直剪试验和三轴剪切试验对比分析

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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’。

直剪饱和固结快剪与三轴固结不排水剪切试验比较

山西水利寓
技术与应用・２０１３年第１期
直剪饱和固结快剪与三轴固结不排水剪切试验比较
宋效兰
（山西省水利水电勘测设计研究院，山西太原０３００２４）
［摘要］在水利工程中，通常采用直剪试验的饱和固结快剪和三轴固结不排水剪切试验测定土的抗剪强度指
的选用提供依据。
２直剪饱和固结快剪试验
取峰值作为抗剪强度；无峰值时，以剪切位移４ｍｍ对应的剪应力作为抗剪强度值。
２．４计算方法
直剪饱和固结快剪试验是对饱和后的试件施加垂直荷重，让孔隙水压力消散，再施加水平剪力，在３～５ｍｉｎ内将土剪坏，不让含水率发生变化。因孔隙水压力不好测定，该试验测出的强度为总应力抗剪强度。
１引言
气压后，继续抽气ｌｈ，然后缓慢注入清水，并使真空度保持稳定。待饱和架完全淹没后，停止抽气，解除饱和罐内真空，让试件在饱和罐内静置１０ｈ以上。
２．３试验方法
土的抗剪强度是土的一个重要力学性质。在试验室内测定土的抗剪强度的常用方法有直接剪切试验和三轴压缩试验。试验任务是测定土的强度指标内摩擦角和凝聚力。这些指标在计算地基承载力、评价地基和边坡稳定性以及计算挡墙压力和基坑支护中都是不可缺少的重要参数。在水利工程中，土坝修建完成后，坝身在自重压力下完全固结，通常采用直剪试验的饱和固结快剪或三轴试验中固结不排水剪切试验测定土的抗剪强度指标。这两种试验都是要对试件进行饱和，然后施加外力，对土样进行固结后在不排水的情况下进行的剪切。本文取４组土样分别进行直剪饱和固结快剪、三轴固结不排水剪切试验，并对这两种方法及测定的总应力抗剪强度进行比较，为指标

直接快剪与三轴剪切的区别

直接快剪与三轴剪切的区别
直剪试验：用直接剪切仪来测定土的抗剪强度的试验，直剪仪一般分为：应力式和应变式，一般我们国家应用较多的都是应变式的。

根据加荷的速率的快慢将直剪试验划分为：1、快剪，本方法适用于渗透系数小于10的-6次方的细粒土，试验时在施加垂直力以后，拔去固定销钉，立即以0.8mm/min的剪切速度进行剪切，使试样3~5分钟剪破，试样每产生0.2~0.4mm剪切位移时，记录测力计和位移读数，直到出现峰值或者剪切位移达到4mm记录破坏值，试样得的抗剪强度为快剪强度。

2、固结快剪，本方法适用于渗透系数小于10的-6次方的细粒土，试验时在施加垂直力后，每小时读一次变形，直至固结稳定，然后拔去销钉，进行与快剪同样的剪切过程，所得抗剪强度为固结快剪强度。

慢剪：试验时加垂直力后，待固结稳定后，再拔去销钉，以小于0.2mm/min的速度使试样充分在排水条件下剪切，得到的是慢剪强度。

对于三种试验所得结果：粘聚力快剪>固快>慢剪，内摩擦角快剪<固快<慢剪。

三轴试验：直接量测的是试样在不同恒定围压下的抗压强度，然后根据摩尔库伦原理推求土的抗剪强度。

三轴根据固结和排水条件分为：不固结不排水（uu）固结不排水（Cu）固结排水（CD），在进行三种不同方法试验时，都要先使试样在一定的围压下固结稳定，若是UU就是在不排水条件下围压增加一个增量，然后在不允许水进出的条件下逐渐施加轴向力q直至试样破坏；若是CU在允许排水条件
下围压增加一个增量固结稳定，然后再不允许水进出的条件下逐渐施加轴向力直至试样破坏；若是CD在允许排水条件下围压增加一个增量固结稳定，然后在排水条件下逐渐施加轴向力直至试样破坏。

所以固结不固结是相对于围压增量来说的，排水不排水是相对于轴向力来说的。

土工试验直接剪切试验和三轴剪切试验的优缺点和适用范围

土工试验直接剪切试验和三轴剪切试验的优缺点和适用范围摘要：在建筑工程中，土的抗剪强度测试是一项十分重要的工作，土的抗剪强度关系到工程地基的稳定性与工程结构的稳固性。

