桩侧摩阻力是决定抗拔桩单桩承载力的一个重要因素,侧摩阻力的发挥受桩身及周围土体共同影响。当桩身与周围土体存在相对位移或相对位移趋势时,桩侧混凝土界面与土体产生相互作用,外部荷载由桩体传递到周围土体中,因而土与混凝土接触面的力学特性成为抗拔桩承载机制研究的重点问题,国内外学者在此方面展开了理论与试验研究,并取得了不少成果。

297 Role of hypoxia, glucose metabolism and fat metabolism in pathogenesis of rheumatoid arthritis: an update

其一,土与不同材料(包括混凝土)接触面的力学特性试验研究。Potyondy[1]早期利用直剪仪研究了土与不同建筑材料接触面的力学特性,考虑了材料表面粗糙度、土体类型以及含水率等因素的影响,得出接触面摩阻力与土体抗剪强度及材料界面特征之间的关系。Tiwari等[2]也通过直剪试验得出土与混凝土、木材及钢板3种接触面剪切内摩擦角逐渐减小的结论。Uesugi等[3]和Kishida等[4]利用矩形断面单剪仪研究了砂与钢板接触面在静力和循环荷载下的力学特性,发现试验砂土变形由土颗粒自身剪切变形和接触面的滑动位移组成。其二,土与混凝土接触面破坏模式研究。Brandt[5]采用大型直剪仪对土与混凝土接触面力学特性进行研究,认为接触面破坏模式为刚塑性破坏。Clough等[6]通过直剪试验提出土与混凝土接触面剪应力-剪切位移双曲线模型。Gomez等[7]对砂土-混凝土接触面剪切特性进行了研究,并提出修正的双曲线模型。殷宗泽等[8]提出一种有厚度的接触面单元,认为接触面上的剪切变形符合刚塑性模型。张冬霁等[9]进行了的一系列的接触面单剪试验,提出一种新的接触面模型,即根据应力水平的大小分别对应双曲线模型和塑性流动模型两种。其三,土与混凝土接触面力学特性的影响因素研究。胡黎明等[10]研究了砂土与结构物接触面的物理力学性质,分析了土与不同相对粗糙度接触面的剪切破坏机制。张嘎等[11-13]系统研究了粗粒土与混凝土接触面力学特性,分析了土的种类、法向应力、界面粗糙度等因素对接触面应力-应变关系、剪胀规律及异向性等的影响。此外,刘方成等[14]、朱俊高等[15]分别对粉质黏土、黏土等与混凝土接触面力学特性的影响因素进行了研究。

现有的接触面力学特性试验研究主要集中在挡土墙、土石坝以及防渗墙等水工结构物中,其主要目的是分析土与结构物接触面的相互作用,而对于抗拔桩,则重点关注的是桩的侧摩阻力发挥,亦即抗拔桩的承载能力大小。桩土接触面的破坏模式是分析桩基承载力依据,通过试验,研究桩土接触面力学特性是非常必要的。笔者通过制作预制混凝土板模拟桩侧表面,采用大型水平剪切装置并自制试验剪切箱,模拟抗拔桩在荷载作用下桩与土的相互作用,其中可通过改变竖向压力来模拟不同深度桩侧所受土的侧压力大小,水平拉力则为抗拔桩在不同条件下能达到的极限承载力,与传统剪切试验相比,本试验能有针对性的研究抗拔桩在不同条件下抗拔承载力的变化情况。通过研究不同含水率及侧压力条件下桩土接触面的剪切特性及对剪应力-剪切位移关系进行量纲为一处理,进一步分析应变软化阶段剪应力-剪切位移变化规律。

1 试验设备

常用于土与结构物接触面剪切试验的设备有直剪仪、单剪仪等,本试验所用设备为大型水平剪切仪,并结合自行设计的试验剪切箱,能较好地模拟桩土相互作用的接触面条件。

从表2数据可知:随着含水率的增大接触面黏聚力变化不大,接触面内摩擦角随含水率的增大而逐渐减小,总体降幅达到38.5%,接触面内摩擦角受土体含水率影响较大。接触面抗剪强度参数及其随含水率变化规律可为计算桩侧摩阻力提供进一步的参考依据。

