(青島理工大學(xué)土木工程學(xué)院， 山東青島266033)

0 引言

研究黏性土與混凝土界面的受力特點(diǎn)有利于靜壓樁工程實(shí)際應(yīng)用。目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)黏性土樁界面的摩擦特性進(jìn)行了相關(guān)試驗(yàn)研究，唯象的論述較多尚未形成系統(tǒng)的理論。

郭進(jìn)軍等[1]利用粗糙度測(cè)定儀，測(cè)定混凝土表面粗糙度，并利用曲面擬合法與測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)平均法進(jìn)行比較，為樁土界面粗糙度確定提供了可靠依據(jù)；張明義等[2]對(duì)原狀土、重塑土與混凝土界面滑動(dòng)摩擦進(jìn)行比較，認(rèn)為滑動(dòng)摩擦力與土的類(lèi)型、法向應(yīng)力有關(guān)，可以將沉樁時(shí)的樁側(cè)土當(dāng)作原狀土看待，用擾動(dòng)土做滑動(dòng)摩擦試驗(yàn)可以等同于原狀土；石熊等[3]利用直剪儀進(jìn)行不同粗糙度混凝土與紅黏土界面試驗(yàn)，隨著混凝土面粗糙度增加，黏聚力增大，破壞時(shí)的界面抗剪強(qiáng)度增大，界面殘余強(qiáng)度也增大，但內(nèi)摩擦角減??；BASU等[4-5]采用雙表面塑性模型進(jìn)行有限元模擬，分析了砂土及黏土中樁的側(cè)阻力變化與相關(guān)文獻(xiàn)中數(shù)據(jù)吻合良好；陳俊樺等[6]在不同粗糙度的混凝土與紅黏土界面進(jìn)行直剪試驗(yàn)，認(rèn)為接觸表面粗糙度存在閾值和粗糙度的影響范圍有限值。

目前，樁—土摩阻力的研究仍以傳統(tǒng)的庫(kù)侖摩擦理論為基礎(chǔ)。庫(kù)侖摩擦理論無(wú)法對(duì)靜壓樁施工中的一些現(xiàn)象作出有說(shuō)服力的解釋?zhuān)珈o壓沉樁過(guò)程中出現(xiàn)的樁側(cè)阻力退化效應(yīng)以及沉樁力的時(shí)效性，但是從摩擦學(xué)理論出發(fā)，就可以得到比較合理的解釋。

僅有少數(shù)學(xué)者根據(jù)摩擦學(xué)已有理論進(jìn)行研究，湯連生等[7]在2004年引入摩擦學(xué)內(nèi)、外摩擦的概念對(duì)土體間內(nèi)摩擦及土體與混凝土界面的外摩擦分析界面摩擦機(jī)理。宋兵[8]在2010年引入現(xiàn)代摩擦學(xué)的觀(guān)點(diǎn)將樁側(cè)摩阻力分為黏著力和摩擦力二項(xiàng)；胡永強(qiáng)等[9]在2015年引入了目前趨于成熟的黏著摩擦機(jī)制和變形摩擦機(jī)理的宏觀(guān)摩擦理論，為樁的側(cè)摩阻力的研究提供了一條新途徑。

筆者認(rèn)為根據(jù)摩擦學(xué)黏著—犁溝摩擦理論能夠很好的解釋土體、混凝土—土直剪試驗(yàn)曲線(xiàn)成因，進(jìn)一步闡明樁土界面細(xì)觀(guān)受力問(wèn)題，搭建宏觀(guān)界面受力與細(xì)觀(guān)顆粒受力之間的橋梁，對(duì)界面強(qiáng)度的解釋明顯優(yōu)于庫(kù)侖強(qiáng)度理論，有助于揭示靜壓樁的沉樁機(jī)理，具有重要意義。

1 黏著—犁溝摩擦理論

摩擦是兩個(gè)相互接觸的表面產(chǎn)生滑動(dòng)或滾動(dòng)時(shí)所遇到的阻力。摩擦現(xiàn)象并不是由單一因素控制，早期的機(jī)械互鎖(嚙合)理論、分子吸引理論[10-11]在特定的范圍內(nèi)能夠較好的解釋摩擦現(xiàn)象。但把摩擦解釋為單一因素的影響是片面的并不能很好的適用于樁土界面。