当前常用的土的抗剪强度测试方法有直接剪切试验以及三轴压缩试验。

本文联系实际，对这两种试验方法的原理、优缺点与适用范围进行分析论述，以供参考。

关键词：土的抗剪强度；直接剪切试验；三轴剪切试验土的抗剪强度指的是土体抵抗剪切破坏的极限能力，抗剪强度是土的一大重要力学性质。

土的的抗剪强度并非固定不变，它是不断变化的，且这一变化具有规律。

研究证明，在土的破裂面上，抗剪强度随法向应力增长。

在测试土的抗剪强度时，要根据土的受力方式以及受力面选择相应的测试方法与仪器，方能保证测试结果科学准确【1】。

下面就土工试验直接剪切试验和三轴剪切试验的优缺点与适用范围做具体分析。

1土的直接剪切试验所谓直接剪切试验，是指直接在某一预定的面上剪切土的试件，在剪切过程中记录、测算这一预定面的抗剪强度与剪应力。

在进行土的直接剪切试验时，最常用的仪器是应变控制式直剪仪。

在试验时，通过该仪器向试样的预定面施加法向应力，等速推动下盒，试样在沿上下盒之间的水平面上受剪切直到被破坏。

试验过程中的剪应力通过与上盒接触的量力环确定。

在试验过程中，随着法向应力的增加会出现剪切位移，且剪切位移与剪应力之间会产生一个关系曲线，借助这一关系曲线了解试样在受剪切破坏时其性能的变化。

当前，直接剪切试验被具体分为不排水剪切试验也称为快剪试验、固结不排水剪切试验也称为固结快剪试验以及慢剪试验等几种。

这三种剪切试验的不同点是剪切时的排水条件、土的固结程度以及剪切加荷速度不同。

通过土的直接剪切试验可知，当剪应力与剪切位移关系曲线中有明显的峰值或是稳定值时，取其作为抗剪强度破坏值，此时试样发生的是脆性破坏。

随着剪切位移发生变化，剪应力不断增长，峰值消失或是峰值不再稳定，此时的剪切强度破坏值一般是取剪切位移为4mm时的剪应力。

三轴剪切试验

桂林理工大学
三轴压缩试验
SY30-20型应变控制式三轴仪型应变控制式三轴仪
桂林理工大学
三轴压缩试验
TSZ-3型应变控制式三轴仪型应变控制式三轴仪
桂林理工大学
三轴压缩试验
天平：称量天平：称量200 g，感量，感量0.01 g；称量；称量1000 g，感量， 0.1 g。。橡皮膜：应具有弹性，厚度应小于橡皮膜直径的1 橡皮膜：应具有弹性，厚度应小于橡皮膜直径的／100，不得有漏气孔。，不得有漏气孔。其他：橡皮膜，烘箱，秒表，干燥箱，称量盒，其他：橡皮膜，烘箱，秒表，干燥箱，称量盒，切土刀。钢丝锯，滤纸，游标卡尺等。切土刀。钢丝锯，滤纸，游标卡尺等。
二、三轴压缩试验与直剪试验的对比
桂林理工大学
三轴压缩试验
直接剪切仪的缺点主要有：直接剪切仪的缺点主要有：剪切面限定在上下盒之间的平面， ① 剪切面限定在上下盒之间的平面，而不是沿土样最薄弱的面剪切破坏；样最薄弱的面剪切破坏；剪切面上剪应力分布不均匀， ② 剪切面上剪应力分布不均匀，土样剪切破坏时先从边缘开始，在边缘发生应力集中现象；先从边缘开始，在边缘发生应力集中现象；在剪切过程中，土样剪切面逐渐缩小， ③ 在剪切过程中，土样剪切面逐渐缩小，而在计算抗剪强度时却是按土样的原截面积计算；计算抗剪强度时却是按土样的原截面积计算；试验时不能严格控制排水条件， ④ 试验时不能严格控制排水条件，不能量测孔隙水压力、在进行不排水剪切时，水压力、在进行不排水剪切时，试件仍有可能排水，特别对于饱和粘粘性土。特别对于饱和粘粘性土。由于土的抗剪强度受排水条件的影响显著。由于土的抗剪强度受排水条件的影响显著。故试验结果不够理想。但由于它具有结构简单，验结果不够理想。但由于它具有结构简单，操作方使等优点，方使等优点，故仍为一般工程广泛采用

不同剪切试验数据差异性比较

不同剪切试验数据差异性比较土作为常用工程材料，其特性的研究有实际的工程意义。

通过土的压缩实验可测定土体的压缩变形与荷载的关系；土的液塑限联合测试实验可计算土的天然稠度及塑性指标；土的抗剪强度是建筑物安全稳定的重要力学性质指标，是研究土的强度特性的重要指标之一。

