stress andnormal stress

 

 

 

d室长蠲蜜

 


剪切位移/ram
b)∞=12%,D=85%

圈3  剪应力与密实度的拟合曲线
Fig.3   The fitting curve of shear stress with different degree of compaction


£芒R崔豁

 


剪位移/nun

c)∞=12%。D=90%

19.9

19.7
l
密实度,%
d)∞=12%
图2  不同密实度情况下的剪切强度

19.5

19.3

19.1腰
-s,誓
18.7

18.5

18.3

18.1

圈4  剪应力与法向应力的拟合曲线 Fig.4   The fitting  curve of shear stress 嘶th normal stress

由图2—4以及表2、3可知:土体与结构物接触面 的抗剪强度随着正应力的增大而线性增加。当含水率 一定时,随着密实度的增大,剪应力线性增加,其原 因主要是粘聚力与摩擦角随密实度的线性增大,如图
2中d)所示,从而验证了可利用Mohr.Coulomb准则 建立土与混凝土等结构物接触面强度公式的正确性。
 
Fig.2 Shear strength wi曲different   degree of compaction
Mohr-Coulomb强度公式表示为:

r=Dknan妒,
式中:c为接触面粘聚力; 妒为接触面内摩擦角; 仃为法向正应力。
从以上分析说明,土的密实度对接触面剪切特性 有一定影响,土体越密实,土的强度越高,从而增强 接触面的抗剪性能。随着密实度的增大,内粘聚力增 加,这可从土体内部结构分析:土体越密实。土颗粒 间以及土颗粒与结构物间的咬合作用越强,使得其间 结合力越大,这结合力便是土体的内粘聚力,同时这 也增大了接触面间的摩擦角。
2.2    土体的含水量与粘聚力、内摩擦角的关系 当压实度控制在80%时,探讨土体含水量对抗剪
强度的影响,得到图5所示的关系曲线。


圈5  不同含水率情况下的剪切强度
Fig.5 Shear strength喇th different water content

由图5中的d)所示,土体的抗剪强度对含水率的 变化较为敏感,含水量增大或减小,接触面粘聚力与 摩擦角呈现明显的变化趋势,其表现为,随着含水率 的增大,土与混凝土块接触面的摩擦角线性减小,最 后趋于稳定;接触面粘聚力先是增大,达到一峰值后迅 速减小,与峰值粘聚力对应的含水率约在15%~18%。 然而,此时的含水量正好是土体本身处于塑性状态的 含水量,在上覆压应力作用下,土与结构物达到最佳 的粘结状态,从而界面粘聚力达到峰值,随后粘聚力 迅速减小的原因可能是多余的孔隙水汇集在土与混凝 土块的接触面,形成一层薄结合水膜,结合水膜起到 了润滑作用,削弱了接触面粘聚力,从而降低了土体 与结构物之间的抗剪强度。

3   结论

本文通过多组土与混凝土试块的直剪试验,得到 了不同密实度、不同含水率情况下土与结构物接触面 的剪切特性试验数据,并得到如下结论:
1)土与混凝土块接触面的剪应力符合MOh r— Coulomb准则强度公式f=叶仇an   9,从而可通过直剪摩 擦试验量测C与妒等参数值,建立土与结构物接触特性 研究的本构模型。
2)土与混凝土块接触面抗剪强度随土体干密度的 增大而增大,随土体含水率的增大而呈现出线性减 小。从本文分析可知,抗剪强度的大小基本上受接触 面粘聚力大小的影响,粘聚力与摩擦角对水的敏感性 较大。
3)由试验数据分析可知,土与结构物间的界面抗 剪强度受含水量的影响较大,因此,在边坡支护或填 土路堤施工时,要注意对工程进行防水处理,控制土 体含水量在塑性状态附近为宜。

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