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胶结钙质砂桩土界面接触摩擦特性研究

胶结钙质砂桩土界面接触摩擦特性研究

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作者：钱慧良桂林理工大学

学位级别：硕士

钙质砂作为一种特殊的岩土工程介质,在工程特性上具有桩侧摩阻力低的问题。目前国内外学者对造成钙质砂桩侧低摩阻力的原因多归结于颗粒破碎和剪胀效应,而胶结性对钙质砂桩侧摩阻力的影响及其原因尚不清楚。同时,由于钙质砂原状试样较... 详细信息

钙质砂作为一种特殊的岩土工程介质,在工程特性上具有桩侧摩阻力低的问题。目前国内外学者对造成钙质砂桩侧低摩阻力的原因多归结于颗粒破碎和剪胀效应,而胶结性对钙质砂桩侧摩阻力的影响及其原因尚不清楚。同时,由于钙质砂原状试样较难取得,天然状态下其分布和胶结具有不均匀性,这就导致取得一定数量和质量的胶结钙质砂并进行研究就相对困难。因此本文选取南海钙质砂作为研究对象,通过使用三种胶结剂(水泥、石膏、重钙粉)进行掺入胶结,设置两种自制的桩土界面试验仪器,进行了不同法向应力、不同胶结物、不同胶结程度的直剪试验和界面摩擦特性试验,最后结合试样的抗剪强度指标、界面剪切强度指标及摩擦系数等进行对比分析,获得以下主要研究成果:(1)利用自行设计的两种试验仪器对不同尺寸的胶结钙质砂试样进行对比试验,结果表明,两种尺寸试样均表现出一致性规律,同时,大尺寸试样试验结果离散性较小,更具有代表性。(2)通过对比不同法向应力作用下拉拔试验的结果表明,不同法向应力对钙质砂界面剪切强度和摩擦系数的影响有限,其仅得到有限的增长与波动,因此可采用归一化方法计算摩擦系数。(3)通过对不同胶结物的拉拔试验的结果发现,钙质砂使用三种不同胶结物,其得到的桩土界面摩擦系数均呈下降趋势,而下降幅度却表现出差异化,胶结后的摩擦系数,水泥下降最快,最终降幅达42.37%;石膏次之,其值与重钙粉基本保持一致。(4)设置不同胶结程度的拉拔试验,根据摩尔库伦强度包线试验的结果,其表明钙质砂从无胶结到弱胶结的过程中,峰值剪应力和摩擦系数均表现出明显的下降趋势,而后逐渐趋于平缓,其中从0%到5%,摩擦系数下降幅度达30.51%。由此可见,胶结性是钙质砂桩侧摩阻力下降的重要原因。(5)通过与石英砂拉拔试验结果对比发现,随着胶结程度增加石英砂桩土界面峰值剪应力和摩擦系数均呈逐渐上升趋势,钙质砂与之相比,则呈下降趋势。(6)建立合适的损伤统计本构模型对胶结钙质砂的桩土界面剪应力位移曲线进行拟合。

关键词：胶结钙质砂胶结石英砂胶结程度桩土界面摩擦系数

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