土的抗剪强度过高或过低都会破坏工程，并带来浪费。

一般在岩土工程勘察中测定土的抗剪强度指标要采用直接剪切或者三轴试验。

但不同要求需选择不同的剪切试验手段，所得的结果也不同。

标签：三轴实验；直接剪切实验；抗剪强度1 常规三轴实验测定天然土体试件在某一固定周围压力下的抗剪强度，是根据摩尔-库仑破坏准则测定土体的强度参数：凝聚力、内摩擦角；三轴压缩试验是测定土样试件在某一固定周围压力下的抗剪强度，后在不同周围压力下根据三个以上试件测抗剪强度，利用摩尔-库仑破坏准则来确定强度参数。

一般地，土体的破坏条件用摩尔-库仑破坏准则较符合实际情况。

即在各向主应力的作用下，土体作用在某一应力上的法向应力与剪应力之比达到某一比值，土体沿该面发生剪切破坏，而与作用的各向主应力的大小无关。

摩尔-库仑破坏准则的表达式为：施加垂直压力通过试样孔隙排出水，增大了固结快剪的试样密度，抗剪强度随试样含水率增大而增大。

垂直静止压力无法排出粉土水分，唯有通过震动及扰动将水液化，因此抗剪强度变化较小。

试样为硬塑时，土骨架结构即使是垂直加压也不能破坏，所以抗剪强度变化较小。

4 直接快剪和三轴不固结不排水剪直接快剪的剪切面是固定，剪切位移的增加使剪切面积相应减小，不均匀分布的剪应力及剪应变，也无法严格控制排水，剪切盒缝隙拓排出部分水分，使试样内摩擦角偏大。

三轴不固结不排水剪切面是不固定的，沿着土样抗剪能力最弱的地方面剪切面破坏，均匀分布剪应力及剪应变，严格控制排水，其结果接近土的实际理论值。

5 不固结不排水剪与固结不排水剪固结不排水剪排水固结过程是三轴方向的，滤纸条的粘贴更是充分地排水固结了土样。

直剪试验和三轴剪切试验对比分析

直剪试验和三轴剪切试验对比分析直剪试验（also known as the shear test）和三轴剪切试验（also known as the triaxial shear test）是土力学领域常用的试验方法，用于确定土壤的剪切强度参数和剪切应力-应变关系。

