本發(fā)明屬于巖土工程領(lǐng)域，具體地是一種涉及測定樁土接觸面長期剪切強(qiáng)度的簡易試驗(yàn)方法。

背景技術(shù)：

樁基是一種古老的基礎(chǔ)型式，經(jīng)過幾千年的發(fā)展，無論是樁基材料和樁類型，還是施工方法都有了巨大的發(fā)展，已成為建筑、橋梁等主要的基礎(chǔ)型式。而樁基礎(chǔ)的長期穩(wěn)定性對于工程安全至關(guān)重要。實(shí)際上，當(dāng)樁端土為非密實(shí)砂類土或粉土以及清孔不凈殘留虛土?xí)r，在荷載作用下，易發(fā)生刺入破壞。此時(shí)，樁端阻力很小，樁側(cè)阻力較大。因此，在一定的工程條件下，研究樁土接觸面長期剪切強(qiáng)度是一個(gè)十分重要的問題。

目前國內(nèi)外對于樁土接觸面剪切強(qiáng)度的室內(nèi)試驗(yàn)研究方法較為單一，大多是基于剪切儀進(jìn)行的直剪試驗(yàn)，很少考慮其時(shí)間效應(yīng)的影響。由于在實(shí)際工程中樁的側(cè)摩阻力隨著時(shí)間逐漸衰減，因此，需要尋找一種與實(shí)際工況擬合度較高的考慮蠕變影響的試驗(yàn)來進(jìn)行樁土接觸面長期剪切強(qiáng)度的研究。

為此，本發(fā)明提供一種測定樁土接觸面長期剪切強(qiáng)度的簡易試驗(yàn)方法。該方法通過常規(guī)的靜三軸試驗(yàn)機(jī)，采用樁土組合試樣，進(jìn)行樁土接觸面的長期剪切試驗(yàn)，得到樁土接觸面長期剪切強(qiáng)度參數(shù)值，有望對實(shí)際工程中樁側(cè)剪切摩擦承載力不足導(dǎo)致的破壞提供借鑒。

目前國內(nèi)相關(guān)樁土接觸面長期剪切強(qiáng)度研究方法的研究現(xiàn)狀如下：

1、《土與不同樁側(cè)表面粗糙度接觸面剪切試驗(yàn)研究》一文介紹了一種利用直剪儀進(jìn)行研究樁-土間側(cè)摩擦力的室內(nèi)試驗(yàn)方法(參見《結(jié)構(gòu)工程師》2011年第3期，作者：張吉順，華斌)，在此文中，利用了同濟(jì)大學(xué)研制的大型多功能界面剪切儀，對上海地區(qū)黏性土與具有不同表面粗糙度混凝土接觸面之間相互作用及力學(xué)特性進(jìn)行了試驗(yàn)研究，但本文忽略了在荷載長期作用下，土樣與混凝土接觸面相互作用的影響；

2、《樁-土相互作用影響的模型試驗(yàn)研究》一文介紹了一種通過現(xiàn)場大型試驗(yàn)研究樁-土間側(cè)摩擦力的方法(參見《巖土力學(xué)》2008年第6期，作者：王濤)，此文中通過將模型試驗(yàn)、現(xiàn)場實(shí)測的結(jié)果與彈性理論解進(jìn)行對比，指出彈性理論解夸大了樁-樁、樁-土、土-土相互作用影響，造成沉降計(jì)算值偏大和過高估計(jì)樁頂反力的不均勻性，并提出對彈性理論解進(jìn)行修正的途徑和方法。該方法的試樣尺度較大，耗資巨大；

3、《水平多向荷載下樁-土相互作用初探》一文介紹了一種利用離心機(jī)雙向振動(dòng)臺(tái)進(jìn)行群樁基礎(chǔ)模型水平單向和雙向振動(dòng)試驗(yàn)的方法(參見《巖土力學(xué)》2008年第3期，作者：蘇棟，李相崧)，試方法對試驗(yàn)儀器要求較高，難以推廣；

4、《樁-土滑動(dòng)摩擦的試驗(yàn)研究》一文介紹了在改進(jìn)的儀器上進(jìn)行的室內(nèi)直剪試驗(yàn)(參見《巖土力學(xué)》2002年第4期，作者：張明義，鄧安福)，此試驗(yàn)的試驗(yàn)方法簡單，但試驗(yàn)?zāi)Ｐ团c實(shí)際模型相差較大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為克服現(xiàn)有室內(nèi)試驗(yàn)方法較少的不足，本發(fā)明提供一種測定樁土接觸面長期剪切強(qiáng)度的簡易試驗(yàn)方法。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案：

