复杂应力路径下三轴界面试验方案设计与求解.pdfVIP

第42卷第2期 西 安 建 筑 科技 大 学 学 报(自然科学版) V01．42No．2 2010年4月 Science J．Xi’anUniv．ofArch．Tech．(NaturalEdition) Apr．2010 复杂应力路径下三轴界面试验方案设计与求解 刘 成1，王来贵2，陈海明3 (1．同济大学地下建筑与工程系，上海200092；2．辽宁工程技术大学力学系，辽宁阜新123000； 3．安徽理工大学土木工程系，安徽淮南232001) 摘要：为解决岩土工程中在复杂应力路径下土体一结构界面复杂接触变形行为问题，根据三轴试验仪可以提 供复杂外部荷载条件的能力和在土体中嵌入结构材料的可行性特性，提出了借助三轴试验仪测试复杂应力 路径下界面行为的试验方案，推导了特定条件下界面行为的接触分析解，给出了确定双曲线模型参数的方法。 结果表明，这种三轴界面试验方案可以很好地描述复杂应力路径下土体一结构界面的复杂变形行为，并能够方 便地应用于土体一结构相互作用分析中． 关键词-设计；土体；钢板；土体一结构相互作用；界面测试；三轴试验 中图分类号：TH873．7 文献标识码：A 文章编号：1006—7930(2010)02—0159一04 两种材料界面剪切变形行为是较为复杂的，不同材料之间的摩擦、界面粗糙度、土体颗粒的剪胀、剪 缩与破坏，外部荷载以及条件的不同都会改变界面的行为，为了得到这种行为的较为精确的描述，国内 外学者针对不同的试验条件和工程需求设计了多种实验仪器和试验方案，以现场试验、监测手段或者室 内界面剪切试验获取数据来准确地描述两种材料界面剪切变形行为．随着计算机技术的飞速发展和精 密传感仪器、摄像仪器的广泛应用，试验仪器和试件制备以及数据获取和处理手段都得到了很大的改 进，为从宏观到微观的两个方向研究接触界面的行为提供了有力的技术支持． 见诸文献的室内界面剪切试验常用仪器有直剪仪、单剪仪和环剪仪n。4]，根据仪器的功能不同可以 测定土体一混凝土界面、土体一钢铁界面的摩擦角，取得的数据可以模拟各种工程结构如深基础、挡土墙、 边坡、巷道支护等与土体之间的接触特性，或者作为模拟界面特性的各种本构模型的参数参考依据．除 了采用工程实地取得的各种土体样本外，还可以用玻璃珠、木屑、以及它们的不同比例的混合物作为土 体替代材料，通过不同土材料的对比分析，确定土体的各种物理力学特性以及几何尺寸等对界面特性的 影响．土体含水量、渗透系数、亲水性、塑性指数、荷载条件、排水条件和边界条件也是改变界面行为的重 要因素．结构材料常用钢铁、混凝土和增强玻璃纤维材料，增强玻璃纤维材料以其防腐蚀和优越的耐久 性成为研究的重要方向．其它的界面接触试验如土体一岩石、岩石一岩石也有相关研究报道． 由于直剪仪、单剪仪和环剪仪试验仪器本身的固有局限∞曲]，虽然许多学者已经对这些仪器做了许 多值得称誉的改进，测试界面的复杂应力路径下摩擦效应仍不容易，仪器端部效应影响、界面滑移应变 和土体自身变形难以分开、检测方法复杂等客观因素制约了测试能力的进一步发展． 2 三轴试验仪界面试验方案 三轴试验仪本身在测试复杂应力路径下的试件特性具有比较大的优势，作者考虑用三轴试验仪作 为界面测试手段，提出了三轴试验仪界面试验方案，在不改变试验机本身装置的条件下，仅需要做微小 的改动，即可以实现复杂应力路径下界面行为的测试． 2．1方案介绍 三轴试验仪界面可以根据结构的材料、放置方法、结构几何外形等分为若干种．这里介绍的三轴试 验仪界面方案是最简单也是最直接的测试方案．将三轴试验机做微小改动：a．在顶部增加夹持装置；b． 在底部增加插槽板．c．在试件中间嵌入钢板．图1表示的是改进的三轴仪和试样的应力应变状态．嵌入 修改稿日期：2010—02—09 收稿日期：2009—1l一15 基金项目：国家自然科学基金资助项目 作者简介：刘成(1982一)，男，江苏宿迁入，博上研究生，主要从事岩土动力学和渗流分析研究． 万方数据 160 西安建筑科技大学学报(自然科学版)