虽然这两种试验方法都是用于研究土壤的剪切性能，但它们在试验原理、试验设备、试验变量和试验结果方面存在一些不同之处。

下面将针对这些方面进行比较分析。

在试验原理方面，直剪试验是通过施加垂直于土体剪切平面的应力来实现的。

试样以垂直于剪切平面的方向应用剪切力，应变量通常是剪切位移，试验过程直观简单。

而三轴剪切试验则是通过施加三个相互垂直的应力来进行的。

试样在垂直剪切平面上施加垂直于该平面的应力，应变通常位移是沿三个方向的应变量。

这两种试验的原理差异使得它们在不同的试验条件下分析土壤剪切行为提供了不同的途径。

在试验设备方面，直剪试验设备相对简单，通常由剪切装置、变形计和荷载平台组成。

而三轴剪切试验设备则较为复杂，试验框架、油压装置和压力孔等组成。

三轴试验中的油压装置可以提供不同应力状态下的试验条件，更加灵活和全面。

但同时也需要更高的试验设备和成本。

在试验变量方面，直剪试验主要考虑的是土体的剪切强度参数，如极限剪切强度和剪切模量等。

而三轴剪切试验则可以研究土体的剪切强度参数，同时还可以获得土体的应力-应变关系。

三轴剪切试验可以模拟不同应力路径下的剪切行为，更全面地研究土体的力学性质。

在试验结果方面，直剪试验结果比较直观，可以获得土壤的抗剪强度和摩擦角等重要参数。

而三轴剪切试验结果可以获得土壤的强度参数，并可以绘制应力-应变曲线以研究土壤的应变特性。

三轴试验给予的应力状态，用于土体工程力学中的现象和问题更丰富和准确。

综上所述，直剪试验和三轴剪切试验在试验原理、试验设备、试验变量和试验结果等方面存在一定的差异。

选择合适的试验方法取决于所研究的土壤的力学性质以及实际应用的需要。

土的抗剪强度测定方法

土的抗剪强度测定方法土的抗剪强度是指土壤在受到剪切力作用下抵抗剪切破坏的能力。

测定土的抗剪强度可以帮助工程师分析土体的稳定性，为土工工程设计提供依据。

下面将介绍几种常用的土的抗剪强度测定方法。

一、直接剪切试验法直接剪切试验是一种常用的测定土的抗剪强度的方法。

该试验首先将土样制备成规定尺寸的试样，然后在试样上施加相应的剪切应力，通过测量土样的抗剪力和剪应变来计算土的抗剪强度。

直接剪切试验法可以测定土的各个应力状态下的抗剪强度参数，如剪切强度、摩擦角等。

二、扭转剪切试验法扭转剪切试验是一种适用于饱和黏土的抗剪强度测定方法。

该试验使用一个具有刚性表面的圆柱形试样，在试样表面施加剪切应力后进行扭转，通过测量试样的弯矩和旋转角度来计算土的抗剪强度。

扭转剪切试验法适用于较细粒土，可以快速测定土的抗剪特性。

三、动三轴试验法动三轴试验法是一种适用于软土和粘性土的抗剪强度测定方法。

该试验使用一个装有土样的圆柱形试样，在试样上施加一定的压应力并施加一定的剪切应力后，通过测量试样上的应力和应变来计算土的抗剪强度。

动三轴试验法可以测定土的固结特性和抗剪特性，适用于研究土对动应力的响应行为。

四、静力触探法静力触探法是一种快速且经济的测定土的抗剪强度的方法。

该方法利用静力触探仪在地面上进行试验，通过测量钻杆在土中的下沉阻力和侧摩阻力来计算土的抗剪强度。

静力触探法适用于浅层土壤的抗剪强度测定，能够快速获取大量的土壤参数。

以上是几种常用的土的抗剪强度测定方法，每种方法都有其适用范围和优缺点。

在实际工程设计中，可以根据具体情况选择合适的方法进行土的抗剪强度测定，以便更好地评估土的力学性质和工程稳定性。

直剪试验和三轴压缩试验的原理和适用范围

直剪试验和三轴压缩试验的原理和适用范围1. 直剪试验的原理和适用范围直剪试验是一种用于测定土体抗剪强度的常用试验方法。

其原理是通过在土样上施加垂直荷载和水平荷载，来模拟土体受到的剪切应力，从而确定土体的抗剪强度和内部摩擦角。

此试验适用于各种类型的土壤和岩石，包括粘性土、砂土和软岩等。

通过直剪试验，可以得到土壤和岩石在自然状态下的抗剪强度参数，为工程设计和地质勘察提供重要参考。

2. 三轴压缩试验的原理和适用范围三轴压缩试验是一种用于研究土体和岩石在三轴应力状态下的力学性质的试验方法。

其原理是通过在土样上施加径向应力和轴向应力，来模拟土体受到的复杂力学状态，从而确定土体的应力-应变关系和变形特性。

此试验适用于各种类型的土壤和岩石，特别适用于研究岩石的变形和破坏特性。

通过三轴压缩试验，可以得到土壤和岩石在不同应力状态下的力学参数，为地下工程和岩土工程提供重要依据。

3. 文章内容梳理在本文中，我们将从浅入深地探讨直剪试验和三轴压缩试验的原理和适用范围。

我们将从试验背景和基本原理入手，介绍这两种试验的主要目的和实施过程。

我们将详细讨论直剪试验和三轴压缩试验的适用范围及其在地质和工程实践中的重要性。

我们将结合个人观点和理解，总结这两种试验对于土体和岩石力学性质研究的意义和前景。

4. 个人观点和理解作为文章写手，我个人认为直剪试验和三轴压缩试验作为土体力学性质研究的重要手段，具有不可替代的价值。

通过这两种试验，我们可以深入了解土壤和岩石的力学特性，为地下工程和岩土工程的设计和施工提供科学依据。

我对这两种试验的原理和适用范围非常重视，相信它们在未来的地质和工程领域将发挥更加重要的作用。

总结回顾：在本文中，我们深入探讨了直剪试验和三轴压缩试验的原理和适用范围。

我们从试验背景和基本原理出发，分析了这两种试验在地质和工程领域的重要性。

结合个人观点和理解，我们对这两种试验的价值和前景进行了总结和展望。

通过本文的阐述，相信读者能够对直剪试验和三轴压缩试验有一个全面、深刻和灵活的理解。

土的抗剪强度试验方法(经典)

土的抗剪强度试验方法【中国地质大学（武汉）工程学院】抗剪强度指标c、φ值，是土体的重要力学性质指标，正确地测定和选择土的抗剪强度指标是土工计算中十分重要的问题。

土体的抗剪强度指标是通过土工试验确定的。

室内试验常用的方法有直接剪切试验、三轴剪切试验；现场原位测试的方法有十字板剪切试验和大型直剪试验。

一、直接剪切试验(一)试验仪器与基本原理直剪试验所使用的仪器称为直剪仪，按加荷方式的不同，直剪仪可分为应变控制式和应力控制式两种，前者是以等速水平推动试样产生位移并测定相应的剪应力；后者则是对试样分级施加水平剪应力，同时测定相应的位移。