鮑頓和泰伯(F P Bowden and D Tabor)在1950提出以黏著—犁溝理論[12]為現(xiàn)代固體摩擦奠定了理論基礎(chǔ)。該理論以機(jī)械—分子聯(lián)合作用為基礎(chǔ)，能夠很好的適用于樁土界面。

1.1 基本概念

在荷載作用下，兩微凸體表面接觸點(diǎn)因壓力過(guò)大而發(fā)生塑性變形將接觸點(diǎn)牢固黏著為一體，稱(chēng)為黏著。當(dāng)發(fā)生黏著現(xiàn)象后，兩微凸體表面產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)時(shí)，黏著點(diǎn)發(fā)生剪切破壞，剪切力就是摩擦阻力中的黏著阻力。

在兩種軟硬程度不一的微凸體表面接觸后產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)時(shí)，硬微凸體峰點(diǎn)會(huì)在軟微凸體表面產(chǎn)生犁溝，微凸峰點(diǎn)處犁溝的阻力就是摩阻力的另一組成部分即犁溝力。

黏著—犁溝摩擦理論將摩擦力的來(lái)源分為了兩個(gè)部分，即黏著阻力與犁溝阻力，摩擦阻力可用下式表達(dá)：

F=T+Pe，

(1)

式中：F為摩擦阻力，T為摩擦阻力中的黏著阻力，Pe為摩擦阻力中的犁溝阻力。

1.2 表面間相互作用

1.2.1 黏著作用

兩微凸體接觸點(diǎn)的實(shí)際接觸面積只是名義橫截面積的很小一部分。這就造成接觸點(diǎn)處的應(yīng)力達(dá)到屈服強(qiáng)度σs而發(fā)生塑性變形，實(shí)際接觸點(diǎn)在壓應(yīng)力的作用下牢固黏著。若荷載增大，因接觸點(diǎn)的應(yīng)力已經(jīng)達(dá)到屈服強(qiáng)度，只能通過(guò)增加實(shí)際接觸面積來(lái)承受荷載的增量(如圖1中的A、C點(diǎn))。

微凸體表面相對(duì)滑動(dòng)的過(guò)程中，黏著點(diǎn)將會(huì)不斷地剪斷，新的黏著點(diǎn)也將會(huì)不斷地形成，滑動(dòng)過(guò)程中隨著新舊黏著點(diǎn)的交替，黏著點(diǎn)的總黏著面積保持不變。

圖1 黏著—犁溝摩擦示意圖Fig.1 Adhesion and ploughing Sketch

1.2.2 犁溝作用

在兩微凸體表面相對(duì)滑動(dòng)時(shí)，犁溝微凸接觸點(diǎn)可能會(huì)發(fā)生多種材料遷移現(xiàn)象，這跟軟硬微凸體的材料特性有關(guān)。如圖1中的犁溝微凸體B(或A)：

①微凸體B(或A)通過(guò)D時(shí)，微凸體D發(fā)生比較嚴(yán)重的塑性變形而黏著。若硬介質(zhì)與軟介質(zhì)間黏著強(qiáng)度比軟介質(zhì)自身黏著強(qiáng)度大，則滑移剪斷發(fā)生在軟介質(zhì)層內(nèi)，從而造成軟介質(zhì)從下表面轉(zhuǎn)移到上表面(D點(diǎn)被犁削后黏著于B點(diǎn)右側(cè)，甚至填平微凸體B)。

②微凸體B(或A)通過(guò)D時(shí)，微凸體D雖然發(fā)生塑性變形，因硬介質(zhì)與軟介質(zhì)間黏著強(qiáng)度比軟介質(zhì)自身黏著強(qiáng)度小，軟硬介質(zhì)間黏著并不牢固(D點(diǎn)被犁削后無(wú)法黏著于B點(diǎn))。微凸體B(或A)沿D“犁削”而過(guò)，即沿兩物體的界面剪斷，這時(shí)下表面微凸體D發(fā)生材料遷移變形(犁溝)，但不發(fā)生轉(zhuǎn)移情況。

