每天一點土力學（48）：土的抗剪強度試驗之直接剪切試驗

土的抗剪強度是決定建築物穩定性和建築物地基的重要因素，如何準確地測定抗剪強度指標對於工程具有重要意義。 土的剪切試驗既可以在室內進行也可以現場進行原位測試。 目前，測定土的抗剪強度的試驗方法主要有直接剪切試驗、三軸壓縮試驗、無側限抗壓試驗和十字板剪切試驗等

直接剪切試驗

直接剪切試驗，簡稱直剪試驗。 它所使用的儀器稱為直剪儀，分為應變控制式和應力控制式兩種，即一種是通過控制應變來測定，一種是通過控制應力來測定。 我國目前直接剪切試驗所用的儀器為應變式，其構造如圖所示。

該剪切儀器的剪切盒由兩個可相互錯動的上下金屬盒組成。 試樣為扁圓柱形，試驗時，由槓桿系統通過加壓活塞和上透水石對試件施加某一垂直壓力 P（σ＝P／A，A 為試樣面積），然後等速轉動手輪對下盒施加水平推力 T（ τ ＝T／A，A 為試樣面積），使得上下盒之間的水平接觸面產生剪切變形，直至破壞。 剪應力大小可藉助與上盒接觸的量力環的變形值計算確定。 在剪切時，隨著相對剪切變形的發展，土樣的抗剪強度慢慢發揮出來，直到土樣的剪切力與抗剪強度相等時，土樣剪切破壞，將所得的試驗結果繪製成剪切力 τ 與剪切變形 δ的關係曲線，並以曲線的峰值應力作為試樣在該豎嚮應力 P 作用下的抗剪強度。

如圖（ａ）所示，

若沒有峰值，則取剪切位移 ４ ｍｍ 所對應的剪應力為抗剪強度。要繪製某種土的抗剪強度包線，以確定抗剪強度指標，對同一種土至少要取４ 個試樣，分別在不同的垂直壓力 σ（一般可取垂直壓力為 １００，２００，３００，４００ ｋＰａ）作用下剪切破壞，測得抗剪強度 τ ｆ ，將試驗結果繪製成如圖 （ｂ）所示

的抗剪強度 τ ｆ 和垂直壓力 σ之間的關係，該曲線為土的抗剪強度包線。試驗結果表明，對於無黏性土，抗剪強度與法嚮應力之間的關係近似於一條通過原點的直線；

對於黏性土，抗剪強度與法嚮應力之間也基本呈現直線關係，但是不通過原點，該直線與橫軸的夾角為內摩擦角 φ，在縱軸上的截距為黏聚力 c。

為了近似模擬土體在現場受剪的排水條件，直接剪切試驗可根據加荷的速度不同，分為快剪、固結快剪和慢剪 ３ 種試驗方法。

①快剪。 施加豎嚮應力後，立即進行剪切。 剪切速率要快，根據枟土工試驗規程枠的規定，要在３ ～５ ｍｉｎ 內使得試樣破壞。

②固結快剪。 施加豎嚮應力後，先使試樣充分固結變形穩定。 固結完成後，再進行快速剪切，其剪切速率與快剪相同。

③慢剪。 施加豎嚮應力後，先使得試樣充分固結穩定，以小於 ０．０２ ｍｍ／ｍｉｎ 的速率對試樣進行剪切直至破壞。 由於剪切速率慢，所以在整個試驗過程中試驗有充分的時間排水固結。

對於無黏性土，因為其滲透性良好，即使是快剪時也能使其排水固結，因此根據枟土工試驗規程枠的規定，對於無黏性土，一律採用一種加荷速率進行試驗。

對於正常固結的黏性土，在豎嚮應力和剪應力作用下，土樣都被壓縮，所以通常在一定範圍內，快剪的抗剪強度最小，固結快剪的強度有所增大，而慢剪的抗剪強度最大。