一种测定桩土接触面长期剪切强度的简易试验方法

摘要

本发明属于岩土工程领域，具体地，涉及一种测定桩土接触面长期剪切强度的简易试验方法。桩土接触面长期剪切强度的简易试验方法，具体步骤如下：(1)、混凝土试样制备；(2)、制作土样，土样固结；(3)、测定土样物理力学性质；(4)、将土样和混凝土试样组合；(5)、组合试样进行不同围压下的常规三轴试验，得到短期剪切强度；(6)、组合试样进行不同围压下的长时蠕变三轴试验，监测长期剪切应变；(7)、通过等时应力应变曲线法分析不同围压下桩土接触面长期剪切强度。本发明可以模拟实际工程中桩土接触面长期剪切强度，应用范围广，直接利用静三轴仪即可完成，操作简单。

说明书

技术领域

本发明属于岩土工程领域，具体地是一种涉及测定桩土接触面长期剪切强度的简易试验方法。

背景技术

桩基是一种古老的基础型式，经过几千年的发展，无论是桩基材料和桩类型，还是施工方法都有了巨大的发展，已成为建筑、桥梁等主要的基础型式。而桩基础的长期稳定性对于工程安全至关重要。实际上，当桩端土为非密实砂类土或粉土以及清孔不净残留虚土时，在荷载作用下，易发生刺入破坏。此时，桩端阻力很小，桩侧阻力较大。因此，在一定的工程条件下，研究桩土接触面长期剪切强度是一个十分重要的问题。

目前国内外对于桩土接触面剪切强度的室内试验研究方法较为单一，大多是基于剪切仪进行的直剪试验，很少考虑其时间效应的影响。由于在实际工程中桩的侧摩阻力随着时间逐渐衰减，因此，需要寻找一种与实际工况拟合度较高的考虑蠕变影响的试验来进行桩土接触面长期剪切强度的研究。

为此，本发明提供一种测定桩土接触面长期剪切强度的简易试验方法。该方法通过常规的静三轴试验机，采用桩土组合试样，进行桩土接触面的长期剪切试验，得到桩土接触面长期剪切强度参数值，有望对实际工程中桩侧剪切摩擦承载力不足导致的破坏提供借鉴。

目前国内相关桩土接触面长期剪切强度研究方法的研究现状如下：

1、《土与不同桩侧表面粗糙度接触面剪切试验研究》一文介绍了一种利用直剪仪进行研究桩-土间侧摩擦力的室内试验方法(参见《结构工程师》2011年第3期，作者：张吉顺，华斌)，在此文中，利用了同济大学研制的大型多功能界面剪切仪，对上海地区黏性土与具有不同表面粗糙度混凝土接触面之间相互作用及力学特性进行了试验研究，但本文忽略了在荷载长期作用下，土样与混凝土接触面相互作用的影响；

2、《桩-土相互作用影响的模型试验研究》一文介绍了一种通过现场大型试验研究桩-土间侧摩擦力的方法(参见《岩土力学》2008年第6期，作者：王涛)，此文中通过将模型试验、现场实测的结果与弹性理论解进行对比，指出弹性理论解夸大了桩-桩、桩-土、土-土相互作用影响，造成沉降计算值偏大和过高估计桩顶反力的不均匀性，并提出对弹性理论解进行修正的途径和方法。该方法的试样尺度较大，耗资巨大；

3、《水平多向荷载下桩-土相互作用初探》一文介绍了一种利用离心机双向振动台进行群桩基础模型水平单向和双向振动试验的方法(参见《岩土力学》2008年第3期，作者：苏栋，李相崧)，试方法对试验仪器要求较高，难以推广；

4、《桩-土滑动摩擦的试验研究》一文介绍了在改进的仪器上进行的室内直剪试验(参见《岩土力学》2002年第4期，作者：张明义，邓安福)，此试验的试验方法简单，但试验模型与实际模型相差较大。

发明内容

为克服现有室内试验方法较少的不足，本发明提供一种测定桩土接触面长期剪切强度的简易试验方法。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种测定桩土接触面长期剪切强度的简易试验方法，步骤如下：