目前常用的是应变控制式直剪仪（示意图）。

试验时，垂直压力由杠杆系统通过加压活塞和透水石传给土样，水平剪应力则由轮轴推动活动的下盒施加给土样。

土体的抗剪强度可由量力环测定，剪切变形由百分表测定。

在施加每一级法向应力后，匀速增加剪切面上的剪应力，直至试件剪切破坏。

将试验结果绘制成剪应力τ和剪切变形S的关系曲线（见图5-9）。

一般地，。

将曲线的峰值作为该级法向应力下相应的抗剪强度τf变换几种法向应力σ的大小，测出相应的抗剪强度τf。

在σ-τ坐标上，绘制曲线，即为土的抗剪强度曲线，也就是莫尔-库伦破坏包线，如图5-10所示。

(二)试验方法分类为了在直剪试验中能尽量考虑实际工程中存在的不同固结排水条件，通常采用不同加荷速率的试验方法来近似模拟土体在受剪时的不同排水条件，由此产生了三种不同的直剪试验方法，即快剪、固结快剪和慢剪。

（1）快剪。

快剪试验是在土样上下两面均贴以腊纸，在加法向压力后即施加水平剪力，使土样在3~5分钟内剪坏，由于剪切速率较快，得到的抗剪强度指标用c q 、φq表示。

（2）固结快剪。

固结快剪是在法向压力作用下使土样完全固结。

然后很快施加水平剪力，使土样在剪切过程中来不及排水，得到的抗剪强度指标用ccq 、φcq表示。

（3）慢剪。

慢剪试样是先让土样在竖向压力下充分固结，然后再慢慢施加水平剪力，直至土样发生剪切破坏。

土的抗剪强度试验方法

（三）优点和缺点
优点： 1 应力状态明确,模拟了土实际受力状态； 2 排水条件清楚，可控制； 3 破坏面不是人为固定的；缺点：设备相对复杂，现场无法试验
说明： 3＝0 即为无侧限压缩试验, 主要用于评价土的灵敏度问题.
三、无侧限压缩试验（特殊的三轴试验）
由
1 qu , 3 0
P
类似试验：环剪试验单剪试验
S T
A
优点
设备简单，操作方便
结果便于整理测试时间短
缺点试样应力状态复杂应变不均匀
不能精确控制排水条件
剪切面固定
二、三轴剪切试验
轴向加压杆顶帽有机玻璃罩
试样
压力室
透水石排水管
阀门
橡皮膜压力水
(一）试验过程应变控制式三轴仪：周围压力系统，轴向加压系统，孔隙水压力量测系统组成

3
3
3
c
3 △
(1-)f (1-)f
（二）试验类型

不固结不排水试验（UU试验） cu 、 u 抗剪强度线为水平线(饱和黏性土） 1 f cu ( 1 3 ) 0 u 2 固结不排水试验（CU试验）固结排水试验（CD试验） ccu 、cu cd 、 d

也愈大，所以试验过程中主应力的方向是不断交化的。
4. 试验优缺点
• 直接剪切仪具有构造简单，操作方便等优点，但它存在若干缺点，主要有：
• ① 剪切面限定在上下盒之间的平面，而不是沿土样最薄弱的面剪切破坏； • ② 剪切面上剪应力分布不均匀，土样剪切破坏时先从边缘开始，在边缘发生应力集中现象；
土的抗剪强度试验方法
抗剪强度试验

直接剪切试验、三轴压缩试验及无侧限抗压强度试验指标在软土地基处理稳定分析中的应用

直接剪切试验、三轴压缩试验及无侧限抗压强度试验指标在软土地基处理稳定分析中的应用作者：严建明来源：《商品与质量·消费视点》2013年第09期摘要：本文简要介绍了目前室内抗剪强度试验的几种方法，概述了不同试验方法的优、缺点以及对应的试验参数在工程中的运用；最后，笔者对软土地基的稳定分析进行了归纳和总结，并且特别谈到了安全系数的选择问题。

关键词：抗剪强度；粘聚力；内摩擦角；有效应力在公路软土地基勘察中一般都将现场勘探取出的土样用室内试验方法来确定地基土层的力学性质，作为软土地基处理设计依据。

实际上，土体中的应力变化过程相当复杂，在选用各种试验方法时，应注意试验方法尽可能反映软土的力学特性和工作条件并与分析计算方法相适应，以保证软土地基处理设计的经济性和合理性。

