姬雪竹 張鈞堂

(重慶交通大學(xué)河海學(xué)院，重慶 400074)

靜壓樁是在實(shí)際工程中較常采用的工程形式，它有著無(wú)污染、對(duì)樁身沒(méi)有沖擊力等優(yōu)點(diǎn)。在對(duì)其沉樁過(guò)程進(jìn)行計(jì)算時(shí)，需要考慮樁與結(jié)構(gòu)接觸面的問(wèn)題，這里即砼土界面。

對(duì)于土與結(jié)構(gòu)接觸面很多學(xué)者已進(jìn)行了研究，取得了許多重要的成果:張明義［1］對(duì)樁土滑動(dòng)摩擦及其時(shí)效性進(jìn)行了研究;張嘎等［2］研究了一系列粗粒土與結(jié)構(gòu)接觸面的力學(xué)特性;Uesugi［3］用矩形單剪儀對(duì)土與結(jié)構(gòu)接觸面進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)和靜力學(xué)研究;Potyondy［4］指出影響接觸面剪切特性的主要因素為:土的性質(zhì)、含水率、界面粗糙度、法向應(yīng)力等;梁越等［5］鋼－土界面剪切過(guò)程的三個(gè)階段。本文選取重慶地區(qū)較為普遍的砂泥巖為研究對(duì)象，研究界面粗糙度對(duì)于砼－土接觸界面剪切特性的影響。

1.實(shí)驗(yàn)材料和方法

本試驗(yàn)主要考慮結(jié)構(gòu)面粗糙度對(duì)鋼土界面剪切特性的影響，根據(jù)已有數(shù)據(jù)，選取固定干密度為1.8g/cm3，含水率分別為6%，8%，10%，12%制樣，法向應(yīng) 力分別 為50KPa，100 KPa，150 KPa，200 KPa，共計(jì)32組試驗(yàn)。制樣完成后，像一般剪切試驗(yàn)一樣用環(huán)刀裝入砂泥巖混合料，將直剪儀下部裝入不同粗糙度的砼塊，砼土接觸進(jìn)行剪切試驗(yàn)，記錄數(shù)據(jù)。

2.結(jié)果分析

通過(guò)試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)，做出含水率分別為6%，8%，10%，12%，干密度均為1.8g/cm3的試樣在法向應(yīng)力分別為50KPa，100 KPa，150 KPa，200 KPa下的τ－μ的關(guān)系，擬合出τ－σ曲線。

比較不同含水率情況下，極限剪切強(qiáng)度的變化關(guān)系:同一含水率下，切向應(yīng)力和法向應(yīng)力存在良好的線性關(guān)系，引用摩爾庫(kù)倫準(zhǔn)則:

式中:c為砼土接觸界面之間的粘聚力 (kPa);σ為施加的法向應(yīng)力 (kPa);φ為砼土界面的內(nèi)摩擦角。

含水率由6%增至10%過(guò)程中，光滑界面的粘聚力由4.34kPa增至7.075kPa，含水率12%時(shí)則又減小至6.212kPa，即在一定范圍內(nèi)，隨著含水率增大，粘聚力增大，而過(guò)高的含水率則會(huì)使粘聚力減小，粗糙界面的粘聚力由10.75kPa增至14.4kPa，含水率12%時(shí)則又減小至12.5kPa，可見(jiàn)，粗糙界面相對(duì)于光滑界面粘聚力有了明顯的提升，而且含水率對(duì)粗糙界面和光滑界面有著相同的影響趨勢(shì);通過(guò)摩爾庫(kù)倫準(zhǔn)則，反算出內(nèi)摩擦角，可看出隨著含水率的增加，在一定范圍內(nèi)，內(nèi)摩擦角隨著含水率增大，當(dāng)含水率過(guò)高時(shí)內(nèi)摩擦角會(huì)變小。