(1)、混凝土试样制备；

(2)、制作土样，土样固结；

(3)、测定土样物理力学性质；

(4)、将土样和混凝土试样组合；

(5)、组合试样进行不同围压下的常规三轴试验，得到短期剪切强度；

(6)、组合试样进行不同围压下的长时蠕变三轴试验，监测长期剪切应变；

(7)、通过等时应力应变曲线法分析不同围压下桩土接触面长期剪切强度。

相对于现有技术，本发明具有如下有益效果：

1、本发明可以模拟实际工程中桩土接触面长期剪切强度，应用范围广；

2、本发明直接利用静三轴仪即可完成，操作简单。

附图说明

图1为桩土接触面长期剪切强度简易试验方法流程示意图；

图2为试验模型示意图；

图3为长期强度确定方法示意图；

图4为试验模型中各字母涵义示意图；

具体实施方式

如图1所示，一种测定桩土接触面长期剪切强度的简易试验方法，步骤如下：

1、混凝土试样制备，具体方法如下：

利用模具，制备直径为60mm，高度为50mm半圆柱体混凝土试样两块，试样的强度等参数参照实际工程中桩体的参数。

2、制作土样，土样固结，具体方法如下：

工程现场取土，利用模具制备直径为60mm，高度为120mm的圆柱体的初始土样；

利用静三轴仪将初始土样进行固结，进行固结时采用排水固结，施加一定的围压，固结时间为7天。某一初始含水率的土样做多个先后进行固结，将这多个具有相同初始含水率的土样作为一组。其中，一个用来测定土样的物理力学性质，如密度、固结后的含水率等；其余的用来和混凝土样一起组合模拟桩土相互作用过程，进行三轴试验。

配制土样的物理力学参数以实际工程地质勘察报告中的土层参数为参照，与实际工程参数保持一致。

3、测定土样物理力学性质，具体方法如下：

利用烘干机测量土样的含水率，利用量筒、电子称测量土样的密度，静三轴仪测量土样的粘聚力和内摩擦角。

4、将土样和混凝土试样组合，具体方法如下：

参照试验模型(见图2)，将土样对称切割成4块，取2块与2块混凝土试样交错组合成一个完整标准试样。

5、组合试样进行不同围压下的常规三轴试验，得到短期剪切强度；

将土与混凝土的组合试样，在静三轴仪上进行不排水试验。先施加围压σ₃并保持恒定，再施加轴向应力σ₁逐渐增大，直到试验剪切破坏，记录剪切应力τ-剪切应变γ曲线。

假设试件高为h，直径为d，σ₁为轴向应力，σ₃为围压，γ为土样剪切应变，如图4所示。则竖直接触面上的剪切应力为正应力为σ＝σ₃。

测定多个围压下的轴向最大应力，绘制剪切应力τ和正应力σ曲线，确定出桩土接触面的凝聚力c和摩擦角φ。

6、组合试样进行不同围压下的长时蠕变三轴试验，监测长期剪切应变，具体方法如下：

将土与混凝土的组合试样，安装在静三轴仪上，先施加围压σ₃并保持恒定，再施加轴向应力σ₁并保持恒定，此时剪切应力为组合试样在恒载作用下发生剪切蠕变变形，记录剪切应力τ-剪切应变γ-时间t曲线；在同一围压σ₃下，改变轴向应力σ₁大小，进行多次类似试验。得到不同剪切应力τ下的多条剪切应变γ-时间t曲线。

依照上述程序，进而改变围压大小，再进行多个不同轴向应力下的剪切蠕变试验，得到不同围压下剪切应力τ-剪切应变γ-时间t曲线。

7、通过等时应力应变曲线法分析不同围压下桩土接触面长期剪切强度，具体方法如下：

在某一围压下，根据得到的多条剪切应力τ-剪切应变γ-时间t曲线，绘制等时应力应变曲线(见图3)，多条曲线有一条水平的渐近线，对应的剪切应力即为该围压下组合试样桩土接触面的长期剪切强度τ_∞。

绘制长期剪切强度τ_∞和正应力σ曲线，确定出桩土接触面的长期凝聚力c_∞和长期内摩擦角φ_∞。