伴随着基本建设的发展,桩基础已广泛应用于寒区工程建设中,因而在冻土区存在着大量的桩-冻土接触面问题。桩-冻土接触面特性是决定桩基础安全性和长期稳定性的关键。在桩-冻土接触面的研究中,为了得到影响其特性的主要因素和基本规律,往往要进行冻土-结构体接触面的剪切变形试验,然而,低温条件下接触面的相关试验研究手段还相对较为缺乏。因此,设备的研制以及配套测试系统的开发成为了桩-冻土接触面研究的重要前提。在综合考察国内外土-结构接触面试验设备的基础上,结合国家自然科学基金项目“多年冻土地基桩土界面形成机理的理论与试验研究”(项目批准号:51268033),自主设计研发了一套大型冻土-结构接触面流变测试系统,该系统能够真实还原,准确模拟和再现冻土-桩接触面上的物理力学特性和变形情况。此外,考虑到实际试验的需要,将试验中所用到的剪切盒设计为内尺寸200×200×100mm的方形剪切盒。借助于该测试系统,选取兰州粉质粘土、C35混凝土,控制土样的含水量为20%,分别在不同温度(15℃、-0.7℃、-2℃、-3.5℃),不同法向应力(50kPa、100kPa、150kPa、200kPa)下进行了接触面剪切试验和蠕变试验。通过剪切试验绘制不同温度下的应力-应变关系曲线,得到不同温度不同法向应力下的接触面抗剪强度,经接触面强度参数计算,得到不同温度下的接触面摩擦角Φ和粘聚力c。通过分级加载蠕变试验绘制不同温度不同法向应力下的应力-应变关系曲线,根据“线性叠加原理”,采用“坐标平移法”对其进行转化,得到不同温度不同法向应力下的蠕变关系曲线。由接触面剪切试验结果可知,不同温度不同法向应力下的剪切曲线形态相似;相同温度和同一剪切位移条件下,接触面的剪切力、抗剪强度都随着法向应力的增大而增大;同一法向应力下,接触面抗剪强度随温度的降低而增大;接触面间的摩擦角Φ和粘聚力c均随接触面温度的降低而增大,与摩擦角Φ相比,随着温度的改变,粘聚力c的增大更为明显。由接触面蠕变试验结果可知,分级加载条件下接触面剪切位移-时间关系曲线呈阶梯状发展;在剪应力水平较低的条件下,蠕变主要表现为衰减型蠕变,随着剪应力的增大,接触面上的蠕变曲线逐渐由衰减型蠕变转变为非衰减型蠕变;分级后每级应力作用时间与温度、法向应力、剪应力水平有关,大多集中在300~700min范围;对于衰减型蠕变而言,随着剪应力水平的增大,非蠕变稳定阶段历时变短,而稳定蠕变阶段时间却随之延长。