考慮粗糙度和相對密實度下砂土-混凝土樁接觸面力學特性試驗研究

陳琛，冷伍明，2，楊奇，2?，徐方，3，魏麗敏，2

（1.中南大學土木工程學院，湖南長沙，410075；2.中南大學重載鐵路工程結(jié)構(gòu)教育部重點實驗室，湖南長沙，410075；3.湖南鐵院土木工程檢測有限公司，湖南長沙，410075）

土體-結(jié)構(gòu)物接觸面相互作用問題廣泛存在于實際工程中，如邊坡?lián)鯄χёo、土釘、土工格柵-土體、樁土接觸等［1-4］.土體-結(jié)構(gòu)物的相互作用在很大程度上是通過接觸面的荷載傳遞來實現(xiàn)的.一直以來，關于土體-結(jié)構(gòu)物接觸面力學特性的研究被認為是解決土體-結(jié)構(gòu)物二者相互作用問題的基礎.其中涉及的非線性、大變形和局部不連續(xù)等力學問題，也是巖土工程中的難點和熱點問題.因此，開展對土體-結(jié)構(gòu)物接觸面力學特性的研究既有理論意義又有工程應用價值.

國內(nèi)外學者利用直剪、環(huán)剪等試驗手段和DEM等數(shù)值仿真計算，就粗糙度、材料硬度、相對密實度、顆粒集配、磨圓度、含水率和法向應力等因素對土-結(jié)構(gòu)物接觸面力學特性的影響開展了諸多研究［5-10］.在諸多影響因素中，接觸面粗糙度一直被認為是影響界面剪切強度的重要因素之一，并得到廣泛的關注.界面粗糙度被定義為“隨機型”和“結(jié)構(gòu)型”兩類.對于“隨機型”粗糙度，Uesugi 等［11］開展了砂土-混凝土接觸面的直剪、單剪試驗，研究發(fā)現(xiàn)接觸面相對粗糙度存在臨界值，接觸面摩擦系數(shù)并非隨相對粗糙度一直呈線性遞增關系，當粗糙度大于該臨界值時，摩擦因素將趨于砂土自身摩擦系數(shù).Frost 和Han［12］通過直剪儀和改良的界面剪切設備，開展了砂土-纖維聚合物界面剪切特性的研究，研究發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)物表面粗糙度、法向應力、初始密實度和顆粒形態(tài)對剪切強度有較大影響，而剪切速率和試樣厚度則影響較小.Dove 和Frost［13］開展了渥太華砂、玻璃珠-聚乙烯土工膜界面剪切試驗，基于接觸力學和摩擦理論探究了顆粒形態(tài)、材料硬度對剪切機制的影響，結(jié)果表明材料表面的粗糙度與材料硬度存在相互耦合，共同影響接觸面力學特性，在高法向應力下的軟質(zhì)表面，不可忽視顆粒形態(tài)所產(chǎn)生的“犁滑作用”對剪切強度的貢獻.Han 等［14］利用界面直剪實驗開展了接觸面粗糙度、顆粒幾何形態(tài)和集配對砂土-不同銹蝕程度鋼板接觸面摩擦角的影響研究.對于“結(jié)構(gòu)型”粗糙度，Hryciw 和Irsyam［15］開展了砂土-帶肋鋼板接觸面的直剪試驗，研究發(fā)現(xiàn)存在最優(yōu)的肋間距，既可避免剪切中顆粒堵塞凹槽，又可以充分調(diào)動土體參與變形協(xié)調(diào)而形成“被動阻力”.Chen 等［16］基于規(guī)則型粗糙度的形態(tài)特征提出了改進的灌砂法來量定界面粗糙度，利用大型直剪儀開展了紅黏土-混凝土接觸面界面剪切試驗，試驗結(jié)果表明粗糙度對界面剪切強度有顯著影響，接觸面峰值強度隨粗糙度增加而增大.

