环剪,粉质砂-钢界面,浙大海南研究院,GDS论文
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在深海风机与油气平台服役时代，，粉质砂海床与钢管桩之间的界面在循环荷载作用下爆发毫秒级剪切响应。。。浙江大学海南研究院科研团队使用GDS环剪/界面剪切仪，，系统开展50次等幅循环剪切试验，，辖档涂化该界面的强度与变形演化纪律。。。2025年7月7日，，团队在《Acta Geotechnica》期刊揭晓了题为《Mechanical behavior at silty sand-steel interface undergoing cyclic shearing》（粉砂–钢界面在循环剪切作用下的力学行为）的学术论文，，总结了该科研项目的希望。。。
https://doi.org/10.1007/s11440-025-02694-9
*论文版权归原作者和出书方所有，，本文仅为学习交流。。。
以下是对这项效果的简要先容：
思量到海床土与结构地基在质料特征上的显著差别,准确形貌土-结构接触面的力学行为至关主要。。。本研究举行了多次循环界面剪切试验,以研究多界线条件下粉砂-钢界面的强度和变形特征。。。对界面的抗剪强度、体积变形、动摩擦角和液化趋势举行了量化。。。细粒含量的增
加使土骨架由砂-砂接触过渡到细-砂、细-细接触,剪切行为由剪胀剪缩交替转变为以剪缩为主。。。随着循环次数的增添,由于界面恢复能力的退化,一连循环中累积位移和循环位移分量的差别减小,同时陪同着相变应力的降低。。。在高应力条件下,土颗粒间更细密的相互作用增强了抗液化能力,而循环幅值的增添使界面剪胀获得更充分的表达,这都有助于延迟液化的爆发。。。通过引入包括细粒含量、初始法向应力和循环幅值影响的特征循环,建设了表征界面快速液化破损的界面液化公式。。。
团队以南海某风电场原状粉质砂为工具，，在三种界线条件（CNL常法向力、CNS常法向刚度、CV常体积）下，，用GDS环剪/界面剪切仪完成了近百组循环剪切试验。。。变量笼罩细颗粒含量FC=0–100%、初始法向应力σn0=50–400 kPa、循环幅值δ=0.5–4 mm，，最高一连50个循环。。。
GDS环剪仪
基于循环界面剪切试验，，研究展现了粉质砂-钢界面的力学行为纪律：
1
细颗粒含量的焦点作用
随细颗粒含量增添，，土体骨架从砂-砂接触转向细颗粒主导接触，，剪切行为由交替剪胀-剪缩转变为一连剪缩主导。。。在CNL条件下，，高细颗粒含量需更大剪切位移抵达峰值强度，，刚度降低；；；CNS条件下，，细颗粒加速剪切强度退化（50次循环后，，FC=100%时退化达99.5%）；；；CV条件下则触发法向应力骤降与孔压积累。。。
2
界线条件与应力影响
（1）法向应力增大强化颗粒破碎与剪缩，，但增强抗液化能力；；；
（2）大循环幅值促使剪切初期剪缩、后期剪胀（颗粒破碎导致剪缩复现），，同时充分引发剪胀特征以延缓液化；；；
（3）液化临界点：细颗粒含量≥30%时，，首循环即爆发液化，，法向应力与幅值影响失效。。。
3
法向位移演化特征
位移分为累计分量（CUV）与循环分量（CCV）。。。循环次数增添导致二者差别减小，，批注界面恢复能力衰退及相变应力降低。。。CCV天生慢于回复（达峰值位移＞回复位移），，且受细颗粒含量增高、法向应力增大抑制而削弱。。。CCV饱和后增速急剧下降。。。
4
液化判别要领
针对界面液化速率快于土体的特征，，提出基于特征循环数的判别公式，，要害参数包括细颗粒含量、初始法向应力及循环幅值。。。
*图表为论文截图，，版权归论文原作者和出书方所有，，本文仅为学术交流。。。
Fig. 1 a Sand sample and schematic diagram of force chain; b Particle size distribution
Fig. 2 Configuration of GDS ring shear apparatus
Fig. 3 a, b Monotonic interface shear results under CNL: Evolution of a shear stress, and b normal displacement versus shear displacement; c, d Cyclic interface shear results of Test C1 under CNL: Evolution of c shear stress, and d normal displacement versus shear displacement
Fig. 4 Interface friction angle for soil samples with different fines content after N cycles
Fig. 5 Cyclic interface shear results of Test C2 under CNS: Evolution of a shear stress, and b normal displacement versus shear displacement
Fig. 6 Cyclic interface shear results of Test C3 under CV: Evolution of a shear stress, and b normal stress versus shear displacement
Fig. 7 Liquefaction trend at the interface in Test C3 under CV
Fig. 8 Relationship between shear stress and normal stress under different normal boundaries: a FC = 10%; b FC = 50%
Fig. 9 Change in normal displacement under CNL and CNS boundary conditions
Fig. 10 Cyclic interface shear results of Test C6 under CNL with varying initial normal stress: Evolution of a shear stress, and b normal displacement versus shear displacement
Fig. 11 Mobilized interface friction angle after N cycles under varying initial normal stress: a FC = 0%; b FC = 10%; c FC = 30%