一、抗剪强度土的抗剪强度是指土在外力作用下抵抗剪切滑动的极限强度。

土的抗剪强度是土的一个重要力学性质，当估算地基承载力，评价地基稳定性，计算路堤斜坡稳定性等都需要抗剪强度指标。

1.库伦定律在法向应力变化范围不大时，抗剪强度与法向应力的关系近似为一直线，这就是抗剪强度的库伦定律。

（1-1）式中τf= c+σtgτf——土的抗剪强度（KPa）；c——土的粘聚力（KPa）；σ——作用于剪切面上的法向应力（KPa）；——土的内摩擦角（KPa）。

2.总应力法与有效应力法饱和土的抗剪强度与土受剪前在法向应力作用下的固结有关，而土只有在有效应力作用下才能固结。

有效应力逐渐增加的过程，亦即土的抗剪强度逐渐增加的过程。

剪切面上的法向应力与有效应力之间有下列关系式中u +σ'=σu ——剪切面上的孔隙水压力（KPa）；σ'——剪切面上的有效应力（KPa）；σ——剪切面上的法向应力，即总应力（KPa）。

土的强度主要取决于有效应力的大小，故抗剪强度的关系中应反映有效应力σ'更为合适，即式中τf = c'+ σ'tg'= c' +（σ-u）tg'c'——土的有效粘聚力（KPa）；'——土的有效内摩擦角（KPa）。

直剪试验和三轴剪切试验对比分析

直剪试验和三轴剪切试验对比分析摘要：本文通过对直剪试验和三轴剪试验的比较，借此与同行交流。

关键字：直剪；三轴剪；对比分析土的抗剪强度定义为土体抵抗剪切破坏的极限能力，是土的重要力学性质之一。

在土力学中，采用摩尔-库仑强度准则，用内摩擦角和内聚力来表现土的抗剪强度规律，即是在土的破裂面上，抗剪强度随法向应力增长的规律。

土的抗剪强度在计算承载力、评价地基稳定性以及计算挡土墙土压力时，都有重要的应用。

因此，正确的测定土的抗剪强度，在计算和评价土体的性质有重要的意义。

根据土体受力面和受力方式不同，测定土的抗剪强度的方法和仪器也不同，常用的方法主要有室内的直接剪切试验、无侧限抗压强度试验和三轴压缩试验及原位的十字板剪切试验等。

本文主要针对直接剪切试验和三轴压缩试验进行分析对比。

一、直剪试验直接剪切试验就是是在某一预订的面上剪切土的试件，测定该面上的剪应力和抗剪强度的试验。

我国目前普遍采用的是应变控制式直剪仪。

如图1，试样施加某一法向应力σ，然后等速推动下盒，使试样在沿上下盒之间的水平面上受剪直至破坏，剪应力t的大小可借助与上盒接触的量力环而确定。

根据试样在剪切过程中剪应力t与剪切位移S之间的关系曲线，（2-a）可以确定抗剪强度τf通常同一种土取4个试样，分别在不同的法向应力（J下剪切破坏，可将试验结果绘制成如图2（2 - b）所示的抗剪强度与法向应力之间的关系曲线。

图2 的（ 2 - a ）是剪应力与剪切位移的关系；图2的（ 2 - b ）是抗剪强度与法向应力关系。

按照剪切前土的固结程度，剪切时排水的条件以及剪切加荷的快慢，直接剪切试验方法可分3种：（1）快剪试验（不排水剪）。

（2）固结快剪试验（固结不排水剪）。

在法向压力下试样充分排7JC，待完全固结后，再快速施加水平剪力使试样剪切破坏。

二、三轴试验三轴压缩试验是测定土的抗剪强度一种比较完善的方法。

它通常用3―4个圆柱形试样，分别承受不同的周围压力并保持周围压力不变，然后施加轴向压力，进行剪切直至破坏，再根据摩尔-库仑理论，求得抗剪强度指标。

土工直接剪切试验和三轴剪切试验优缺点及适用范围

坏时先从边缘开始．在边缘发生应力集中现象；
试验，每个试件施加不同的周围压力ｏｒ，，可分别
得出剪切破坏时的大主应力。，将这些结果绘成
一
（３）在剪切过程中，土样剪切面逐渐缩小，而在计算抗剪强度时却是按土样的原截面计算的；（４）试验时不能严格控制排水条件，不能测量孔隙水
盒之间的平面，而不是沿土样最薄弱的面剪切破
Ｏ
（ｂ）
（ｃ）
图１直接剪切试验结果
孙莉萍等・土工直接剪切试验和三轴剪切试验优缺点及适用范围
・４１・
坏；（２）剪切面上剪应力分布不均匀，土样剪切破
直接剪切试验最大的优点就在于其设备构造简单、操作容易和试验历时短，这也是目前各个项目在工期紧的情况下被广泛应用的主要原因。
剪切位移关系曲线中有明显峰值或稳定值时，取
可用库仑公式（１）表示。图１（ｃ）表明对于黏性土，
抗剪强度与法向应力之间也基本成直线关系，该
和无侧限抗压试验等。本文主要对土工试验的力
学试验中的直接剪切试验与三轴剪切试验进行了优缺点的对比分析．为今后不同等级的工程选择什么样的试验方法提供部分参考意见。