图6给出了5种不同含水率条件下接触面最大剪应力-法向应力散点图及拟合曲线。由图6可知:同一法向应力作用下,接触面最大剪应力随着含水率的增大而减小。法向应力对接触面剪切特性影响显著,最大剪应力随着法向应力的增大而增大,呈良好的线性关系,可用Mohr-Coulomb准则描述,见式(4)。

  

图1 水平剪切试验装置Fig.1 Horizontal shear test device system

试验剪切箱采用钢板制作,其内尺寸为400 mm×375 mm×450 mm,壁厚10 mm,整个剪切箱在高度为225 mm处水平截断,分为上下两部分,分别装入试验土样,中间放置混凝土板,剪切箱顶部敞开,并附带同种材质的上部盖板,箱底用长螺杆与底座固定连接,防止其沿底座滑动。剪切箱顶部加载板上对称设置两个竖向位移计,用于测量土体竖向位移,混凝土板拔出端设置一个水平向位移计,用于测量混凝土板水平剪切位移。试验剪切箱示意图如图2所示。

(3)矢量控制系统代替方向舵转向，会减少飞机的转向时的时间，便于完成任务，减少任务用时。由于矢量控制系统通过改变电机拉力线可以直接控制拉力方向，再通过操纵员的飞行经验或者飞控的帮助下向反方向反打副翼，使飞机在水平姿态下转向，在对地侦查项目中，更加便于观察地面目标，同时减少转向造成的时间浪费，极大地降低了飞行难度和比赛难度。

  

图2 试验剪切箱示意图Fig.2 Schematic diagram of shear box

2 试验方案

试验土样为重塑粉质黏土,按照土工试验方法国家标准进行配置[16]。将原状土经过烘干、粉碎、过筛3道程序处理,配制含水率(w)分别为10.8%、15.4%、18.9%、22.6%和26.5% 5种重塑土样,配制完成后放置2 d左右,以保证水分渗入土体内部。重塑土样的主要物理力学参数如表1所示。

 

表1 土样主要物理力学参数Table 1 Main physical and mechanical parameters of soil

  

密度ρ/(g·cm-3)塑限ωp/%液限ωL/%黏聚力c/kPa摩擦角φ/(°)1 98152918 321 1

试验制作预制C30混凝土板模拟桩侧表面,其几何尺寸为650 mm×350 mm×30 mm。板内横向均匀布置4根直径为8 mm的分布钢筋,纵向布置5根直径为6 mm的受力钢筋,其中纵向中间1根受拉钢筋前端伸出板边10 cm,并焊有铁环,便于铁链与水平张拉系统相连。

为保证试验土体的均匀性,试验时将配制好的重塑土样分层填入剪切箱,按每层土40 mm厚度分层击实,对于不同含水率土样,每层填土所需质量可依据设计干密度计算得到,每层土击实完成后,对该层土表面进行刨毛处理,以保证土体为各向同性均匀体,然后填入下一层土样,如此进行。为防止混凝土板与上下部剪切箱发生接触,因此填土高度均超过上下剪切箱开口5 mm,由于粉质黏土在夯实过后已较为密实,故在拉拔力过程中接触面土体不易被混凝土板带出。为防止混凝土板与箱壁接触,混凝土板两侧与剪切箱内壁均留有超过10 mm空隙,并保证混凝土板受拉方向保持不变。填土结束后,放置预制混凝土板,并用铁钩使之与张拉系统相连,盖入上部剪切箱,用螺栓将上下剪切箱固定,并重复前述填土步骤,直到土样填满剪切箱。在顶部放置钢盖板,竖向压力通过盖板上的均压板传递到剪切箱土体中。

按4种不同法向应力σn=50、100、150和200 kPa分别对混凝土板进行拉拔剪切试验,其中每种法向应力下进行5次不同含水率土样试验,试验总共进行20组。当加载土体达到稳定状态,即剪切位移继续增大,但剪应力逐渐趋近于某一稳定值不再继续增长时,试验终止。

3 试验结果分析

3.1 法向应力对接触面剪切特性的影响

为分析法向应力对桩土接触面力学特性的影响,图3给出了法向应力分别为50、100、150和200 kPa条件下剪应力-剪切位移曲线(τ-Δ曲线)。由图3可得：τ-Δ曲线变化分为3个阶段:剪应力先随着剪切位移的增加快速增大;在达到剪应力峰值强度时,开始出现应变软化现象；随后随着剪切位移的增加,剪应力有所减小，剪应力最终趋近于某一稳定值。

  