③微凸體D只發(fā)生彈性變形，微凸體B(或A)比較容易地滑過(guò)D。

1.3 黏著—犁溝計(jì)算公式

摩擦力是黏著效應(yīng)和犁溝效應(yīng)產(chǎn)生阻力的總和。故摩擦力F的組成可表達(dá)為：

F=T+Pe=Ar·τb+S·pe,

(2)

其中，T為黏著力，T=Ar·τb，Ar為實(shí)際接觸(黏著)面積總和；τb為黏著結(jié)點(diǎn)的剪切強(qiáng)度；Pe為犁溝力，Pe=S·pe；S為各犁溝點(diǎn)犁溝面積總和；pe為兩界面間單位面積的犁溝力。

2 利用黏著—犁溝理論對(duì)黏性土—混凝土界面受力分析

根據(jù)黏著—犁溝理論黏性土—混凝土界面剪切力由黏著力及犁溝力提供。在相同條件下，黏著力的大小根據(jù)法向壓力變化造成黏著面積的變化而隨之變化；犁溝力的大小根據(jù)表面的粗糙程度不同而變化。根據(jù)黏著—犁溝理論，相同法向力作用下黏性土—混凝土界面的試驗(yàn)(反向剪切試驗(yàn))可以保證黏著力不變而僅改變犁溝力；相同法向力作用下黏性土—混凝土界面的不同粗糙度試驗(yàn)[13]也可以達(dá)到相同的效果。根據(jù)這兩種試驗(yàn)可以驗(yàn)證黏著—犁溝理論在黏性土—混凝土界面應(yīng)用的正確性。

2.1 黏性土—混凝土界面切向力的組成

2.1.1 黏性土與混凝土反向剪切試驗(yàn)

文獻(xiàn)[14]通過(guò)自制的單剪儀進(jìn)行黏性土—混凝土界面反向剪切。其定義了“正向剪切比θ”為“先前施加的正向剪切應(yīng)力與該法向應(yīng)力下的接觸面抗剪強(qiáng)度之比”。θ=1.0表示正向剪切已達(dá)破壞狀態(tài)，θ=0表示沒(méi)有經(jīng)歷正向剪切，當(dāng)θ在0～1之間表示破壞的程度逐漸增強(qiáng)。先進(jìn)行1組試樣的正向剪切破壞，以確定特定法向力下的剪切強(qiáng)度。反向剪切的位移初始點(diǎn)為正向剪切時(shí)剪切力達(dá)到預(yù)設(shè)正向剪切比時(shí)的位置。

記錄反向剪切力與位移值繪制曲線(xiàn)，從圖2可以看出，對(duì)于θ=0的曲線(xiàn)在剪切初始階段及后期均明顯高于θ=1.0的曲線(xiàn)。根據(jù)黏著—犁溝理論公式(4)，在正向剪切時(shí)黏著力與犁溝力共同作用產(chǎn)生切向摩阻力；不改變混凝土板與黏性土的特性情況下，黏著結(jié)點(diǎn)的剪切強(qiáng)度τb和單位面積的犁溝力pe不改變；法向力不變，黏著面積Ar不會(huì)改變；這表明θ=0曲線(xiàn)高于θ=1.0曲線(xiàn)的部分為犁溝力Pe變化部分，即是犁溝面積的改變?cè)斐山缑孀枇Φ南陆?，如?3)所示。正向剪切時(shí)硬微凸點(diǎn)在軟介質(zhì)上產(chǎn)生犁溝并使軟介質(zhì)微凸點(diǎn)發(fā)生遷移，反向剪切時(shí)硬微凸點(diǎn)沿已產(chǎn)生的犁溝反向移動(dòng)不能發(fā)生接觸，即無(wú)法產(chǎn)生犁溝力，這就是反向剪切摩阻力下降的原因。

F↓=T→+Pe↓=Ar→·τb→+S↓·pe→

(3)

需要注意的是，反向剪切摩阻力仍然包含犁溝力，因?yàn)榉聪蚣羟袝r(shí)仍然存在正向剪切時(shí)未發(fā)生遷移的犁溝微凸體接觸點(diǎn)和軟介質(zhì)遷移后重新構(gòu)成的微凸點(diǎn)，這兩種微凸點(diǎn)均提供犁溝力。

