土的剪切试验和强度指标

工程常识之

土的剪切试验和强度指标

1、直接剪切试验

在直剪仪中分别施加不同竖向压力，然后分别对施加水平剪切力进行剪切，求得破坏时的剪应力τ，根据库仑定律确定土的抗剪强度参数：内摩擦角ψ和黏聚力c。

试验方法分三种：

（1）快剪Q（Quick shear）：在试样上施加垂直压力后，立即加水平剪切力。在整个试验中，不允许试样的原始含水率有所改变（试样两端敷以隔水纸），即在试验过程中孔隙水压力保持不变（3~5min内剪坏）。

对透水性强的土（渗透系数大于10-6cm/s）不适用。

（2）固结快剪CQ（Consolidation Quick shear）：在垂直压力下土样完全排水固结稳定后，以很快速度施加水平剪力。在剪切过程中不允许排水（规定在3~5min内剪坏）。

得到的强度指标适用于总应力法。

（3）慢剪S（Slow shear）：在加垂直荷重后，使其充分排水（试样两端敷以滤纸），在土样达到完全固结时，再加水平剪力；每加一次水平剪力后，均需经过一段时间，待土样因剪切引起的孔隙水压力完全消失后，再继续加下一次水平剪力。

得到的强度指标适用于有效应力法。

上述三种试验方法的受力条件不同，所得抗剪强度值也不同。因此，必须根据土所处的实际应力情况来选择试验方法。

2、三轴剪切试验

在三轴仪中，分别在不同的恒定周围压力（即小主应力）下，施加轴向压力（即产生主应力差-），进行剪切直至破坏，然后根据摩尔-库伦理论确定土的抗剪强度参数：内摩擦角ψ和黏聚力c。

试验方法分三种：

（1）不固结不排水剪UU（Unconsolidation Undrained）：试样在施加周围压力和随后施加轴向压力力直至剪坏的整个试验过程中都不允许排水，这样从开始加压直至试样剪坏，土中的含水量始终保持不变，孔隙水压力也不可能消散，可以测得总应力抗剪强度指标c u，φu。

（2）固结不排水剪CU（Consolidation Undrained）：试样在施加周围压力时，允许试样充分排水，待固结稳定后，再在不排水的条件下施加轴向压力，直至试样剪切破坏，同时在受剪过程中测定土体的孔隙水

压力，可以测得总应力抗剪强度指标c cu，φcu和有效应力抗剪强度指标c’，φ’

。

图中可知（φ’大于φcu，c’小于 c cu）

（3）固结排水剪CD（Consolidation Drained）：试样先在周围压力下排水固结，然后允许试样在充分排水的条件下增加轴向压力直至破坏，同时在试验过程中测读排水量以计算试样体积变化，可以测得有效应力抗剪强度指标c d，φd。

3、两种试验方法对比

试验方法直接剪切试验三轴剪切试验

优点设备简单、操作容易；试验

过程快速；记录后处理方

便。

克服直剪试验缺点。

缺点排水程度靠“快、慢”控制，

不排水难以做到；试验过程

中不能测量孔隙水压力；小

主应力假定为零，预定剪切

面与实际应力状态差别较

大；试验过程中有效面积减

小，剪应力分布不均，预定

破坏面不一定是最弱面。

设备、操作复杂；记

录繁琐，后处理工作

量大。

4、十字板剪切试验

十字板剪切试验是一种用十字板测定饱和软粘性土不排水抗剪强度和灵敏度的试验，属于土体原位测试试验的一种。它是将十字板头由钻孔压入孔底软土中，以均匀的速度转动，通过一定的测量系统，测得其转动时所需之力矩，直至土体破坏，从而计算出土的抗剪强度。由十字板剪力试验测得之抗剪强度代表孔内土体的天然强度（天然固结不排水抗剪强度）。