冻结粉质粘土与混凝土桩接触面流变特性试验研究

发布时间：2017-09-18 06:23

  本文关键词：冻结粉质粘土与混凝土桩接触面流变特性试验研究

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【摘要】：伴随着基本建设的发展,桩基础已广泛应用于寒区工程建设中,因而在冻土区存在着大量的桩-冻土接触面问题。桩-冻土接触面特性是决定桩基础安全性和长期稳定性的关键。在桩-冻土接触面的研究中,为了得到影响其特性的主要因素和基本规律,往往要进行冻土-结构体接触面的剪切变形试验,然而,低温条件下接触面的相关试验研究手段还相对较为缺乏。因此,设备的研制以及配套测试系统的开发成为了桩-冻土接触面研究的重要前提。在综合考察国内外土-结构接触面试验设备的基础上,结合国家自然科学基金项目“多年冻土地基桩土界面形成机理的理论与试验研究”(项目批准号:51268033),自主设计研发了一套大型冻土-结构接触面流变测试系统,该系统能够真实还原,准确模拟和再现冻土-桩接触面上的物理力学特性和变形情况。此外,考虑到实际试验的需要,将试验中所用到的剪切盒设计为内尺寸200×200×100mm的方形剪切盒。借助于该测试系统,选取兰州粉质粘土、C35混凝土,控制土样的含水量为20%,分别在不同温度(15℃、-0.7℃、-2℃、-3.5℃),不同法向应力(50kPa、100kPa、150kPa、200kPa)下进行了接触面剪切试验和蠕变试验。通过剪切试验绘制不同温度下的应力-应变关系曲线,得到不同温度不同法向应力下的接触面抗剪强度,经接触面强度参数计算,得到不同温度下的接触面摩擦角Φ和粘聚力c。通过分级加载蠕变试验绘制不同温度不同法向应力下的应力-应变关系曲线,根据“线性叠加原理”,采用“坐标平移法”对其进行转化,得到不同温度不同法向应力下的蠕变关系曲线。由接触面剪切试验结果可知,不同温度不同法向应力下的剪切曲线形态相似;相同温度和同一剪切位移条件下,接触面的剪切力、抗剪强度都随着法向应力的增大而增大;同一法向应力下,接触面抗剪强度随温度的降低而增大;接触面间的摩擦角Φ和粘聚力c均随接触面温度的降低而增大,与摩擦角Φ相比,随着温度的改变,粘聚力c的增大更为明显。由接触面蠕变试验结果可知,分级加载条件下接触面剪切位移-时间关系曲线呈阶梯状发展;在剪应力水平较低的条件下,蠕变主要表现为衰减型蠕变,随着剪应力的增大,接触面上的蠕变曲线逐渐由衰减型蠕变转变为非衰减型蠕变;分级后每级应力作用时间与温度、法向应力、剪应力水平有关,大多集中在300~700min范围;对于衰减型蠕变而言,随着剪应力水平的增大,非蠕变稳定阶段历时变短,而稳定蠕变阶段时间却随之延长。
【关键词】：冻土 桩-土接触面 剪切试验 蠕变试验
【学位授予单位】：兰州交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU473.1
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 1 绪论11-20
• 1.1 选题的背景及研究意义11-12
• 1.2 桩-土接触面特性国内外研究现状12-17
• 1.2.1 接触面试验技术和试验设备开发研究现状12-15
• 1.2.2 接触面力学特性研究现状15-16
• 1.2.3 接触面数值模拟研究现状16-17
• 1.3 本文的主要研究内容和技术路线17-20
• 2 冻土流变理论分析20-35
• 2.1 冻土流变的概述20-21
• 2.1.1 冻土流变学的发展20
• 2.1.2 冻土的蠕变过程20-21
• 2.2 冻土流变理论21-34
• 2.2.1 经验方程类冻土蠕变理论21-23
• 2.2.2 流变模型类冻土蠕变理论23-32
• 2.2.3 冻土应力松弛特性理论32-34
• 2.3 冻土流变破坏的微观变形分析34-35
• 3 大型冻土-结构接触面流变测试系统的研制35-50
• 3.1 概述35
• 3.2 方案的设计与比选35-38
• 3.2.1 方案一35-36
• 3.2.2 方案二36-37
• 3.2.3 方案三37-38
• 3.2.4 方案四38
• 3.2.5 方案的比选38
• 3.3 大型冻土-结构接触面流变测试系统的结构组成38-49
• 3.3.1 加载系统40-41
• 3.3.2 导向系统41-43
• 3.3.3 剪切盒系统43-47
• 3.3.4 温度控制系统47-48
• 3.3.5 数据采集和量测系统48-49
• 3.3.6 安全防护装置49
• 3.4 本章小结49-50
• 4 冻土蠕变试验的准备工作及试验过程50-66
• 4.1 大型多功能直剪仪的相关标定和检测50-54
• 4.1.1 机电百分表的标定50
• 4.1.2 系统摩擦系数的标定50-51
• 4.1.3 大型多功能直剪仪的检测51-54
• 4.2 土样的基本物理性质54-58
• 4.2.1 筛分试验54-55
• 4.2.2 击实试验55-56
• 4.2.3 液、塑限试验56-57
• 4.2.4 三轴试验57-58
• 4.3 试样的制备58-60
• 4.3.1 混凝土的配制58-59
• 4.3.2 土样的制备59-60
• 4.4 冻土的蠕变试验方案和试验过程60-64
• 4.4.1 试验加载方式60-61
• 4.4.2 试验加载大小与蠕变判稳标准61
• 4.4.3 试验方案61-62
• 4.4.4 试验过程62-63
• 4.4.5 试验现象63-64
• 4.5 本章小结64-66
• 5 冻土-混凝土接触面的试验结果分析66-80
• 5.1 剪应力-剪切位移关系曲线66-68
• 5.2 接触面强度参数的计算68-70
• 5.3 法向应力和温度对接触面强度的影响70-71
• 5.4 接触面蠕变变形过程分析71-74
• 5.5 接触面蠕变曲线分析74-78
• 5.6 本章小结78-80
• 6 结论与展望80-82
• 6.1 本文的主要工作及结论80-81
• 6.2 展望81-82
• 致谢82-83
• 参考文献83-88
• 攻读学位期间的研究成果88

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