[發(fā)明專利]一種基于波長近似正態(tài)分布的樁巖界面研究的室內剪切試驗方法

有效

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• 申請日: 2018-09-10
• 公開（公告）號: CN109211774B
• 公開（公告）日: 2020-10-30
• 發(fā)明（設計）人: 趙衡;劉亞楠;楊超煒;趙明華;侯繼超;張玲;周帥
• 申請（專利權）人: 湖南大學
• 主分類號: G01N19/00
• 分類號: G01N19/00
• 代理公司: 深圳市興科達知識產權代理有限公司 44260
• 代理人: 王翀;賈慶

本發(fā)明公開了一種基于波長近似正態(tài)分布的樁巖界面研究的室內剪切試驗方法，該方法包括不同界面形狀的巖石及混凝土試件的設計。巖石試件是將巖石直接切割成具有不同等腰三角形的鋸齒形狀界面的試件，界面形狀采用半規(guī)則等腰三角形鋸齒形狀。將鋸齒傾角均設為β，其半波長近似符合正態(tài)分布規(guī)律。混凝土試件是根據相應巖石試件澆筑成的具有相應界面形狀的試件。以此來模擬實際鉆孔過程中形成的樁巖接觸面特征，再通過將接觸界面粗糙度進行量化處理，為研究不同界面形狀對樁巖接觸面剪切性能的影響進行定量的計算分析提供了一種有效的途徑。

技術領域

本發(fā)明屬于巖土工程嵌巖樁樁巖接觸面研究領域，具體涉及一種基于波長近似正態(tài)分布的樁巖界面研究的室內剪切試驗方法。

背景技術

當前，對于橋梁、道路以及高層建筑等具有較大集中荷載的基礎形式，通常使用大直徑灌注樁作為基礎形式，將上層建筑傳來的較大的荷載傳遞到堅硬的持力層中(如完整巖層)。另外，與貫入樁相比，灌注樁的施工沒有噪音和振動等方面的不良影響。灌注嵌巖樁是通過在深層巖石中鉆孔，放置鋼筋籠，然后澆筑混凝土而成樁。經研究發(fā)現，灌注嵌巖樁承載力較大程度上依賴于樁巖之間的側摩阻力，而灌注嵌巖樁較小的樁頂沉降也使樁端巖層承載力的發(fā)揮較樁巖間的側阻力而言基本可以忽略。因此，研究樁巖接觸面的剪切性質(具體表現為樁身-圍巖的剪切面的摩擦特性)在優(yōu)化設計嵌巖樁承載性能和降低建設成本等方面具有重要意義。

國內外專家學者對巖石節(jié)理性質的研究已經進行了多年，而關于樁巖接觸面的剪切特性的研究則進行較少，樁巖接觸面的研究是屬于巖石節(jié)理性質研究的一種特殊情況。通過這些研究已得出不少結論，并且對于影響界面剪切強度的主要因素的研究比如巖體性質，界面粗糙度以及邊界條件等都得出了不少的理論性成果。可是，由于巖石其本身的材料特性，以及在研究過程中簡化的研究機制或主觀經驗理論對參數進行取值，目前提出的方法都不能可靠地預測接觸面的剪切性能，不能達到令人滿意的精度水平。

在對巖石剪切特性研究的基礎上，基于其基本的理論研究，不少學者也對嵌巖樁樁巖界面的剪切性能進行研究。在當前對樁巖界面剪切性能的研究中，使用最廣泛的方法Barton提出的JRC法，該方法是通過對巖石試樣進行室內試驗或是直接觀察巖石界面輪廓與10條已有的特征曲線相比來得出巖石的粗糙度，該方法受個人主觀影響程度較大。對于研究界面粗糙度對巖石界面剪切性能的影響還存在較大不足。謝和平等采用分形幾何描述巖石節(jié)理面的粗糙度，表明分形維數可以較好的描述節(jié)理面的粗糙度，但對于用理論方法預測任意粗糙度下的巖石節(jié)理的剪切響應仍較為不便。近年來，有研究者采用一系列均勻的等腰三角形(鋸齒狀)來模擬樁巖界面的粗糙度，并進行了相關的室內直剪試驗。該方法模擬實際工程的效果較好且易于操作和推廣，且參數少易于理論計算。但是，其僅考慮了界面起伏形狀為規(guī)則等腰三角形的情況，這與實際工程中樁巖界面的粗糙體分布有較大出入，主要有以下兩點：(1)樁巖界面中各個粗糙體的高度是隨機分布的，并不是等高；(2)規(guī)則等腰三角形的粗糙體設置將導致室內試驗時應力的均勻分布使得界面上的粗糙體同一時刻破壞，這與實際情況是相悖的。鑒于此，為模擬嵌巖樁樁巖界面，自行設計了具有各種界面形狀的巖石試塊，采用呈現等腰三角形的鋸齒形狀來體現樁巖界面粗糙度，將混凝土澆筑在界面輪廓上以形成相應界面形狀的混凝土試塊，通過對巖石及混凝土試塊進行室內模型直剪試驗，結合相關理論分析，來研究不同界面形狀對樁巖接觸面剪切性能的影響。

發(fā)明內容