現(xiàn)場試驗表明土體的相對密實度對土體-結(jié)構(gòu)物的摩擦阻力產(chǎn)生較大的影響，對于灌注樁和連續(xù)墻等結(jié)構(gòu)尤其如此［17-20］.目前，有關相對密實度對土體-結(jié)構(gòu)物接觸面力學特性影響的研究如下：Fakhar?ian 等［21］通過直剪儀開展了不同密實度下砂土-粗糙鋼板力學特性研究，研究發(fā)現(xiàn)初始密實度、法向應力和恒定的法向剛度對接觸面摩阻力和破壞時剪切位移有較大影響，并就不同密實度下滑動摩擦、剪切破壞發(fā)生階段與剪切應力-切向位移曲線對應關系進行了定量劃分；O'rourke 等［22］利用大型直剪儀，研究了土體密實度對砂土-聚合物界面特性的影響；王軍等［23］通過大型單調(diào)直剪、循環(huán)直剪試驗研究不同密實度下的砂土-格柵界面剪切特性，發(fā)現(xiàn)密砂-格柵界面發(fā)生剪切軟化現(xiàn)象，密實度增加會提高筋土界面抗剪強度，剪脹增強.綜上所述，盡管有不少學者開展了界面粗糙度對土體-結(jié)構(gòu)物接觸面剪切特性影響的研究，但試驗中所設計的結(jié)構(gòu)物凹凸深度較小（0.001～10 mm），且與實際工程中結(jié)構(gòu)物粗糙度缺乏關聯(lián)，難以表征和模擬如灌注樁、地下連續(xù)墻等結(jié)構(gòu)物表面粗糙度.此外，對于相對密實度的研究，現(xiàn)有文獻缺乏系統(tǒng)和清晰的認知.“規(guī)則型”混凝土表面粗糙度與相對密實度對砂土-混凝土接觸面力學特性的影響研究鮮有報道.

鑒于此，本文利用現(xiàn)場鉆孔灌注樁的粗糙度分布概率，基于灌砂法基本原理，構(gòu)建了表面光滑和規(guī)則型粗糙混凝土板來模擬實際樁側(cè)表面粗糙度.開展了不同密實度下砂土-混凝土接觸面的大型直剪試驗，研究了粗糙度、相對密實度對砂土-混凝土接觸面剪切應力-切向位移關系、峰值剪切強度、割線摩擦角、峰值界面摩擦系數(shù)等影響規(guī)律.試驗成果對深入了解土體-混凝土接觸面力學特性、構(gòu)建土體-結(jié)構(gòu)物接觸面本構(gòu)模型具有重要意義.

1 試驗方案

1.1 試驗設備

試驗采用位于高速鐵路建造技術(shù)國家研究中心實驗室內(nèi)的TYJ-800大型直剪儀.儀器主要由4個部分組成，分別是液壓伺服單元、測控單元、加載單元、制作單元，如圖1 所示.該設備采用全數(shù)字環(huán)閉控制系統(tǒng)，可實現(xiàn)自動化采集數(shù)據(jù).上、下剪切盒尺寸長×寬×高為：500 mm×500 mm×150 mm.在進行界面直剪試驗時，以結(jié)構(gòu)物替換下剪切盒，安置在由鋼板、螺桿和螺母組成的結(jié)構(gòu)物升降板上，通過調(diào)節(jié)高度使結(jié)構(gòu)物與上剪切盒貼合，如圖2所示.

圖1 大型界面直剪儀器主要單元Fig.1 Main element of large-scale shear apparatus

圖2 砂土-混凝土接觸面示意圖Fig.2 Schematic view of cross section of sand-concrete interface

1.2 試驗材料制備

1.2.1 砂土

試驗用土為湖南湘江河砂，級配曲線如圖3所示.依據(jù)顆粒分析試驗和美國規(guī)范ASTM D2487-17e1［24］確定為粗砂，平均粒徑D50=0.75，最大孔隙比emax=0.73，最小孔隙比emin=0.43，相對密度Gs=2.55，砂土試樣含水率w為12%.詳細基礎物理參數(shù)如表1所示.

圖3 湘江河砂級配曲線Fig.3 Particle size distribution of Xiangjiang River sand

表1 湘江河砂基礎物理力學參數(shù)Tab.1 Basic physical and mechanical properties of Xiangjiang River sand

為探究密實度對砂土-混凝土接觸面力學特性的影響，設置相對密實度Dr為73%、47%和23%分別對應密實、中密和松砂3 種狀態(tài).為保證試驗中砂土試樣的相對密實度，推導出填筑砂樣質(zhì)量ms與相對密實度Dr、試樣體積v的關系式，可表示為：

預設試樣初始相對密實度為73%、47%和23%，對應孔隙率為0.51、0.59、0.66，根據(jù)混凝土板凹槽尺寸和上剪切盒體積計算得到試樣填裝質(zhì)量.