图3 接触面τ-Δ曲线Fig.3 τ-Δ curves of interface

由图5可得：接触面应变软化阶段R与D基本上呈线性变化,由此可得R-D本构方程为

3.2 应变软化阶段的剪切特性

1.3.2 薄层鉴别 称取六棱菊药材粉末5 g，加75%乙醇100 mL，回流1 h，滤过，滤液挥干加甲醇3 mL使其溶解，作为六棱菊供试品溶液。取橙皮苷对照品适量，加甲醇溶解，配制成0.32 mg／mL的对照品溶液。吸取上述溶液各5 μL，分别点于同一硅胶G薄层板上，以乙酸乙酯－甲醇－水体积比为100∶18∶12为展开剂，展开5 cm，取出，晾干，以甲苯－乙酸乙酯－甲酸－水（20∶10∶1∶1）的上层溶液作为展开剂，展开12 cm，取出晾干，喷1%的三氯化铝试液，置325 nm紫外光灯下检视。

峰值后剪应力R定义为

本次研究中接受放疗治疗的71例肿瘤患者应用CT模拟定位扫描技术均实现了准确定位靶区，且病灶区域、靶区及毗邻组织的界限清晰，疗程结束后复查CT，并判定疗效，结果显示符合完全缓解的有26例，占36.62%，符合部分缓解的有42例，占59.15%，总有效率达到了95.77%，但仍有2例稳定，1例进展。患者放疗期间均未见严重不良反应及并发症。

 

(1)

式中:τp、τr分别为剪应力-剪切位移曲线中峰值强度及残余强度;τf为曲线应变软化阶段某一剪应力。

峰值后剪切位移D定义为

 

(2)

式中:Δd定义为峰值后塑性剪切位移,定义为峰值后达到残余强度对应的塑性剪切位移。

  

图4 接触面τ-Δ典型曲线Fig.4 τ-Δ typical curves of interface

图4为试验所得τ-Δ典型曲线,对图3中试验所得峰值后剪应力、剪切位移进行量纲为一处理,得到峰值后剪应力-峰值后剪切位移曲线(R-D曲线)如图5所示。

由图3还可得：剪应力增长速率、剪应力峰值强度及达到峰值强度所对应的剪切位移均随法向应力的增大而增大。这是由于随着法向应力的增加,一方面接触面附近土体自身被压实,另一方面接触面土颗粒在压力作用下与混凝土表面紧密接触,形成良好的摩擦效果,从而接触面抗剪强度得以提高。对于粉质黏土-混凝土接触面而言,其黏聚力主要由土中水分子对混凝土表面细微颗粒的吸附力提供,随着法向应力的增大,两者的整体性能逐渐增强,所表现出的吸附力也随之增强,接触面抗剪强度则逐渐增大。

R=aD+b

(3)

式中:a、b为拟合系数。根据量纲为一后的剪应力和剪切位移定义可知,R与D最大值均为1,由此可近似认为a=1、b=0,即在不同法向应力作用下,峰值后剪应力随剪切位移的增加呈线性递减,且减小速率近似相等。

3.3 接触面剪切强度

  

图5 应变软化阶段R与D的关系Fig.5 Relationships between R and D at the stage of strain softening

用工单位近亲繁殖的问题，即便没有任何的猫腻，也会造成不好的社会影响。因为，老百姓会习惯地认为存在问题。再说了，“一家人进一家门”也会在管理上存在问题，都是亲属会造成管理的不方便。由此来看，“干部子女等亲属不得报考”是现实的需要。

τ=c+σntan φ

(4)

由图6还可看出:接触面强度曲线始终位于土的强度包线下方,而剪切破坏总是发生在抗剪强度最小的面上,因此模型桩在拉拔力作用下破坏发生于桩土接触面上。相同法向应力条件下,随着含水率增加,界面抗剪强度逐渐降低。不同含水率条件下,接触面的抗剪强度均小于土体自身抗剪强度。

  

图6 不同含水率下接触面剪切强度曲线Fig.6 Shear strength curves of interface under different moisture content