Fig. 12 Cyclic interface shear results of Test C7 under CV with varying initial normal stress: a Evolution of shear stress versus shear displacement; b The initial cycle in Fig. 12a
Fig. 13 Liquefaction trend at the interface under varying initial normal stress: a FC = 0%; b FC = 10%; c FC = 30%
Fig. 14 Cyclic interface shear results of Test C12 under CNL with different cyclic amplitude: Evolution of a shear stress, and b normal displacement versus shear displacement
Fig. 15 Mobilized interface friction angle after N cycles with different cyclic amplitude: a FC = 0%; b FC = 10%; c FC = 30%
Fig. 16 Cyclic interface shear results of Test C13 under CV with different cyclic amplitude: a Evolution of shear stress versus shear displacement; b The initial cycle in Fig. 16a
Fig. 17 Liquefaction trend at the interface with different cyclic amplitude: a FC = 0%; b FC = 10%; c FC = 30%
Fig. 18 Evolution of normal displacement versus number of cycles: a Total normal displacement; b Cumulative and cyclic normal displacement
Fig. 19 Cyclic normal displacement relative to a Shear displacement; b Shear stress
Fig. 20 Evolution of cyclic normal displacement with different number of cycles, relative to a Shear displacement; b Shear stress
Fig. 21 Change in phase transformation stress under different initial normal stresses
Fig. 22 Evolution of cyclic normal displacement with different fines contents, relative to a Shear displacement; b Shear stress
Fig. 23 Evolution of cyclic normal displacement with different cyclic amplitude, relative to a Shear displacement; b Shear stress
Fig. 24 Degradation of interface normal stress under CNS condition
Fig. 25 Evolution of residual pore water pressure at the interface
Fig. 26 Prediction of residual pore water pressure ratio utilizing the interface liquefaction formula
GDS环剪/界面剪切仪GDSRSA
GDSRSA是一个现代化的、紧凑的、桌面化的环剪系统，，允许完全自动化的试验。。。该GDSRSA允许举行扭转环剪试验。。。在排水条件下，，通过步进电机一连施加旋转剪切作用力直到获得恒定的剩余剪切应力。。。在试验历程中，，试样的横截面区域的剪切面稳固。。。GDS的环状剪切仪通过GDS力作动器施加固结应力，，通过盘算机（用USB毗连）来举行控制和数据收罗，，外置的荷载传感器直接丈量施加到样品上的轴向和剪切应力。。。
通过增添选配件可实现界面剪试验。。。
系统特点及优势：
主要特点 | 优点 |
尺寸小、重量轻 | 该台式系统占地面积。。。ㄎ51 x32cm）、重量轻（30kg），，很容易挪动。。。 |
完全内置的系统 | GDS环剪仪不需要特另外数据收罗仪、特殊粗笨的外置压力表和荷重环，，所有要求的毗连件和装备都所有直接装置于装备中 |
外置局部LVDT传感器 | 有闭环的外置LVDT纪录轴向位移，，不包括于系统中，，这样就能允许更准确的测试 |
自动高度控制允许举行恒定体积环剪试验 | 液化抗剪强度的测定，，该试验要求显著的剪切应变和高度控制(恒定体积)，，因此在GDSRSA中是理想的 |
可交流的底座和顶帽 | 允许一台机械来测试种种样品尺寸（若是需要的话）。。。底座和顶帽使用锁定夹在框架内牢靠 |
轴向位移通过DIGIRFM毗连 | 使用位移或应变目的控制时有闭环位移增减反响 |
试样下部引流 | 允许试验历程中试样排水 |
随机透水板类型 | 镌汰试样皱裂 |
2根USB电缆用于盘算机控制 | 允许用户友好方法毗连到任一台现代的盘算机 |
手艺参数：
试样尺寸 | 100mm外径×70mm内径（其他尺寸可凭证要求提供） |
区分率 | 荷载1N，，位移1微米，，角位移：0.01度，，扭距0.01Nm |
最大速率 | (旋转）2.25°/ S （135°/分钟） |
最大扭矩 | 200Nm |
最大轴向荷载 | 5kN |
最大应力 | 轴向：1200kPa；；；剪切：1100kPa |
外置LVDT量程 | +/-5mm |
形状尺寸（WxDxH）＆重量 | 51×32×116cm- 30kg |
标准 | ASTM-D7608-10，， ASTM-D6467-13，，BS1377，，1990年第7部分 |
供电要求 | 100-240V 50/60Hz 1.5A 单相电 |
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