1.2.2 混凝土板

根據(jù)文獻［5］中的方法，基于現(xiàn)場鉆孔灌注樁孔徑檢測結(jié)果，統(tǒng)計得到樁徑與徑向凸出尺寸的總體分布概率，利用灌砂法來建立樁側(cè)粗糙度I與徑向凸出尺寸的關系，計算后選取分布概率較大的粗糙度表征值10 mm、20 mm、30 mm 作為試驗混凝土板的粗糙度值.為模擬混凝土預制樁表面粗糙度，制作了一塊表面無凹槽的光滑混凝土板；為模擬灌注樁樁側(cè)表面的粗糙度，在混凝土板表面設置了梯形凹槽結(jié)構(gòu)，如圖4 所示.利用混凝土板槽深h與樁側(cè)粗糙度I的關系［5］，得到相應混凝土梯形凹槽對應高度h分別為20 mm、40 mm、60 mm.采用C50 混凝土制作長×寬×高為570 mm×570 mm×100 mm 的混凝土板，如圖5所示.

圖4 混凝土板截面尺寸Fig.4 Section size of concrete block

圖5 預制混凝土板試樣Fig.5 Concrete blocks with different roughness

1.3 試驗過程及加載方案

將混凝土板安放在大型直剪儀升降臺上，然后安裝上剪切盒，調(diào)節(jié)升降臺高度使混凝土板上沿與上剪切盒下沿緊挨.根據(jù)公式（1）按照試樣的預設相對密實度、混凝土板凹槽尺寸和上剪切盒體積計算得到試樣填裝質(zhì)量，將試樣砂土分三層填筑，依據(jù)填筑高度計算得到每次填筑砂土的質(zhì)量，利用夯錘逐層壓實至指定高度，以確保均勻和密實，最終達到設定相對密實度.一般灌注樁的設計長度小于60 m，為貼近實際工程情況，試驗加載的法向應力確定為50 kPa、150 kPa、250 kPa 和350 kPa.剪切過程中，剪切速率設置為1.0 mm/min［25］.當剪切位移u達到50 mm時，終止試驗.具體試驗方案見表2.

表2 砂土-混凝土接觸面直剪試驗方案Tab.2 Testing programs for sand-concrete interface

2 試驗結(jié)果及分析

2.1 剪切應力-切向位移

2.1.1 砂土自剪結(jié)果

通過大型直剪試驗獲得不同相對密實度砂土自剪試驗結(jié)果，選取密砂、松砂試樣的剪切應力-切向位移關系曲線進行對比，如圖6所示.

圖6 不同密實度下砂土剪切應力-切向位移變化曲線Fig.6 Curves of shear stress-horizontal displacement of sand sample with different densities

由圖6 可知，不同法向應力下密砂的剪切應力-切向位移關系曲線總體呈軟化型.剪切應力隨切向位移的增加而增大，達到峰值后逐漸衰減，并趨于穩(wěn)定的殘余剪切狀態(tài).法向應力越大，峰值強度越大，其對應的切向位移也越大.相反，松砂的剪切應力-切向位移關系曲線表現(xiàn)為硬化型.剪切應力隨著切向位移增加在初期增長較快，而后增長速率減緩至0，剪切應力也隨之保持穩(wěn)定.由此可見，相對密實度對砂土剪切應力-切向位移關系曲線發(fā)展形式和剪切強度大小有較大影響.

2.1.2 砂土-混凝土接觸面直剪試驗結(jié)果

通過砂土-混凝土接觸面直剪試驗，獲得密砂、松砂接觸面直剪試驗的剪切應力-切向位移關系曲線，如圖7所示.

圖7 不同相對密實度下（Dr≈73%，23%）砂土-混凝土接觸面剪切應力-切向位移變化關系曲線Fig.7 Curves of shear stress-horizontal displacement of sand-concrete interface with different relative densities（Dr≈73%，23%）

由圖7（a）可知，對于光滑接觸面，密砂的剪切應力在初期隨切向位移增大而近似線性增長，達到峰值后出現(xiàn)輕微衰減，而后保持穩(wěn)定.剪切應力-切向位移曲線表現(xiàn)為輕微軟化型.由圖7（b）～（d）可知，隨著粗糙度增加，密砂的剪切應力-切向位移曲線轉(zhuǎn)變?yōu)槊黠@的軟化型.剪切應力達到峰值后，出現(xiàn)明顯的峰后衰減，最終趨于穩(wěn)定狀態(tài).此外，粗糙度的增加同時導致剪切應力峰后衰減幅度的降低，即接觸面的軟化特征隨粗糙度增加而減弱.例如當粗糙度I=30 mm 時，法向應力50 kPa、150 kPa、250 kPa、350 kPa 對應峰值強度分別為76.44 kPa、157.24 kPa、214.92 kPa、264.52 kPa，至殘余強度的衰減率分別為8.79%、11.77%、9.32%、3.51%.這與文獻［26］所得結(jié)論相一致.這說明對密砂而言，接觸面粗糙度對剪切應力-切向位移曲線的發(fā)展程度影響較大.

