姬雪竹 张钧堂

(重庆交通大学河海学院，重庆 400074)

静压桩是在实际工程中较常采用的工程形式，它有着无污染、对桩身没有冲击力等优点。在对其沉桩过程进行计算时，需要考虑桩与结构接触面的问题，这里即砼土界面。

对于土与结构接触面很多学者已进行了研究，取得了许多重要的成果:张明义［1］对桩土滑动摩擦及其时效性进行了研究;张嘎等［2］研究了一系列粗粒土与结构接触面的力学特性;Uesugi［3］用矩形单剪仪对土与结构接触面进行了动力学和静力学研究;Potyondy［4］指出影响接触面剪切特性的主要因素为:土的性质、含水率、界面粗糙度、法向应力等;梁越等［5］钢－土界面剪切过程的三个阶段。本文选取重庆地区较为普遍的砂泥岩为研究对象，研究界面粗糙度对于砼－土接触界面剪切特性的影响。

1.实验材料和方法

本试验主要考虑结构面粗糙度对钢土界面剪切特性的影响，根据已有数据，选取固定干密度为1.8g/cm3，含水率分别为6%，8%，10%，12%制样，法向应 力分别 为50KPa，100 KPa，150 KPa，200 KPa，共计32组试验。制样完成后，像一般剪切试验一样用环刀装入砂泥岩混合料，将直剪仪下部装入不同粗糙度的砼块，砼土接触进行剪切试验，记录数据。

2.结果分析

通过试验所得数据，做出含水率分别为6%，8%，10%，12%，干密度均为1.8g/cm3的试样在法向应力分别为50KPa，100 KPa，150 KPa，200 KPa下的τ－μ的关系，拟合出τ－σ曲线。

比较不同含水率情况下，极限剪切强度的变化关系:同一含水率下，切向应力和法向应力存在良好的线性关系，引用摩尔库伦准则:

式中:c为砼土接触界面之间的粘聚力 (kPa);σ为施加的法向应力 (kPa);φ为砼土界面的内摩擦角。

含水率由6%增至10%过程中，光滑界面的粘聚力由4.34kPa增至7.075kPa，含水率12%时则又减小至6.212kPa，即在一定范围内，随着含水率增大，粘聚力增大，而过高的含水率则会使粘聚力减小，粗糙界面的粘聚力由10.75kPa增至14.4kPa，含水率12%时则又减小至12.5kPa，可见，粗糙界面相对于光滑界面粘聚力有了明显的提升，而且含水率对粗糙界面和光滑界面有着相同的影响趋势;通过摩尔库伦准则，反算出内摩擦角，可看出随着含水率的增加，在一定范围内，内摩擦角随着含水率增大，当含水率过高时内摩擦角会变小。

表1 含水率与粘聚力和内摩擦角的关系

由表得知:对于光滑界面，在含水率由6%增至10%的过程中，粘聚力分别增加16.9%和39.4%，内摩擦角分别增加1.2%和2.1%，含水率继续增至12%时，呈减小的趋势，粘聚力减小12%，内摩擦角减小1.6%;对于粗糙界面，在含水率由6%增至10%的过程中，粘聚力分别增加4.1%和28.6%，内摩擦角分别增加1.4%和3.8%，含水率继续增至12%时，呈减小的趋势，粘聚力减小13.2%，内摩擦角减小3.3%。分别拟合粘聚力c和内摩擦角φ关于含水率的曲线，并给出公式。为检验公式合理性，进行补充试验，即做含水率9%和11%、干密度为1.8g/cm3的剪切试验，反算出光滑界面内摩擦角为29.03°和29.33°，粘聚力为5.97kPa和6.73kPa，粗糙界面的内摩擦角为31.58°和32.46°，粘聚力为12.77 kPa和14.63 kPa，同时由拟合公式计算得出含水率为9%和11%时，光滑界面内摩擦角为29.20°和29.54°，粘聚力为6.20 kPa和7.29kPa，粗糙界面的内摩擦角为31.85°和32.65°，粘聚力为13.31 kPa和15.25 kPa。对于光滑界面，粘聚力的实验值与拟合计算值分别相差3.82%和8.26%，内摩擦角分别相差0.58%和0.72%;对于粗糙界面，粘聚力的实验值与拟合计算值分别相差4.23%和4.20%，内摩擦角分别相差0.86%和0.59%。

3.结论

1)在砼－土界面剪切特性试验中，可以明显看到，粗糙界面的粘聚力和内摩擦角远大于光滑界面。可见，对于粗糙界面的桩 (混凝土)可以明显的提升桩基承载力。

2)在砼－土界面剪切特性试验中，砼－土接触界面的抗剪强度与其所受法向应力满足摩尔库伦准则，且在一定范围内随含水率的增加，土的粘聚力和内摩擦角均增大，呈线性增长，而当含水率高于一定范围时，随含水率的增加，土的粘聚力和内摩擦角均减小。含水率超过了12%的范围，粘聚力和内摩擦角是否还能符合关系式;随着含水率的增加，土体自重也相应地随着含水率的增加而增加，这种变化对试验结果是否产生影响，值得继续研究。

［1］张明义，邓安福.桩－土滑动摩擦得试验研究 ［J］.岩土力学，2002(2):246－249.

［2］张嘎，张建民.粗粒土与结构接触面单调力学特性的试验研究［J］.岩土工程学报，2004(1):21－25.

［3］ Potyondy JG.Skin friction between various soils and construction materials［J］.Geotechnique，1961，11(4):339－353.

［4］ Uesugi M.Frictional resistance at yeild between dry sand and mild［J］.steel［J］.Soils＆ Foundations，Journ Japanese Society of Soil Mech＆ Found Engrg，1986，26(4):139－149.

［5］梁越，卢孝志等.考虑土体密实度的钢－土界面剪切特性研究 ［J］.2014(4):168－172.