摘要：地下工程施工和運營過程中，因為土體和結(jié)構(gòu)物兩者強度以及變形特性差異明顯，在荷載作用下接觸面上會產(chǎn)生較大的剪應(yīng)力，并且會發(fā)生既不同于土體與土體，又不同于結(jié)構(gòu)物與結(jié)構(gòu)物的力學(xué)表現(xiàn)。這些特性最終會對工程結(jié)構(gòu)造成不同程度的負面影響。因此土與結(jié)構(gòu)物之間的相互作用問題一直是巖土工程領(lǐng)域中一個研究熱點。本文就弱膨脹土與混凝土接觸面的實驗儀器，土體性質(zhì)，結(jié)構(gòu)體性質(zhì)和本構(gòu)模型等問題展開論述，并對研究方向作了總結(jié)。

關(guān)鍵詞：泥漿固結(jié)；弱膨脹土；界面剪切

在工程施工和運營過程中，或多或少都會涉及到結(jié)構(gòu)物與土體之間的接觸問題。因為土體和結(jié)構(gòu)物兩者強度以及變形特性差異明顯，所以在荷載作用下接觸面上會產(chǎn)生較大的剪應(yīng)力，發(fā)生既不同于土體、又不同于結(jié)構(gòu)的力學(xué)特性。這些特性最終會對工程結(jié)構(gòu)造成不同程度的負面影響。由于土與結(jié)構(gòu)接觸面力學(xué)特性和變形特性方面的研究具有重要的理論意義和實踐背景。本文就弱膨脹土土與混凝土接觸面的實驗儀器，土體性質(zhì)，結(jié)構(gòu)體性質(zhì)和本構(gòu)模型等問題展開論述，并對研究方向作了總結(jié)。

1.弱膨脹土

膨脹土作為一種特殊粘土，具有吸水膨脹軟化，失水收縮開裂、超固結(jié)性和多裂隙性等特點。其孔隙比、含水率及垂直壓力等對與結(jié)構(gòu)接觸面剪切性狀具有較大影響。目前，已有學(xué)者開展相關(guān)研究。

然而，膨脹土的特殊性與復(fù)雜性決定其與結(jié)構(gòu)界面剪切作用力學(xué)行為較難認知。就目前而言，相關(guān)研究仍較為缺乏，尚無涉及泥漿固結(jié)膨脹土與結(jié)構(gòu)物接觸面剪切力學(xué)特性的研究。眾所周知，不同的制土樣方式對土樣及其與結(jié)構(gòu)接觸作用的試驗結(jié)果具有明顯影響。泥漿固結(jié)膨脹土雖制樣復(fù)雜，但其相對壓實或原狀膨脹土而言，均勻性較好，也易于重復(fù)，能較真實的反應(yīng)膨脹土的本質(zhì)，采用泥漿固結(jié)膨脹土樣開展其與結(jié)構(gòu)接觸面剪切試驗，對認識該類土與結(jié)構(gòu)界面剪切力學(xué)特性具有顯著意義。

2.混凝土界面

近些年來，有關(guān)土體與結(jié)構(gòu)物相互作用的問題，已受到廣大巖土工作者的關(guān)注。樁、擋土墻等采用最多的材料便是混凝土。對于土與結(jié)構(gòu)面的接觸研究，土體-混凝土界面的研究一直是最常用的研究方向，將混凝土界面視為接觸面的情況最為常見。

Yin等（1995）開展了土與混凝土接觸面大型直剪試驗，試驗結(jié)果表明，緊靠接觸面邊界的測點首先發(fā)生了相對位移，當(dāng)荷載繼續(xù)增加，遠離邊界的各點依次發(fā)生錯動，從而驗證了接觸面的破壞是一個由邊緣向內(nèi)部逐步發(fā)展的過程。張明義等（2017）通過黏性土與不同表面粗糙度混凝土板的室內(nèi)直剪試驗，模擬預(yù)制樁的界面受力性態(tài)，其利用微型硅壓阻式傳感器測定界面孔隙水壓力和土壓力的變化，定量分析了表面粗糙度對界面抗剪強度參數(shù)、界面阻力-剪切位移曲線的影響。