庫(kù)侖抗剪強(qiáng)度公式對(duì)反向剪切造成抗剪強(qiáng)度降低的解釋只能是內(nèi)摩擦角下降，無(wú)法利用其進(jìn)一步分析顆粒級(jí)別的現(xiàn)象。

(a) 法向力應(yīng)力22 kPa

(b) 法向力應(yīng)力42 kPa

圖2 反向剪切應(yīng)力—位移曲線(xiàn)
Fig.2 Stress-strain relationship in negative shear

2.1.2 黏性土與混凝土齒板剪切試驗(yàn)

根據(jù)黏著—犁溝摩擦理論所提出的摩擦力公式(2)，特定界面粗糙度變化的本質(zhì)是黏著面積與犁溝面積的變化。兩種材質(zhì)相同而剪切面輪廓不同的界面相接觸時(shí)，外輪廓的變化對(duì)單位面積上的犁溝力、黏著結(jié)點(diǎn)的剪切強(qiáng)度沒(méi)有影響，但外輪廓的變化改變了剪切面的黏著面積及犁溝面積。

筆者通過(guò)混凝土齒板峰—谷距的變化改變黏土與混凝土界面的黏著面積及犁溝面積。設(shè)置4組混凝土齒板(圖3)，其峰—谷距0 mm、2 mm、4 mm、6 mm分別編號(hào)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ，峰—谷距2mm時(shí)如圖4所示。

圖3 混凝土板
Fig.3 Concrete plate

圖4 混凝土齒板
Fig.4 Concrete toothed plate

通過(guò)直剪儀分別試驗(yàn)了有效法向應(yīng)力23.6 kPa、43.2 kPa、88.7 kPa、142.8 kPa作用下黏性土與各混凝土齒板的剪切性能[15]。試驗(yàn)用土按照土工試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)方法測(cè)定粉質(zhì)黏土的物理力學(xué)指標(biāo)，如表1所示。

表1 土的物理力學(xué)指標(biāo)Tab.1 Physical and mechanical indexes of soil

根據(jù)圖5相同粗糙度下法向力對(duì)剪切—位移曲線(xiàn)可知，相同表面特性的黏性土—混凝土界面在不同法向力作用下，界面摩阻力隨法向力增加而增加。根據(jù)直剪試驗(yàn)回歸得到的抗剪強(qiáng)度線(xiàn)圖6可知，相同表面特性下黏性土—混凝土界面法向力與摩阻力線(xiàn)性增加。

(a) Ⅰ粗糙度板

(b) Ⅱ粗糙度板

(c) Ⅲ粗糙度板

(d) Ⅳ粗糙度板

圖5 相同粗糙度不同法向應(yīng)力下剪切應(yīng)力—剪切位移曲線(xiàn)
Fig.5 Stress-strain relationship under different normal stress

圖6 不同粗糙度下抗剪強(qiáng)度線(xiàn)Fig.6 Line of shear strength under different roughness

根據(jù)黏著—犁溝摩擦理論，相同表面特性的黏性土—混凝土界面其單位面積上的犁溝力、黏著結(jié)點(diǎn)的剪切強(qiáng)度屬于固定值，剪切范圍內(nèi)的微凸體的數(shù)量大致相同，即犁溝面積不變，而摩阻力產(chǎn)生變化應(yīng)歸因于法向力的增加造成黏著面積的變化。根據(jù)式(4)的變化可以認(rèn)為，黏著面積與法向力成線(xiàn)性關(guān)系:

F↑=T↑+Pe→=Ar↑·τb→+S→·pe→。

(4)

需要指出的是，庫(kù)侖強(qiáng)度理論認(rèn)為剪切強(qiáng)度是由黏著力和內(nèi)摩擦角產(chǎn)生的摩阻力共同提供，圖6在法向力為0時(shí)不同混凝土齒板界面c值不同，其解釋是因?yàn)橥馏w黏聚力改變而引起切向力不同。而根據(jù)黏著—犁溝理論認(rèn)為剪切強(qiáng)度由黏著力和犁溝力組成，法向力不變的情況下黏著力不改變，界面粗糙度的變化造成犁溝力改變，法向力為0時(shí)剪切力的變化是由于犁溝力變化而引起的。這說(shuō)明法向力為0時(shí)，切向力并不是單純的由土體黏聚力組成，而是黏著力與犁溝力共同組成。換言之，庫(kù)侖強(qiáng)度理論的內(nèi)聚力c的物理含義并不僅僅是由土體黏性造成的。