相同粗糙度下，密砂達到峰值強度所需切向位移隨法向應力的增大而增加.相同法向應力下，密砂達到峰值強度所需切向位移隨粗糙度增加而增大.這是由于粗糙度的增加，導致土體顆粒與結(jié)構(gòu)面接觸面積增大，參與剪切過程中變形協(xié)調(diào)的土體范圍也增加，從而達到破壞狀態(tài)所需要的切向位移亦隨之增加.對于松砂，隨著粗糙度增加，其剪切應力-切向位移曲線表現(xiàn)出硬化型特征.

綜上所述，粗糙度對砂土-混凝土接觸面的剪切應力-切向位移曲線的發(fā)展形式影響較小，而相對密實度則對該曲線發(fā)展形式起主導作用.

2.2 接觸面強度指標參數(shù)分析

2.2.1 接觸面峰值剪切強度

為分析粗糙度和相對密實度對砂土-混凝土接觸面剪切強度的影響，對于不同相對密實度下砂土-混凝土接觸面的切向位移-剪切應力關系曲線，分別取軟化型曲線的峰值強度和硬化型曲線的剪切應力最大值作為接觸面的峰值剪切強度，如表3 所示.根據(jù)表3 得到不同相對密實度下接觸面峰值剪切強度-法向應力關系曲線，如圖8所示.

表3 砂土-混凝土接觸面峰值剪切強度Tab.3 Peak shear strength of sand-concrete interface

由圖8 可知，在相同粗糙度下，砂土-混凝土接觸面峰值剪切強度隨法向應力增加近似非線性增長.相對密實度越大，峰值剪切強度非線性增長越明顯.Frost 和Han［12］在砂土-纖維聚合物界面直剪試驗中也發(fā)現(xiàn)類似結(jié)論.周國慶等［27］和Hosseini 等［28］將這種現(xiàn)象歸結(jié)于界面土體的剪脹變化.相對密實度較大的土體，剪切過程中顆粒間容易出現(xiàn)破碎，隨著法向應力增加，剪脹性減小，顆粒間翻滾、嵌入與摩擦程度降低，導致峰值剪切強度的變化增量減小.此外，同一相對密實度下，接觸面峰值剪切強度隨法向應力增加所產(chǎn)生的變化增量逐漸降低.例如相對密實度Dr=73%下，法向應力由50 kPa增至350 kPa，粗糙度I=10 mm 的峰值剪切強度變化增量分別為84.57%、36.15%、26.21%.

圖8 不同相對密實度下接觸面峰值剪切強度-法向應力的變化曲線Fig.8 Curves of interface peak shear stress-normal stress with different relative densities

相對密實度在一定程度上影響砂土-混凝土接觸面的剪切強度關系，在理論計算和數(shù)值仿真中應根據(jù)實際受力情況及土體密實程度、結(jié)構(gòu)物粗糙度等情況構(gòu)建本構(gòu)方程［28］.

2.2.2 接觸面割線摩擦角

由于不同相對密實度下砂土-混凝土接觸面峰值剪切強度-法向應力的變化曲線存在一定的非線性，通常采用割線摩擦角φsec來表征接觸面的強度指標［29］.由圖8 獲得不同相對密實度下砂土-混凝土接觸面割線摩擦角，通過數(shù)據(jù)擬合得到接觸面割線摩擦角-法向應力的關系曲線，如圖9 所示.擬合曲線相關系數(shù)R2>0.903 1，相關性較好，割線摩擦角與法向應力的擬合方程可以表示為：

圖9 不同相對密實度下割線摩擦角-法向應力的變化曲線Fig.9 Curves of secant friction angle-normal stress with different relative densities

式中：φsec為接觸面割線摩擦角；σn為法向應力；A、B、C為擬合參數(shù)，可通過數(shù)據(jù)回歸分析獲得.