表1 含水率與粘聚力和內(nèi)摩擦角的關(guān)系

由表得知:對(duì)于光滑界面，在含水率由6%增至10%的過(guò)程中，粘聚力分別增加16.9%和39.4%，內(nèi)摩擦角分別增加1.2%和2.1%，含水率繼續(xù)增至12%時(shí)，呈減小的趨勢(shì)，粘聚力減小12%，內(nèi)摩擦角減小1.6%;對(duì)于粗糙界面，在含水率由6%增至10%的過(guò)程中，粘聚力分別增加4.1%和28.6%，內(nèi)摩擦角分別增加1.4%和3.8%，含水率繼續(xù)增至12%時(shí)，呈減小的趨勢(shì)，粘聚力減小13.2%，內(nèi)摩擦角減小3.3%。分別擬合粘聚力c和內(nèi)摩擦角φ關(guān)于含水率的曲線，并給出公式。為檢驗(yàn)公式合理性，進(jìn)行補(bǔ)充試驗(yàn)，即做含水率9%和11%、干密度為1.8g/cm3的剪切試驗(yàn)，反算出光滑界面內(nèi)摩擦角為29.03°和29.33°，粘聚力為5.97kPa和6.73kPa，粗糙界面的內(nèi)摩擦角為31.58°和32.46°，粘聚力為12.77 kPa和14.63 kPa，同時(shí)由擬合公式計(jì)算得出含水率為9%和11%時(shí)，光滑界面內(nèi)摩擦角為29.20°和29.54°，粘聚力為6.20 kPa和7.29kPa，粗糙界面的內(nèi)摩擦角為31.85°和32.65°，粘聚力為13.31 kPa和15.25 kPa。對(duì)于光滑界面，粘聚力的實(shí)驗(yàn)值與擬合計(jì)算值分別相差3.82%和8.26%，內(nèi)摩擦角分別相差0.58%和0.72%;對(duì)于粗糙界面，粘聚力的實(shí)驗(yàn)值與擬合計(jì)算值分別相差4.23%和4.20%，內(nèi)摩擦角分別相差0.86%和0.59%。

3.結(jié)論

1)在砼－土界面剪切特性試驗(yàn)中，可以明顯看到，粗糙界面的粘聚力和內(nèi)摩擦角遠(yuǎn)大于光滑界面?？梢?jiàn)，對(duì)于粗糙界面的樁 (混凝土)可以明顯的提升樁基承載力。

2)在砼－土界面剪切特性試驗(yàn)中，砼－土接觸界面的抗剪強(qiáng)度與其所受法向應(yīng)力滿足摩爾庫(kù)倫準(zhǔn)則，且在一定范圍內(nèi)隨含水率的增加，土的粘聚力和內(nèi)摩擦角均增大，呈線性增長(zhǎng)，而當(dāng)含水率高于一定范圍時(shí)，隨含水率的增加，土的粘聚力和內(nèi)摩擦角均減小。含水率超過(guò)了12%的范圍，粘聚力和內(nèi)摩擦角是否還能符合關(guān)系式;隨著含水率的增加，土體自重也相應(yīng)地隨著含水率的增加而增加，這種變化對(duì)試驗(yàn)結(jié)果是否產(chǎn)生影響，值得繼續(xù)研究。

［1］張明義，鄧安福.樁－土滑動(dòng)摩擦得試驗(yàn)研究 ［J］.巖土力學(xué)，2002(2):246－249.

［2］張嘎，張建民.粗粒土與結(jié)構(gòu)接觸面單調(diào)力學(xué)特性的試驗(yàn)研究［J］.巖土工程學(xué)報(bào)，2004(1):21－25.

［3］ Potyondy JG.Skin friction between various soils and construction materials［J］.Geotechnique，1961，11(4):339－353.

［4］ Uesugi M.Frictional resistance at yeild between dry sand and mild［J］.steel［J］.Soils＆ Foundations，Journ Japanese Society of Soil Mech＆ Found Engrg，1986，26(4):139－149.

［5］梁越，盧孝志等.考慮土體密實(shí)度的鋼－土界面剪切特性研究 ［J］.2014(4):168－172.