(a) 法向力23.6 kPa

(b) 法向力43.2 kPa

(c) 法向力88.7 kPa

(d) 法向力142.8 kPa

圖7 相同法向力不同粗糙度下剪切應(yīng)力—剪切位移曲線(xiàn)
Fig.7 Stress-strain relationship under the same normal force and different roughness

根據(jù)黏著—犁溝摩擦理論，相同表面特性的黏性土—混凝土界面其單位面積上的犁溝力、黏著結(jié)點(diǎn)的剪切強(qiáng)度屬于固定值；在相同法向力作用下，黏著面積沒(méi)有產(chǎn)生變化，混凝土齒形板外輪廓的變化直接改變了剪切面處微凸體的數(shù)量，即犁溝面積產(chǎn)生了變化，變化趨勢(shì)如式(5)所示，印證了犁溝力是摩阻力的組成部分：

F↑=T→+Pe↑=Ar→·τb→+S↑·pe→。

(5)

從表2中可以看出，在相同法向力作用下，隨著齒板峰谷距的增大，剪切力會(huì)相應(yīng)增加，但最大剪切力均小于土體剪切強(qiáng)度。這是因?yàn)楫?dāng)黏性土—混凝土界面剪切強(qiáng)度大于黏性土體剪切強(qiáng)度時(shí)，剪切破壞將產(chǎn)生于土體內(nèi)部而不發(fā)生在黏性土—混凝土界面，剪切力的最大值僅能達(dá)到土體剪切強(qiáng)度。與文獻(xiàn)[16]結(jié)論類(lèi)似。

表2 黏性土—混凝土界面阻力Tab.2 Interface resistance between cohesive soil and concrete

2.2 黏性土—混凝土界面彈塑性

根據(jù)文獻(xiàn)[14]反向剪切試驗(yàn)，界面發(fā)生正向剪切后(θ=0.5、0.75、1曲線(xiàn))所得到的反向剪切力明顯低于未剪切界面剪切力(θ=0曲線(xiàn))，說(shuō)明正向剪切后造成部分微凸點(diǎn)產(chǎn)生遷移無(wú)法在反向剪切時(shí)提供等量的剪切力。界面發(fā)生正向完全剪切破壞后的反向剪切力(θ=1.0曲線(xiàn))由黏著力和彈性犁溝力及因正向剪切造成微凸體遷移而新形成的微凸體在反向剪切時(shí)所提供的犁溝力組成。

說(shuō)明黏性土—混凝土界面剪切從初始階段到破壞階段均存在彈塑性變形，全階段均為彈塑性共同作用的結(jié)果。

直剪試驗(yàn)得到的結(jié)果，如圖6所示，界面粗糙度的變化造成犁溝力改變，法向力為0時(shí)初始剪切力的不同是由于犁溝力變化而引起的。這也印證了從初始階段即存在彈塑性變形。

2.3 黏性土—混凝土界面受力綜述

根據(jù)黏性土—混凝土直剪試驗(yàn)應(yīng)力—位移曲線(xiàn)結(jié)合黏著—犁溝理論對(duì)其摩擦原理進(jìn)行描述：試驗(yàn)準(zhǔn)備階段，放置混凝土塊及黏性土后，在自重作用下兩界面接觸；當(dāng)法向力作用后，黏性土及混凝土界面接觸較自重作用下更加緊密，即是由于法向力增加后微凸體頂端相接觸部分的應(yīng)力達(dá)到受壓屈服極限σs而產(chǎn)生塑形變形，土體微凸點(diǎn)達(dá)到受壓屈服極限后，只能通過(guò)增加已有有效微凸體的接觸面積或增加界面間有效接觸微凸點(diǎn)的數(shù)量來(lái)增加承載法向力的受荷面積。此過(guò)程中犁溝接觸點(diǎn)的數(shù)量并不因法向接觸力的增大而增加。