分析圖9 可知，在相同粗糙度下，接觸面割線摩擦角隨法向應力增加近似呈指數(shù)衰減，割線摩擦角的衰減速率先增大后變小.例如，當I=0 mm 時，法向應力由50 kPa 增至350 kPa，Dr=73%試樣的割線摩擦角對應的衰減率分別為22.05%、5.27%、1.52%.在相同法向應力下，相對密實度越大，接觸面割線摩擦角越大，法向應力增加導致割線摩擦角隨相對密實度變化的衰減速率越小.I=20 mm，法向應力在50 kPa 和350 kPa 時，Dr=73%、47%、23%對應割線摩擦角衰減速率分別為22.37%、17.28%、5.30% 和12.93%、2.32%、0.82%.說明相對密實度降低會減小接觸面割線摩擦角對法向應力影響的敏感性.

2.2.3 接觸面峰值界面摩擦系數(shù)

樁-土接觸面力學特性除了可以用峰值剪切強度τp和接觸面割線摩擦角φsec表征外，還可以由界面摩擦系數(shù)μp來反映.為了直觀反映法向應力和粗糙度對接觸面摩擦系數(shù)的影響，本文采用峰值界面摩擦系數(shù)μp［30］表征砂土-混凝土接觸面抗剪強度特性.峰值界面摩擦系數(shù)μp可定義為峰值剪切強度τp與所施加法向應力σn的比值，表達式如下：

根據(jù)表3 和公式（3）計算得到不同相對密實度下砂土-混凝土接觸面及砂土自剪峰值界面摩擦系數(shù)，如表4所示.基于表4結(jié)果，采用最小二乘法擬合獲得砂土-混凝土接觸面及砂土自剪峰值界面摩擦系數(shù)與法向應力的變化曲線，如圖10 所示.擬合相關系數(shù)R2>0.89，相關性較好，峰值界面摩擦系數(shù)與法向應力的擬合方程可表示為：

圖10 接觸面峰值界面摩擦系數(shù)-法向應力變化Fig.10 Curves of peak friction coefficient-normal stress of the interface

表4 砂土-混凝土接觸面峰值界面摩擦系數(shù)Tab.4 Peak friction coefficient of sand-concrete interface

式中：μp為峰值界面摩擦系數(shù)；σn為法向應力；A、B為擬合系數(shù)，表征峰值界面摩擦系數(shù)μp隨法向應力的增大而衰減的程度.

由表4、圖10可知，不同相對密實度下峰值界面摩擦系數(shù)隨法向應力增加近似呈冪函數(shù)衰減，法向應力越大，峰值界面摩擦系數(shù)衰減速率越小.例如粗糙度I=20 mm時，σn由50 kPa增加至150 kPa，Dr=73%的試樣對應的μp由2.01減小為1.16，衰減率為42.29%；而σn由150 kPa增加至350 kPa時，μp衰減率為27.5%.

盡管峰值界面摩擦系數(shù)隨法向應力增加而衰減，但并不說明接觸面剪切強度的降低.由2.1 節(jié)分析可知，相同粗糙度下，法向應力越大，接觸面抗剪強度越高.其規(guī)律可以解釋為：隨法向應力σn的增加，峰值剪切強度τp的增量變化較小，導致τp/σn的比值減小，即使得峰值界面摩擦系數(shù)μp在高法應力下作用逐漸趨于平穩(wěn).此時法向應力增量引起的峰值剪切強度τp增量變大，導致峰值界面摩擦系數(shù)不會持續(xù)減小.這一規(guī)律與張玲等［31］、王協(xié)群等［32］的研究中所得結(jié)論相一致.

此外，粗糙度對峰值界面摩擦系數(shù)影響較大.不同相對密實度下，峰值界面摩擦系數(shù)滿足的關系，其中表示粗糙度為x的峰值界面摩擦系數(shù).由此可知，存在臨界粗糙度Icr=10 mm，當粗糙度I

2.3 粗糙度對接觸面力學特性的影響

為了分析粗糙度對接觸面力學特性的影響，并判斷剪切過程中接觸面的剪切破壞位置，采用歸一化割線摩擦角φsec/φs來表征砂土-混凝土接觸面抗剪強度.其中，φsec為接觸面割線摩擦角；φs為相同密實度下砂土割線摩擦角，具體參數(shù)見表5.

