冻土-复合土工膜-混凝土界面抗剪强度试验研究

据调查， 寒旱区农业用水的45%是由混凝土衬 砌渠道因冻融破坏引起的输水损失 ，破坏主要发 生在衬砌结构与渠道基土的界面上，有衬砌板抬升、 滑塌、开裂及与基土分离等多种形态。 在土体冻结期 间， 界面上的冻结力是渠道衬砌与基土共同工作的 重要基础。用四联应变控制直剪仪开展 冻土-混凝土界面抗剪强度试验，发现冰胶结强度受 含水率影响较大； 明确了渠道基土与混 凝土衬砌界面极限抗剪强度与法向应力呈线性关 系；发现粗糙界面所产生的抗剪强度大于 光滑界面产生的抗剪强度；发现抗剪强度在 负温范围内与温度具有很强的相关性； 发现 冻土-混凝土界面峰值抗剪强度和残余抗剪强度均 与法向应力呈正线性关系，与低温呈负线性关系。 这 些研究表明， 土体与基础材料界面抗剪强度在很大 程度上取决于负温度、法向应力、应变速率、含冰量 和土壤类型。 在寒旱区， 为了阻挡渠道衬砌开裂渗 水、提升渠道抗冻胀能力，在渠基土和混凝土衬砌之 间加入复合土工膜用于防渗， 复合土工膜具有良好 的抗拉强度、抗撕裂强度和耐冲压强度性能，埋在土 壤中也具有耐腐蚀性和抗微生物侵蚀性。 加入复合 土工膜后， 衬砌结构冻胀效应的研究多采用数值模拟方法。  模拟了弧底梯形和U形刚柔混合 衬砌渠道冻胀过程； 对刚柔混合衬砌渠道 接触特性进行数值模拟， 得出复合土工膜与渠基土 壤接触面剪切变形和位移的分布规律。 刚柔复合衬 砌渠道基土、 复合土工膜及混凝土衬砌形成的接触 面不同于冻土-混凝土界面，冻土-复合土工膜-混凝 土界面上的冻结强度受复合土工膜的影响， 从而在 强度、形成特征及影响因素等各方面具有特殊性，对 揭示刚柔复合衬砌渠道的抗冻胀破坏机理具有重要 理论意义，但目前的试验研究还较少。 本文以冻土复合土工膜-混凝土体系为对象进行直剪试验，研究 界面冻结强度特征，分析冻结温度、法向应力、土体 含水率等因素对界面冻结强度的影响， 并提出冻结 强度与各影响因素间的拟合公式， 揭示复合土工膜 对界面强度的影响机理， 为寒旱区刚柔复合衬砌渠 道的抗冻胀设计提供参考。

冻土-复合土工膜-混凝土试样制备

选择高20mm， 直径61.8mm的环刀作为填充容 器，制作过程：①选择高为10mm的复合土工膜-混凝 土试样，将混凝土一面朝下，膜朝上放入环刀；②把 配好含水率的土慢慢填装进环刀；③使用压样器，缓 缓向下压，让土和环刀齐平，成型试样高度为20mm； ④用保鲜膜将土-复合土工膜-混凝土试样包裹起 来，放入冰箱冻结24h，让样品完全冻结，成为冻土复合土工膜-混凝土试样。