剪切開(kāi)始后，剪切力是由黏著力和犁溝力共同提供。由于法向力不發(fā)生變化，黏著力的大小即受荷面積不會(huì)發(fā)生變化，在切向力作用下黏結(jié)點(diǎn)被剪切產(chǎn)生滑動(dòng)，需形成新的黏著點(diǎn)保證受荷面積不變，剪切過(guò)程中黏著面積的位置在不停地變化。

同樣的，剪切開(kāi)始后，隨著剪切位移的逐步增大，犁溝點(diǎn)數(shù)量也在逐步增加，犁溝面積也在隨之增大，剪切力上升并達(dá)到峰值。隨著剪切的進(jìn)一步發(fā)展，土體顆粒的遷移使混凝土表面的微凸體及土體表面的微凸體被逐漸填平或削平，剪切位移的增大無(wú)法形成更多的數(shù)量的犁溝點(diǎn)，犁溝面積也隨之下降，剪切力下降，這一過(guò)程即是黏性土—混凝土剪切軟化的過(guò)程，這一過(guò)程結(jié)束時(shí)對(duì)應(yīng)的剪切位移既是殘余強(qiáng)度開(kāi)始位移。剪切位移繼續(xù)擴(kuò)大，塑性犁溝微凸點(diǎn)均已完成遷移，土體表面和混凝土表面基本被填平，微凸點(diǎn)的數(shù)量也因遷移而大大減少，這時(shí)殘余強(qiáng)度由黏著力和彈性犁溝力構(gòu)成，彈性犁溝點(diǎn)的數(shù)量并不因位移的增加而變化,基本保持穩(wěn)定。

3 黏著—犁溝界面法向力、實(shí)際接觸面積與顆粒之間的關(guān)系(微凸體與顆粒間的數(shù)學(xué)表達(dá))

根據(jù)界面剪切試驗(yàn)得到的結(jié)果，相同表面特性的黏性土—混凝土界面法向力與黏著面積呈線(xiàn)性關(guān)系。若黏著面積可以用顆粒的面積表示，將建立起法向力與顆粒之間的關(guān)系。

圖9 Greenwood和Williamson的隨機(jī)表面模型Fig.9 Greenwood and Williamson random surface model

只有當(dāng)概率密度分布曲線(xiàn)中，微凸點(diǎn)高度z>h的部分發(fā)生黏著接觸，即

(6)

如果粗糙表面微凸體總數(shù)量為n，則參與接觸的微凸點(diǎn)數(shù)m為：

(7)

各個(gè)接觸點(diǎn)的法向變形量為z-h，根據(jù)接觸力學(xué)[18]求得單個(gè)微凸點(diǎn)的接觸面積，再與參與接觸的微凸點(diǎn)數(shù)m相乘，求得實(shí)際接觸面積A為：

(8)

同樣，根據(jù)微凸點(diǎn)法向荷載W為：

(9)

(10)

(11)

(12)

(13)

(14)

從式(13)、(14)可以看出法向力與實(shí)際接觸面積、微凸體數(shù)量均呈線(xiàn)性關(guān)系，W/A或W/m的比值均與高度分布函數(shù)無(wú)關(guān)。理論的推導(dǎo)與試驗(yàn)得出同一結(jié)論，在一定情況下法向力與實(shí)際接觸面積成正比。微凸體中的顆粒與法向力建立了聯(lián)系，為顆粒級(jí)別的計(jì)算打下基礎(chǔ)。

4 黏著—犁溝理論對(duì)樁土界面的應(yīng)用

4.1 黏著—犁溝理論與庫(kù)侖強(qiáng)度理論的區(qū)別

對(duì)于相同條件下的樁—土界面，庫(kù)侖強(qiáng)度理論認(rèn)為界面法向力的增減改變的是由內(nèi)摩擦角產(chǎn)生的樁土界面摩擦力(σtanΦ)，界面間接觸力的增減沒(méi)有改變即黏聚力c。黏著—犁溝理論認(rèn)為法向力的增減改變了黏著的實(shí)際接觸面積，因而造成黏著力的變化；法向力的增減也改變了犁溝接觸面積。所以說(shuō)庫(kù)侖強(qiáng)度理論中的黏聚力與黏著—犁溝理論中的黏著力并不等同。

