环剪试验揭示的混凝土-水泥土复合桩界面剪切机制

《Scientific Reports》：Interface shear mechanisms in concrete–cement soil composite piles revealed by ring shear testing

　　

摘要

由内部预制混凝土芯和外部水泥土柱组成的复合桩在软土地基中得到了越来越广泛的应用，而此类复合桩的荷载传递机制受两个界面控制，即混凝土—水泥土界面和水泥土—周围土界面。本研究对这两个界面进行了环剪试验，以研究其剪切行为、破坏特征和强度演化规律，并建立了相应的本构模型和实用强度估算方法。研究结果表明，混凝土—水泥土界面表现出初始加载、峰值后软化及残余稳定三阶段响应，其抗剪强度随水泥土强度和法向应力的增大而提高。相比之下，水泥土—周围土界面表现出应变硬化响应后趋于稳定，其抗剪强度主要受法向应力和周围土性质的控制。基于试验结果，本文针对混凝土—水泥土界面提出了三段线性本构模型，其强度可根据水泥土的内禀强度参数进行估算；同时，针对水泥土—周围土界面提出了非线性双曲线本构模型，其强度可根据周围土的内摩擦角近似估算。本研究阐明了复合桩基础的界面力学行为，为复合桩基础的承载能力分析和设计计算提供了试验支持和理论基础。