泥浆固结弱膨胀土与混凝土接触面研究综述

摘要：地下工程施工和运营过程中，因为土体和结构物两者强度以及变形特性差异明显，在荷载作用下接触面上会产生较大的剪应力，并且会发生既不同于土体与土体，又不同于结构物与结构物的力学表现。这些特性最终会对工程结构造成不同程度的负面影响。因此土与结构物之间的相互作用问题一直是岩土工程领域中一个研究热点。本文就弱膨胀土与混凝土接触面的实验仪器，土体性质，结构体性质和本构模型等问题展开论述，并对研究方向作了总结。

关键词：泥浆固结；弱膨胀土；界面剪切

在工程施工和运营过程中，或多或少都会涉及到结构物与土体之间的接触问题。因为土体和结构物两者强度以及变形特性差异明显，所以在荷载作用下接触面上会产生较大的剪应力，发生既不同于土体、又不同于结构的力学特性。这些特性最终会对工程结构造成不同程度的负面影响。由于土与结构接触面力学特性和变形特性方面的研究具有重要的理论意义和实践背景。本文就弱膨胀土土与混凝土接触面的实验仪器，土体性质，结构体性质和本构模型等问题展开论述，并对研究方向作了总结。

1.弱膨胀土

膨胀土作为一种特殊粘土，具有吸水膨胀软化，失水收缩开裂、超固结性和多裂隙性等特点。其孔隙比、含水率及垂直压力等对与结构接触面剪切性状具有较大影响。目前，已有学者开展相关研究。

然而，膨胀土的特殊性与复杂性决定其与结构界面剪切作用力学行为较难认知。就目前而言，相关研究仍较为缺乏，尚无涉及泥浆固结膨胀土与结构物接触面剪切力学特性的研究。众所周知，不同的制土样方式对土样及其与结构接触作用的试验结果具有明显影响。泥浆固结膨胀土虽制样复杂，但其相对压实或原状膨胀土而言，均匀性较好，也易于重复，能较真实的反应膨胀土的本质，采用泥浆固结膨胀土样开展其与结构接触面剪切试验，对认识该类土与结构界面剪切力学特性具有显著意义。

2.混凝土界面

近些年来，有关土体与结构物相互作用的问题，已受到广大岩土工作者的关注。桩、挡土墙等采用最多的材料便是混凝土。对于土与结构面的接触研究，土体-混凝土界面的研究一直是最常用的研究方向，将混凝土界面视为接触面的情况最为常见。

Yin等（1995）开展了土与混凝土接触面大型直剪试验，试验结果表明，紧靠接触面边界的测点首先发生了相对位移，当荷载继续增加，远离边界的各点依次发生错动，从而验证了接触面的破坏是一个由边缘向内部逐步发展的过程。张明义等（2017）通过黏性土与不同表面粗糙度混凝土板的室内直剪试验，模拟预制桩的界面受力性态，其利用微型硅压阻式传感器测定界面孔隙水压力和土压力的变化，定量分析了表面粗糙度对界面抗剪强度参数、界面阻力-剪切位移曲线的影响。

土与混凝土结构接触面的研究能够普遍适用于目前正在建设的大多是基础工程，水利工程，公路桥涵工程，因此选择混凝土界面为土体接触面最具有普适性。

3.接触面本构模型

接触面本构模型是接触面研究中最基础、最重要的内容，正确建立并合理应用接触面本构模型， 基于土与结构物接触面剪切试验揭示的接触面受力变形基本规律，结合理论分析，国内外学者建立了多种界面荷载传递模型，如线性模型、双线性硬化模型、三折线软化模型、指数函数模型、Ramberg-Osgood模型等

早在20世纪70年代，Clough等根据直剪试验结果，认为τ-ω关系呈双曲线关系。该模型由于参数易确定，直到现在还应用广泛。Brandt经过深入的室内试验和现场研究，提出1个简化模型描述接触面切向应力和变形，用2条折线描述（τ/σ）-ω曲线。陈慧远认为，当剪切应力小于摩擦力时，τ-ω为线弹性关系；当剪切应力大于或等于摩擦力时，接触面进入摩擦滑移阶段，τ-ω为塑性关系。胡黎明根据土与结构物接触面直剪试验结果，建立了粗糙接触面损伤力学本构模型。该模型能够反映接触面剪切变形过程中的应变软化和剪胀现象。张嘎等根据大量的粗粒土与结构接触面静动力学试验观测结果，总结归纳了粗粒土与结构接触面静动力学特性的5条基本规律，并在此基础上，建立了一个粗粒土与结构接触面弹塑性损伤模型，可以统一地描述单调和循环荷载作用下接触面的响应。

正确建立并合理应用接触面本构模型，对有效模拟土与结构相互作用具有重要意义，通过未来的研究，希望能有适用性更加广泛的本构模型出现。

4.总结

膨胀土具有吸水膨胀软化，失水收缩开裂、超固结性和多裂隙性等特点，其孔隙比、含水率及垂直压力等对与结构接触面剪切性状具有较大影响。泥浆固结膨胀土制样复杂，但其相对压实或原状膨胀土而言，均匀性较好，也易于重复，能较真实的反应膨胀土的本质，采用泥浆固结膨胀土样开展其与结构接触面剪切试验，对认识该类土与结构界面剪切力學特性具有显著意义。

土与结构接触面剪切试验通常采用直剪仪、单剪仪及环剪仪等仪器，直剪仪构造简单，操作方便，因此，在制备泥浆固结弱膨胀土样的基础上，采用直剪仪开展泥浆固结弱膨胀土与混凝土接触面剪切试验具有独创性。试验时，通过改变土样孔隙比、混凝土界面粗糙度，探讨其对泥浆固结弱膨胀与混凝土接触面剪切强度、剪切位移与剪切应力等的影响规律，通过研究以期为弱膨胀土与结构物接触面剪切作用特性研究提高试验及理论补充，也为相关工程实践提供有益参考。

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作者简介：

李亚龙（1996.11.12-）男，汉族，湖北省襄阳市，身份证号：42068419961112351X，本科生，研究方向：城市地下空间工程