川贝母对哮喘模型小鼠气道炎症及ERK/MAPK信号通路的影响 …………………………………………… 张羽飞等（3）：343

为较好地描述应变软化阶段的τ-Δ关系,分别对试验得到的峰值后的剪应力、剪切位移进行量纲为一处理,得到峰值后剪应力及峰值后剪切位移[17]。

试验所用大型水平剪切仪主要由竖向加载系统、水平剪切系统、控制系统以及量测系统等组成(图1)。其竖向伺服加载系统最大可施加30 kN法向压力,水平最大拉力为50 kN,水平剪切过程采用恒定速率控制,剪切速率为2 mm/min,试验允许的最大水平剪切位移为10 cm。竖向荷载、水平拉力、竖向及水平位移等数据均通过计算机自动采集。

例如《猫》这一篇文章，通篇用的都是拟人化的写作方式，把猫这种小动物像人一样写活了。它爱睡觉，无忧无虑，等老鼠的时候又很有耐心，叫唤方式也多变，它可爱淘气又非常勇猛。这篇文章中有很多成语可以供学生学习积累。在语言表达上，总是正反两方面对比着写，猫懒散却又积极，胆小却又勇猛，虽然淘气但又有坚韧的品格。学生可以仿写这篇文章，写小狗、小羊，或者动物园里常见的国宝大熊猫，还有老虎、狮子等，这些动物都有很多特点等着学生去发掘。

通过线性拟合,得出在不同含水率条件下接触面的抗剪强度参数,结果如表2所示。

 

表2 不同含水率接触面抗剪强度参数Table 2 Shear strength parameters of interface under different moisture content

  

含水率w/%黏聚力c/kPa内摩擦角φ/(°)10 84 4216 6915 47 8414 1918 96 3812 8922 66 5611 3126 55 8510 26

试验结束后,拆除混凝土板可发现土体表面较为平整,且能够观察到波纹状线条呈定向排列状,在移除的混凝土板上并未发现残留的土体。由此可再次说明,剪切破坏主要发生在土与混凝土接触面上,而土体自身并未发生明显破坏。

3.4 土体剪胀性分析

图7为含水率w=10.8%时,不同法向应力条件下水平位移-竖向位移(Δ-Δn)变化曲线。4种法向应力作用下的初始阶段(剪切位移在1 mm以内)竖向位移均随水平位移的增加而减小,呈剪缩趋势,剪缩速率相差不大。这是由于初始剪切过程中,在法向应力的作用下,土颗粒空隙被压缩,颗粒排列变紧密,土体体积逐渐减小,即发生剪缩现象。剪缩量随法向应力的增大而增大,剪缩速率随着剪切位移的增加有放缓趋势。

  

图7 不同法向应力下Δ-Δn曲线Fig.7 Δ-Δn curves at different normal stress

粉质黏土在剪切过程中可能发生剪胀现象,在本试验中,接触面剪胀现象仅发生在含水率w=10.8%、σn=50 kPa条件下。这是由于在试验填土时,为配置一定干密度的土,需要对土样进行击实,含水率w=10.8%的土样需要承受的击实功比其他含水率土样大,击实压力相比于竖向应力为50 kPa时也大很多,因此击实后的土具有超固结性质。随着试验的进行,接触面土颗粒间发生咬合错位,土体内部及接触面在前期击实过程中所积聚的黏聚势能和摩擦势能突破小应力束缚得以释放,产生向上的压力差使得土体产生向上微小膨胀位移[18]。随着法向应力的增大,该势能发挥的作用逐渐减弱,土颗粒在压力作用下逐渐被挤密,颗粒间空隙进一步压缩,因此剪缩效果越明显,剪缩量继续增大。

4 结论

1)接触面在不同法向应力作用下τ-Δ曲线变化分为3个阶段。剪应力增长速率、剪应力峰值及达到峰值强度所对应的剪切位移均随法向应力的增大而增大。

2)通过对峰值后应变软化曲线进行量纲为一处理,得到峰值后剪应力随剪切位移的增加线性递减,且在不同法向应力作用下,减小速率近似相等。

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3)接触面抗剪强度随法向应力的增大而增大,两者呈良好的线型关系,但随含水率的增大而减小。接触面的黏聚力随含水率的增大变化幅度不大,而内摩擦角随含水率的增大总体降幅达到38.5%。

4) 在法向应力的作用下,剪切过程中土体体积逐渐减小,发生剪缩现象,剪缩量随法向应力的增大而增大,剪缩速率随着剪切位移的增加有放缓趋势。只在含水率较小、法向应力较低(w=10.8%、σn=50 kPa)的情况下,接触面剪切过程中发生剪胀现象。

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