土的剪切试验和强度指标

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。

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3σ）下，施加轴向压力（即产生主应力差1σ-3σ），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’。

直剪试验和三轴压缩试验的原理和适用范围

直剪试验和三轴压缩试验的原理和适用范围直剪试验和三轴压缩试验是土力学中常用的试验方法，用于研究土壤的力学性质和变形特性。

下面将对其原理和适用范围进行详细介绍。

1.直剪试验原理：直剪试验是一种应变控制试验，通过施加一个固定的切向位移或者应变，来测量土样在剪切面上的剪切应力和剪切应变，从而研究土壤的强度特性。

直剪试验通常包括以下步骤：-制备土样：将土样切割成等尺寸的方块，确保剪切面的平整度。

-装置试验仪器：将土样固定在试验仪器上，形成一个剪切面。

常用的试验仪器有剪切强度计和扭转强度计。

-施加正常应力：通过施加垂直于剪切面的力，产生正常应力。

-施加剪切力：在固定的正常应力下，施加剪切力，测量土样上的剪切应力和应变。

-测量结果：通过测量土样上下表面的位移或者通过剪力计测量土样上的剪切力，计算得出土样的剪切强度和剪切模量。

直剪试验适用于粘性土、非饱和土和饱和土的强度特性研究。

由于土样在直剪试验中仅在一个平面内发生剪切，能够较好地模拟实际工程中的剪切破坏，因此直剪试验结果对于土体的抗剪强度计算具有较高的准确性。

直剪试验也广泛应用于土体的稳定性分析、地基基础设计和土体力学参数的确定。

2.三轴压缩试验原理：三轴压缩试验是一种应力控制试验，通过施加垂直于剪切面的等级应力，来测量土样在应力状态下的变形特性，从而研究土壤的压缩性和强度特性。

三轴压缩试验通常包括以下步骤：-制备土样：将土样制备成圆柱形的样品，确保样品的密实度和尺寸要求。

-装置试验仪器：将土样固定在试验仪器的压力室内，形成三轴约束。

试验仪器包括压力室、配重器、应变测量仪器等。

-施加轴向正应力：通过油动机或液压系统施加垂直于土样的轴向正应力。

-施加剪切应力：在固定的轴向正应力下，通过施加剪切力，测量土样的剪切应力和应变。

-测量结果：通过测量土样的径向和轴向变形以及剪切应力，计算得到土样的压缩指数、剪切强度和固结特性等。

三轴压缩试验适用于饱和土、非饱和土和粘性土的研究。

直剪试验和三轴剪切试验对比分析

直剪试验和三轴剪切试验对比分析【摘要】土的抗剪强度是指地基土抵抗外荷载破坏的能力。

抗剪强度指标是确定地基土承载力的关键指标，在地基与基础设计及办坡工程设计中至关重要。

土的抗剪强度指标主要是通过室内试验获得。

试验方法主要有直接快剪、固结快剪和固结不排水剪。

木文通过在室内对同一土体进行固结快剪和固结不排水剪试验，探研两种试验方法所得结果的差异。

【关键词】抗剪强度；固结快剪；固结不排水剪为了确定建筑物地基承载力、预测边坡的稳定性、确定渠道和基抗的坡角等，都需要研究土的抗剪强度。

抗剪强度指标是工程计算中需要的直接计算指标。

土在外力作用下在剪切而单位而积上所能承受的最大剪应力称为土的抗剪强度。

土的抗剪强度是由颗粒间的内摩擦力以及胶结物和水膜的分子引力所产生的粘聚力共同组成。

1.土的抗剪强度的基本理论1773年，库仑根据砂土的摩擦试验，砂土的抗剪强度决定于砂土的内摩擦角，即决定于砂土颗粒之间的内摩擦力。

它与压应力成正比。

砂土的抗剪强度曲线为一过原点的直线，可用T f= 0 tg4）表zjx o后来又提出粘性土的抗剪强度表达式为：T f=c+Otg4>11式中：T f——土的抗剪强度，kpa；o——作用于剪切面上的法向应力，kpa；4）——土的内摩擦角，（°）c --- 土的粘聚力，kpa。