對(duì)于直剪試驗(yàn)中的混凝土齒形板而言，其峰—谷距明顯大于顆粒粒徑，峰—谷距的變化對(duì)于混凝土表面平整度的性質(zhì)沒(méi)有改變，而是改變剪切面的黏著面積與犁溝面積來(lái)變化“傳統(tǒng)意義上的粗糙度”(即庫(kù)侖強(qiáng)度理論的Φ值)。

4.2 黏著—犁溝理論對(duì)樁土界面的實(shí)際應(yīng)用

直剪試驗(yàn)所用的混凝土齒板Ⅰ可以代表大部分樁身表面，但黏性土的粗糙度變化較大無(wú)法用單一試驗(yàn)土樣代表。庫(kù)侖強(qiáng)度理論的內(nèi)摩擦角、黏聚力等要素為宏觀(guān)意義上的平均值，較難進(jìn)一步解釋細(xì)觀(guān)問(wèn)題；而黏性土—樁體界面剪切力應(yīng)用黏著—犁溝摩擦理論中單位面積黏著力與實(shí)際黏著面積乘積、單位面積的犁溝力與犁溝面積乘積四要素表示，具有真實(shí)的物理意義，切向力的來(lái)源更為直觀(guān)。黏著面積與法向力呈線(xiàn)性關(guān)系，犁溝面積與微凸體的分布有關(guān)，單位面積上的黏著力與單位面積上的犁溝力又與材料本身的性質(zhì)有關(guān)。在不改變土體性質(zhì)的前提下，黏性土—樁接觸問(wèn)題的細(xì)觀(guān)實(shí)質(zhì)是黏著顆粒的數(shù)量與犁溝顆粒數(shù)量的變化，這就將在顆粒級(jí)別的真實(shí)物理量與宏觀(guān)的切向力之間搭建了橋梁。

4.3 黏著—犁溝理論存在不足

黏著—犁溝理論所提出的摩阻力是由黏著力和犁溝力兩部分組成。樁土界面在實(shí)際應(yīng)用中有水的存在，這將導(dǎo)致黏著結(jié)點(diǎn)的剪切強(qiáng)度變化，含水率與黏著結(jié)點(diǎn)的剪切強(qiáng)度之間的關(guān)系仍需進(jìn)一步探究。樁土界面細(xì)觀(guān)顆粒的分布直接影響實(shí)際接觸面積，這將造成黏著點(diǎn)及犁溝點(diǎn)數(shù)量、黏著及犁溝面積、最大摩阻力、最大摩阻力位移等參數(shù)的變化，能夠準(zhǔn)確描述樁土界面顆粒分布函數(shù)仍然需要進(jìn)行大量的研究。

5 結(jié)論

黏著—犁溝理論從細(xì)觀(guān)角度揭示黏性土與混凝土界面受力組成，可以更進(jìn)一步的應(yīng)用于樁土界面，為顆粒級(jí)別的研究打下基礎(chǔ)?；陴ぶ鐪侠碚搶?duì)黏性土與混凝土界面反向剪切試驗(yàn)、黏性土與多規(guī)格混凝土齒板直剪試驗(yàn)及GW模型擬合微凸體分布可以得到以下結(jié)論：

①黏性土與混凝土界面剪切力是由黏著力與犁溝力共同作用提供，黏性土—混凝土界面剪切從初始階段到破壞階段均存在彈塑性變形，全階段均為彈塑性共同作用的結(jié)果。

②黏性土與混凝土界面法向力與實(shí)際接觸面積成正比，用黏著面積與犁溝面積的變化代替了傳統(tǒng)意義上的粗糙度。

③正態(tài)分布結(jié)合GW模型擬合兩界面微凸體分布可以將兩界面微凸體簡(jiǎn)化為單一微凸體界面與平面間的聯(lián)合正態(tài)分布模型，為顆粒級(jí)別的真實(shí)物理量與宏觀(guān)的切向力之間搭建了橋梁。