土與混凝土結(jié)構(gòu)接觸面的研究能夠普遍適用于目前正在建設(shè)的大多是基礎(chǔ)工程，水利工程，公路橋涵工程，因此選擇混凝土界面為土體接觸面最具有普適性。

3.接觸面本構(gòu)模型

接觸面本構(gòu)模型是接觸面研究中最基礎(chǔ)、最重要的內(nèi)容，正確建立并合理應(yīng)用接觸面本構(gòu)模型， 基于土與結(jié)構(gòu)物接觸面剪切試驗揭示的接觸面受力變形基本規(guī)律，結(jié)合理論分析，國內(nèi)外學(xué)者建立了多種界面荷載傳遞模型，如線性模型、雙線性硬化模型、三折線軟化模型、指數(shù)函數(shù)模型、Ramberg-Osgood模型等

早在20世紀70年代，Clough等根據(jù)直剪試驗結(jié)果，認為τ-ω關(guān)系呈雙曲線關(guān)系。該模型由于參數(shù)易確定，直到現(xiàn)在還應(yīng)用廣泛。Brandt經(jīng)過深入的室內(nèi)試驗和現(xiàn)場研究，提出1個簡化模型描述接觸面切向應(yīng)力和變形，用2條折線描述（τ/σ）-ω曲線。陳慧遠認為，當(dāng)剪切應(yīng)力小于摩擦力時，τ-ω為線彈性關(guān)系；當(dāng)剪切應(yīng)力大于或等于摩擦力時，接觸面進入摩擦滑移階段，τ-ω為塑性關(guān)系。胡黎明根據(jù)土與結(jié)構(gòu)物接觸面直剪試驗結(jié)果，建立了粗糙接觸面損傷力學(xué)本構(gòu)模型。該模型能夠反映接觸面剪切變形過程中的應(yīng)變軟化和剪脹現(xiàn)象。張嘎等根據(jù)大量的粗粒土與結(jié)構(gòu)接觸面靜動力學(xué)試驗觀測結(jié)果，總結(jié)歸納了粗粒土與結(jié)構(gòu)接觸面靜動力學(xué)特性的5條基本規(guī)律，并在此基礎(chǔ)上，建立了一個粗粒土與結(jié)構(gòu)接觸面彈塑性損傷模型，可以統(tǒng)一地描述單調(diào)和循環(huán)荷載作用下接觸面的響應(yīng)。

正確建立并合理應(yīng)用接觸面本構(gòu)模型，對有效模擬土與結(jié)構(gòu)相互作用具有重要意義，通過未來的研究，希望能有適用性更加廣泛的本構(gòu)模型出現(xiàn)。

4.總結(jié)

膨脹土具有吸水膨脹軟化，失水收縮開裂、超固結(jié)性和多裂隙性等特點，其孔隙比、含水率及垂直壓力等對與結(jié)構(gòu)接觸面剪切性狀具有較大影響。泥漿固結(jié)膨脹土制樣復(fù)雜，但其相對壓實或原狀膨脹土而言，均勻性較好，也易于重復(fù)，能較真實的反應(yīng)膨脹土的本質(zhì)，采用泥漿固結(jié)膨脹土樣開展其與結(jié)構(gòu)接觸面剪切試驗，對認識該類土與結(jié)構(gòu)界面剪切力學(xué)特性具有顯著意義。

土與結(jié)構(gòu)接觸面剪切試驗通常采用直剪儀、單剪儀及環(huán)剪儀等儀器，直剪儀構(gòu)造簡單，操作方便，因此，在制備泥漿固結(jié)弱膨脹土樣的基礎(chǔ)上，采用直剪儀開展泥漿固結(jié)弱膨脹土與混凝土接觸面剪切試驗具有獨創(chuàng)性。試驗時，通過改變土樣孔隙比、混凝土界面粗糙度，探討其對泥漿固結(jié)弱膨脹與混凝土接觸面剪切強度、剪切位移與剪切應(yīng)力等的影響規(guī)律，通過研究以期為弱膨脹土與結(jié)構(gòu)物接觸面剪切作用特性研究提高試驗及理論補充，也為相關(guān)工程實踐提供有益參考。

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作者簡介：

李亞龍（1996.11.12-）男，漢族，湖北省襄陽市，身份證號：42068419961112351X，本科生，研究方向：城市地下空間工程