冻结粉质粘土与混凝土桩接触面流变特性试验研究

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；接触面间的摩擦角和粘聚力c均随接触面温度的降低而增大，与摩擦角相比，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。