一種測定樁土接觸面長期剪切強(qiáng)度的簡易試驗(yàn)方法，步驟如下：

(1)、混凝土試樣制備；

(2)、制作土樣，土樣固結(jié)；

(3)、測定土樣物理力學(xué)性質(zhì)；

(4)、將土樣和混凝土試樣組合；

(5)、組合試樣進(jìn)行不同圍壓下的常規(guī)三軸試驗(yàn)，得到短期剪切強(qiáng)度；

(6)、組合試樣進(jìn)行不同圍壓下的長時(shí)蠕變?nèi)S試驗(yàn)，監(jiān)測長期剪切應(yīng)變；

(7)、通過等時(shí)應(yīng)力應(yīng)變曲線法分析不同圍壓下樁土接觸面長期剪切強(qiáng)度。

相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有如下有益效果：

1、本發(fā)明可以模擬實(shí)際工程中樁土接觸面長期剪切強(qiáng)度，應(yīng)用范圍廣；

2、本發(fā)明直接利用靜三軸儀即可完成，操作簡單。

附圖說明

圖1為樁土接觸面長期剪切強(qiáng)度簡易試驗(yàn)方法流程示意圖；

圖2為試驗(yàn)?zāi)Ｐ褪疽鈭D；

圖3為長期強(qiáng)度確定方法示意圖；

圖4為試驗(yàn)?zāi)Ｐ椭懈髯帜负x示意圖；

具體實(shí)施方式

如圖1所示，一種測定樁土接觸面長期剪切強(qiáng)度的簡易試驗(yàn)方法，步驟如下：

1、混凝土試樣制備，具體方法如下：

利用模具，制備直徑為60mm，高度為50mm半圓柱體混凝土試樣兩塊，試樣的強(qiáng)度等參數(shù)參照實(shí)際工程中樁體的參數(shù)。

2、制作土樣，土樣固結(jié)，具體方法如下：

工程現(xiàn)場取土，利用模具制備直徑為60mm，高度為120mm的圓柱體的初始土樣；

利用靜三軸儀將初始土樣進(jìn)行固結(jié)，進(jìn)行固結(jié)時(shí)采用排水固結(jié)，施加一定的圍壓，固結(jié)時(shí)間為7天。某一初始含水率的土樣做多個(gè)先后進(jìn)行固結(jié)，將這多個(gè)具有相同初始含水率的土樣作為一組。其中，一個(gè)用來測定土樣的物理力學(xué)性質(zhì)，如密度、固結(jié)后的含水率等；其余的用來和混凝土樣一起組合模擬樁土相互作用過程，進(jìn)行三軸試驗(yàn)。

配制土樣的物理力學(xué)參數(shù)以實(shí)際工程地質(zhì)勘察報(bào)告中的土層參數(shù)為參照，與實(shí)際工程參數(shù)保持一致。

3、測定土樣物理力學(xué)性質(zhì)，具體方法如下：

利用烘干機(jī)測量土樣的含水率，利用量筒、電子稱測量土樣的密度，靜三軸儀測量土樣的粘聚力和內(nèi)摩擦角。

4、將土樣和混凝土試樣組合，具體方法如下：

參照試驗(yàn)?zāi)Ｐ?見圖2)，將土樣對稱切割成4塊，取2塊與2塊混凝土試樣交錯(cuò)組合成一個(gè)完整標(biāo)準(zhǔn)試樣。

5、組合試樣進(jìn)行不同圍壓下的常規(guī)三軸試驗(yàn)，得到短期剪切強(qiáng)度；

將土與混凝土的組合試樣，在靜三軸儀上進(jìn)行不排水試驗(yàn)。先施加圍壓σ3并保持恒定，再施加軸向應(yīng)力σ1逐漸增大，直到試驗(yàn)剪切破壞，記錄剪切應(yīng)力τ-剪切應(yīng)變?chǔ)们€。

假設(shè)試件高為h，直徑為d，σ1為軸向應(yīng)力，σ3為圍壓，γ為土樣剪切應(yīng)變，如圖4所示。則豎直接觸面上的剪切應(yīng)力為正應(yīng)力為σ＝σ3。

測定多個(gè)圍壓下的軸向最大應(yīng)力，繪制剪切應(yīng)力τ和正應(yīng)力σ曲線，確定出樁土接觸面的凝聚力c和摩擦角φ。

6、組合試樣進(jìn)行不同圍壓下的長時(shí)蠕變?nèi)S試驗(yàn)，監(jiān)測長期剪切應(yīng)變，具體方法如下：

將土與混凝土的組合試樣，安裝在靜三軸儀上，先施加圍壓σ3并保持恒定，再施加軸向應(yīng)力σ1并保持恒定，此時(shí)剪切應(yīng)力為組合試樣在恒載作用下發(fā)生剪切蠕變變形，記錄剪切應(yīng)力τ-剪切應(yīng)變?chǔ)?時(shí)間t曲線；在同一圍壓σ3下，改變軸向應(yīng)力σ1大小，進(jìn)行多次類似試驗(yàn)。得到不同剪切應(yīng)力τ下的多條剪切應(yīng)變?chǔ)?時(shí)間t曲線。

依照上述程序，進(jìn)而改變圍壓大小，再進(jìn)行多個(gè)不同軸向應(yīng)力下的剪切蠕變試驗(yàn)，得到不同圍壓下剪切應(yīng)力τ-剪切應(yīng)變?chǔ)?時(shí)間t曲線。

7、通過等時(shí)應(yīng)力應(yīng)變曲線法分析不同圍壓下樁土接觸面長期剪切強(qiáng)度，具體方法如下：

在某一圍壓下，根據(jù)得到的多條剪切應(yīng)力τ-剪切應(yīng)變?chǔ)?時(shí)間t曲線，繪制等時(shí)應(yīng)力應(yīng)變曲線(見圖3)，多條曲線有一條水平的漸近線，對應(yīng)的剪切應(yīng)力即為該圍壓下組合試樣樁土接觸面的長期剪切強(qiáng)度τ∞。

繪制長期剪切強(qiáng)度τ∞和正應(yīng)力σ曲線，確定出樁土接觸面的長期凝聚力c∞和長期內(nèi)摩擦角φ∞。