单一粒径砂-混凝土单剪试验研究

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1、4低温建筑技术2012年第9期(总第171期)单一粒径砂一混凝土单剪试验研究刘江元，韩晓雷，王海刚(西安建筑科技大学土木工程学院．西安710055)【摘要】通过单剪试验，研究了不同单一粒径砂与混凝土接触面的力学特性。试验结果表明，不同单一粒径砂的接触面厚度和试样破坏时的剪切位移随粒径的增加而增加；在法向压力较低时，剪切应力一位移关系曲线呈现应变软化型；随着法向压力的增高，剪切应力一位移关系曲线逐步呈现应变硬化型；此时，单一粒径砂与混凝土界面剪应力一位移曲线可看成由一条斜直线、一条双曲线和一条水平直线三部分组成。随着法向压力的增大，试样剪胀性逐渐减弱，试样发生剪胀时的剪应力也逐渐增大。【

2、关键词】大型单剪仪；单一粒径；接触面厚度；剪胀【中图分类号】TU528．0【文献标识码】B【文章编号】1001—6864(2012)09—0004—03砂垫层隔震是村镇建筑隔震减震的热点方向，其减震验方案如表1所示。效果与垫层材料以及基础接触面的力学特性有着直接关法向压力法向荷重传感器系。赵少伟，窦远明⋯通过振动台实验探讨了不同粒径砂垫层的隔震情况，发现单一粒径比连续级配的砂垫层减振效果好且粒径较大效果更好。但是，对于单一粒径材料与水结构接触面的力学特性，却鲜有描述。单剪试验已成为研究接触面力学特性的常用试验。Uesugi、Kishida率先采用单剪仪进行了干砂与钢板接触面特性的单剪实

3、验。殷宗泽等通过单剪试验认为接触面破坏是一个由边缘向内部逐渐扩展的过程。周小文等对图1单剪仪试验原理示意图砾石垫层与混凝土接触面的力学特性进行了试验研究。接触面的相对粗糙度，接触面材料的颗粒级配，形状以表1单剪试验方案及作用在接触面上的正应力是影响接触面抗剪强度的主要试验方案试样条件因素。为此，对3种不同的单一粒径砂与混凝土接触面的强度和破坏特性、接触面的应力应变特性等问题进行了研究。试样1粒径小于0．Imm的砂，e=I．52g／em1试验方法试样2粒径1．0ram-2．0ram的粗砂，e=I．64g／era(1)试验仪器：试验设备为西安建筑科技大学岩土工试样3粒径2．0-5．0ram

4、的砾砂，e=1．76g,／em程研究所研制的大型单剪仪。该设备具有试样尺寸大(直径D=500mm)、施加荷载大(法向500kN，切向500kN)等特点，适用于粒径60ram以下的各类土与结构接触面相互作用的试验研究。单剪仪的下剪切盒由钢板制成，尺寸500mmx150mm(直径x高)。上盒高度亦采用150mm，由lO个叠环组成，每个叠环厚度为15mm，内径为500ram，叠环通过由平面滚针来减少摩擦。一图1为单剪仪试验原理示意图。单剪仪每层叠环及下图2试样1试验前图3混凝土面板部盒体的前端都装有测量水平位移变化的位移计，最大允许剪切位移100mm，水平加载采用液压泵供油应变控制方接触面粗

5、糙度则是影响接触面力学性质的重要因素。式；垂直荷载、水平推力及水平位移、竖向位移数据由计算对于土与混凝土面板的接触面，定义为混凝土面板测点机自动采集。的峰谷距的均方根值。试验前，以混凝土面板某一角点为(2)试验方案：文中试验所用土样为不同粒径的砂起始点，沿30mm×30mm的网格，将位移传感器逐次移动到土，在不同法向应力下，对单一粒径的砂土与具有相同表面各网格点上，并求得所有每相邻两点相对高程差的绝对值，粗糙度的混凝土面板之问的接触面力学特性进行了深入研再求均方根值，即为文中描述接触面的粗糙度R。经统计究。试验采用单一粒径的砂土，相对密实度为D=70％，试计算，文中试验混凝土接触面的粗

6、糙度R为0．3—0．7mm。[基金项目]国家自然科学基金资助项目(51108370)刘江元等：单一粒径砂一混凝土单剪试验研究5试验时下盒采用自制的尺寸为620mm×600m／n×150mm(1)接触面厚度的确定。接触面厚度的影响因素很(长×宽×高)的C30混凝土面板。试验正应力分别采用5O、多，如粒径、颗粒级配、密度、接触面粗糙程度以及施加于接100、200、300kPa。剪切速率为0．4mm／min，当剪力基本保持触面上的法向应力等。通过试验，3种方案与混凝土接触面不变或接触面相对剪切位移达到20mm时，停止试验。试验得到的试样破坏荷载峰值时水平位移沿试样高度的分2试验结果布按次序如

7、图4所示。昌巨E宣髓墟韫韫剪切位移／ram剪切位移／mm剪切位移『mm图4试样剪切位移梧试样高度分布匡三50莲kP篓a粪510152025剪切位移／mm剪切位移／nun剪切位移／mm图5试样接触面剪切应力一位移关系曲线通常认为接触面厚度是土体剪应变(或位移)发生突变一位移曲线可看由三部分组成：初始弹性应变直线阶段，弹的点到接触界面的距离，通过对3种方案接触面水平位移沿塑性应变双曲线阶段，塑性应变直线段。试样高度的变化规律的分析，可以发现以下规律