降低土壤结构界面的剪切强度

B. Tiwari¹, Ph.D., M.ASCE, B. Ajmera¹, G. Kaya²

1 Civil and Environmental Engineering Department, California State University, Fullerton, 800 N State College Blvd. E-419, Fullerton, CA 92834

2MTK, 16795 Von Karman Avenue Suite 205, Irvine, CA 92606

摘要

在设计与岩土工程相关的结构时，土壤 - 结构界面的剪切强度非常重要，包括但不限于浅基础，桩，挡土墙和板桩的设计。虽然界面剪切强度非常重要，但设计人员在设计此类结构时会使用经验值。关于界面剪切强度的数值模拟值，有许多文献可用。然而，近来对不同类型土壤和结构的界面阻力研究很少。在多反转直接剪切装置中测试不同的土壤样本，以测量土壤 - 混凝土，土 壤- 木和土壤 - 钢界面的抗剪切性。基于USCS系统，研究中包括的土壤类型是SP，SW，SM，SP-SM，MH，ML和CL。结果表明，土壤 - 结构界面的表面阻力取决于结构的表面材料和土壤的类型。干土的表现与饱和土的表现不同。

背景

在设计各种岩土结构时，土壤和结构材料之间的剪切强度是重要的，包括但不限于深基础 - 桩和钻井，浅基础 - 铺展基础和垫子，挡土墙，板桩等。但是，很少有研究可用建立土壤结构剪切阻力。大多数设计基于经验值，即表面阻力或粘附力与基础土壤的内部摩擦力或内聚力之比。Potyondy（1961）进行了一项研究，分别测量表面摩擦力和粘附力与土壤摩擦力和内聚力之比。他对混凝土，钢材和木材的界面进行了直接剪切试验，包括砂，砂淤泥，粘性土，岩粉（称为淤泥）和粘土。他对某些预先设定的水分含量以及干燥标本进行了测试。他得出结论，土壤的摩擦阻力取决于其中沙子的比例。他还提出了建筑材料的设计摩擦阻力与土壤的比值，饱和松砂为0.4，饱和致密砂为1.0。Coyle和Sulaiman（1967）研究了砂和钢桩之间的摩擦阻力，而Kulhaway和Peterson（1979）测量了砂和混凝土的摩擦阻力。包括但不限于Evgin和Fakharian（1996），Hryciw和Irsyam（1993），Uesigi和Kishida（1988）以及Hu和Pu（2004）的其他几位研究人员对钢或混凝土与砂子之间的界面进行了直接剪切试验。测量界面摩擦阻力。除直剪设备外，Paikowsky等人。（1995）开发了一种双界面装置，而Yoshimi和Kishida（1981）开发了一种环形剪切装置，用于测量界面摩擦阻力以获得更大的变形。尽管有许多文献评估了土壤和建筑材料的界面摩擦阻力，但Potyondy（1961）是唯一一篇展示了大量土壤 - 结构界面实验研究的文献。然而，Potyondy（1961）并未明确主要控制土壤 - 结构界面之间剪切行为的几个问题。这些问题是：

• 尽管大部分试验是在粘土砂界面上进行的，但粘土的活性尚不清楚。活性是塑性指数和粘土分数之间的比率。
• 尽管在不同类型的土壤上进行了测试，但根据目前的统一土壤分类系统（USCS）分类，大多数土壤属于有限数量的土壤类型。
• 虽然测试是在受控的水分情况下进行的，但是对于部分饱和的情况，公制吸力的影响尚不清楚。
• 试验是用非常小的剪切箱完成的，剪切箱可能具有很高的机器效应。
• 大多数测试仅针对两个正应力进行。
• 由于界面处没有排水路径，因此无法确保接口之间的适当排水。

本研究旨在对各类建筑材料与USCS系统分类的不同类型土壤的界面抗剪强度进行更系统的研究。此外，样品的初始空隙率保持不变，以便我们可以系统地比较结果。剪切箱的面积比Potyondy（1961）使用的面积大3倍，并且在结构块上形成了几个排水孔，以检查排水对界面摩擦阻力的影响。