表5 砂土-混凝土接觸面割線摩擦角Tab.5 Secant friction angle of sand-concrete interface

圖11 為不同法向應力下砂土-混凝土接觸面歸一化割線摩擦角-粗糙度關系曲線.由圖11 可知，不同密實度下，歸一化割線摩擦角隨著粗糙度增加（0 mm→10 mm）而增大，后隨粗糙度增加（10 mm→30 mm）而減小.歸一化割線摩擦角隨粗糙度的變化規(guī)律同樣證明了臨界粗糙度Icr的存在.即當I

圖11 接觸面歸一化割線摩擦角-粗糙度變化曲線Fig.11 Curves of normalized secant friction angle-roughness of the interface

砂土-混凝土接觸面剪切破壞位置常通過接觸面剪切強度與砂土自剪強度的大小來判斷，剪切破壞面常發(fā)生在抗剪強度相對較小的位置.對于中密、松砂而言，歸一化割線摩擦角φsec/φs始終小于1.0，即說明接觸面抗剪強度要小于砂土自剪強度，此時剪切破壞面可能發(fā)生在接觸面上.而對于密砂而言，歸一化割線摩擦角φsec/φs更接近1.0；當達到臨界粗糙度Icr時，φsec/φs超過1.0.這說明接觸面抗剪強度要大于砂土自剪強度，此時剪切破壞面可能發(fā)生在土體中.

3.4 相對密實度對接觸面力學特性的影響

由表5 繪制得到不同法向應力下砂土-混凝土接觸面割線摩擦角-相對密實度的變化曲線，如圖12所示.由圖12 可知，相同法向應力下，接觸面割線摩擦角隨相對密實度的增大而增加.例如法向應力σn=50 kPa 時，粗糙度I=10 mm 的試樣相對密實度為23%、47%、73%，對應的接觸面割線摩擦角為49.39°、55.14°、65.9°.通過數(shù)據(jù)擬合得到割線摩擦角與相對密實度的變化曲線，發(fā)現(xiàn)二者存在良好的線性關系，相關系數(shù)R2>0.803 5.其擬合方程為：

圖12 接觸面割線摩擦角-相對密實度變化曲線Fig.12 Curves of secant friction angle-relative density of the interface

式中：A、B均為擬合參數(shù)，分別表征接觸面割線摩擦角φsec隨相對密實度增大而增加的程度以及除相對密實度外的其他因素對割線摩擦角φsec的影響.

相同粗糙度下，接觸面割線摩擦角φsec的增長速率隨法向應力增加逐漸減小.例如在粗糙度I=10 mm下，法向應力50～350 kPa 對應的接觸面割線摩擦角φsec的增長速率分為33.43%、29.38%、19.70%、19.06%.相同法向應力下，無論相對密實度如何變化，光滑接觸面的割線摩擦角始終是下限值，而臨界粗糙度Icr=10 mm的接觸面割線摩擦角始終是上限值.

3 結(jié)論

本文利用現(xiàn)場實測樁徑曲線所獲的樁側(cè)粗糙度分布頻率，構(gòu)建了可模擬實際樁側(cè)粗糙度的混凝土接觸面.采用大型直剪儀開展了砂土-混凝土接觸面直剪試驗，探究了不同粗糙度和相對密實度對砂土-混凝土接觸面力學特性的影響規(guī)律.主要研究結(jié)論如下：

1）密砂在光滑接觸面下，剪切應力-切向位移曲線呈輕微軟化，隨著粗糙度增加，曲線軟化趨勢越明顯.密砂達到峰值強度所需切向位移隨法向應力、粗糙度增加而增大.松砂的剪切應力-切向位移曲線始終呈硬化趨勢.密實度對剪切應力-切向位移曲線發(fā)展形式起主導作用，而粗糙度對曲線的發(fā)展程度影響較大.

2）界面峰值剪切強度隨法向應力增加近似非線性增長，相對密實度越大，非線性增長越明顯.接觸面割線摩擦角隨法向應力增加呈指數(shù)衰減，但隨相對密實度增加呈線性增長.相同粗糙度下，相對密實度越大，接觸面割線摩擦角越大.

3）不同相對密實度下接觸面峰值界面摩擦系數(shù)則隨法向應力增加呈冪函數(shù)衰減，衰減速率逐漸減小，這并不代表剪切強度的減小，而是剪切強度的增量變化較小所導致.光滑接觸面的峰值界面摩擦系數(shù)始終是砂土-混凝土接觸面的下限值，砂土自剪的峰值界面摩擦系數(shù)卻不總是其上限值.對密砂而言，當粗糙度達到臨界值時，容易產(chǎn)生“被動阻力”，使得砂土-混凝土接觸面峰值界面摩擦系數(shù)超過砂土自剪的峰值界面摩擦系數(shù)；對中密砂、松砂而言，砂土自剪的峰值界面摩擦系數(shù)仍然是其上限值.

4）存在臨界粗糙度Icr，當I