钢护筒嵌岩桩钢-土界面往复剪切特性及强度弱化机理

摘要

长江上游流域多高山峡谷，水流湍急且水位变动幅度大，地质条件较为复杂，为了解决这些工程难点，大直径钢护筒嵌岩桩作为山区河流码头结构的新基础形式应用广泛。跟传统桩基与桩周土接触问题不同，钢护筒嵌岩桩其桩基嵌入基岩一定深度，桩身钢护筒外侧与回填土层形成的接触面为钢-土界面;钢护筒嵌岩桩在使用周期内长期受到船舶撞击力、系缆力、波浪荷载等循环荷载的作用，使钢护筒嵌岩桩钢-土界面间发生反复剪切，从而影响码头正常工作甚至安全稳定。因此，本文以重庆地区广泛分布的泥岩为试验材料，研究了钢护筒嵌岩桩钢-土界面往复剪切特性，具体研究内容和研究成果如下:
　　(1)改进了大型往复剪切系统。改进现有试验系统得到能够满足法向常刚度控制和法向常应力控制的钢-土界面往复剪切系统，主要包括仪器主体部分、动力系统和数据采集及控制系统三部分;对改进后的试验系统进行了重复性试验，结果表明试验系统重复性试验对试验结果影响较小，能够为室内粗颗粒土钢-土界面往复剪切特性试验研究的开展提供可靠的硬件支持。
　　(2)分别揭示了初始法向应力、界面粗糙度以及试样含水率对钢-土界面往复剪切特性的影响。利用改进的试验系统，研究了各因素下试样剪切应力应变关系、法向应力、法向位移以及界面抗剪强度的变化规律;对比分析了法向常刚度条件和法向常应力条件时界面抗剪强度的演变规律，发现常应力条件下界面抗剪强度的弱化程度远远小于常刚度条件。
　　(3)统计分析了各因素下钢-土界面往复剪切试验中颗粒破碎程度的变化规律。通过对试验后的试样进行筛分试验，统计各粒径组土颗粒含量，结果表明各试样均发生了不同程度的颗粒破碎现象;试样颗粒破碎率与初始法向应力的关系成线性分布，与界面粗糙度的关系成抛物线分布，与往复剪切次数的关系成对数函数分布;各因素下试样颗粒破碎率分别在法向常刚度条件时和法向常应力条件时具有相似的变化规律，且颗粒破碎率在常应力条件下始终大于常刚度条件。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 国内外研究现状

1．2．1 土与结构接触面模型试验研究

1．2．2 土与结构接触面数值模拟研究现状

1．3 本文的主要研究内容

1．4 本文研究的主要技术路线

第二章 钢-土界面往复剪切试验设计

2．1 概述

2．2 试验目的及试验方法

2．3 试验仪器

2．4 法向常刚度条件的实现

2．4．1 法向常刚度的定义

2．4．2 弹簧刚度标定试验

2．5 试验材料的力学性质

2．6 试验土料的制备

2．7 试验土料击实试验

2．8 试验系统平行试验论证

2．9 本章小结

第三章 界面粗糙度对粗颗粒土钢-土界面往复剪切特性影响研究

3．1 概述

3．2 界面粗糙度试验方案设计

3．2．1 界面粗糙度的定义

3．2．2 试验方案

3．2．3 试验步骤

3．3 初始法向应力对钢-土界面往复剪切特性的影响

3．3．1 法向边界为常刚度条件

3．3．2 法向边界为常应力条件

3．4 界面粗糙度对钢-土界面往复剪切特性的影响

3．4．1 法向边界为常刚度条件

3．4．2 法向边界为常应力条件

3．5 本章小结

第四章 试样含水率对粗颗粒土钢-土界面往复剪切特性影响研究

4．1 概述

4．2．1 试验方案

4．2．2 试验步骤

4．3 初始法向应力对钢-土界面往复剪切特性的影响

4．3．1 法向边界为常刚度条件

4．3．2 法向边界为常应力条件

4．4 试样含水率对钢-土界面往复剪切特性的影响

4．4．1 法向边界为常刚度条件

4．4．2 法向边界为常应力条件

4．5 本章小结

第五章 往复剪切试验中粗颗粒土颗粒破碎统计分析

5．1 概述

5．2 粗粒土颗粒破碎试验方案设计

5．2．1 颗粒破碎量化指标

5．2．2 试验方案

5．2．3 试验步骤

5．3 初始法向应力的影响分析

5．4 界面粗糙度的影响分析

5．5 往复剪切次数的影响分析

5．6 法向边界条件的影响分析

5．7 本章小结

第六章 结论和展望

6．1 结论

6．2 研究展望

致谢

参考文献

在学期间发表的论著及取得的科研成果