据库伦定律求土的抗剪强度指标是很简单。

但由于土的抗剪强度受许多因素影响，如试验时的排水条件、试样的受压历史、剪切的速度、仪器的类型和操作方法等，所以c、e值随着影响因素的不同而异，实际上，它是表示在一定条件下的抗剪强度。

2.试验方法对比2. 1固结快剪。

试验仪器采用直接剪刀切仪。

首先将制备好的3〜4个高2cm面积30cm 2的圆柱形土体分别置于剪切盒内，使其承受一定的竖向压力。

下排水，待固结稳定后快速施加水平剪应力使其剪破，在剪应力施加过程中记录下剪应力的峰值强度，若未出现峰值取剪位移为4mm 相对应的剪应力作为它的抗剪强度（一般最大位移为试样直径的1/15~1/10。

浅谈土工直接剪切试验和三轴剪切试验优缺点及适用范围

浅谈土工直接剪切试验和三轴剪切试验优缺点及适用范围摘要：土工试验是解决土工问题的一种重要方式。

本文联系实际，对土工直接剪切试验与三轴剪切试验进行分析，对这两种土工试验的优缺点以及适用范围进行探讨论述，希望能为相关工作带来些许帮助。

关键词：土工试验；直接剪切试验；三轴剪切试验；优缺点；适用范围在土工试验中，土的抗剪强度等相关力学参数起着非常重要的作用。

这些力学参数是计算地基承载力、评价边坡稳定性、计算挡土墙土压力等时的重要参考依据。

这也就是说，在建筑工程中，要想保证工程质量与安全，就必须做好土的抗剪强度测定工作【1】。

当前常见的抗剪强度测定方法有无侧限抗压试验、三轴剪切试验以及直接剪切试验等。

这些试验方法均有各自的优缺点与适用范围，具体分析如下。

1土工直接剪切试验和三轴剪切试验优缺点1.1土工直接剪切试验1.1.1试验原理在当前的土工直接剪切试验中，主要是借助应变控制式直剪仪这种仪器来对土的强度进行测验。

在测验过程中，对同一种土取5个试样，将这些试样分别置于不同的法向应力下，让其接受剪切破坏。

在这个施加作用力的过程中详细观察试样内部结构以及性能变化，最终得到实验结果并据此绘制出试样剪切强度与反向应力之间的关系。

当剪应力与剪切位移关系曲线中有明显的峰值或是稳定值时，取其作为抗剪强度破坏值，此时试样发生的是脆性破坏。

随着剪切位移发生变化，剪应力不断增长，峰值消失或是峰值不再稳定，此时的剪切强度破坏值一般是取剪切位移为4mm时的剪应力【2】。

通过试验可以得出，在此种情况下，试样会出现塑性破坏问题。

在进行土的抗剪强度计算时，首先需知道土的摩擦强度与黏聚强度，为获得这两项数值，通过对各级法向荷载与抗剪强度建立回归方程。

在计算过程中，需要比较精确的了解土体在现场受剪的排水条件，因此将直接剪切试验具体分为三大部分：快剪试验、固结快剪试验以及慢剪试验。

在具体的试验中，这三种方法主要是通过改变剪切速率来满足试验与测量要求，最终获得相对准确的测量结果。

直剪试验和三轴剪切试验对比分析

直剪试验和三轴剪切试验对比分析摘要：本文通过对直剪试验和三轴剪试验的比较，借此与同行交流。

关键字：直剪；三轴剪；对比分析土的抗剪强度定义为土体抵抗剪切破坏的极限能力，是土的重要力学性质之一。

在土力学中，采用摩尔-库仑强度准则，用内摩擦角和内聚力来表现土的抗剪强度规律，即是在土的破裂面上，抗剪强度随法向应力增长的规律。

土的抗剪强度在计算承载力、评价地基稳定性以及计算挡土墙土压力时，都有重要的应用。

因此，正确的测定土的抗剪强度，在计算和评价土体的性质有重要的意义。

本文主要针对直接剪切试验和三轴压缩试验进行分析对比。

一、直剪试验直接剪切试验就是是在某一预订的面上剪切土的试件，测定该面上的剪应力和抗剪强度的试验。

我国目前普遍采用的是应变控制式直剪仪。

如图1 ,试样施加某一法向应力a , 然后等速推动下盒，使试样在沿上下盒之间的水平面上受剪直至破坏，剪应力t 的大小可借助与上盒接触的量力环而确定。

根据试样在剪切过程中剪应力t 与剪切位移S 之间的关系曲线，（2-a）可以确定抗剪强度T f通常同一种土取4个试样，分别在不同的法向应力（J下剪切破坏，可将试验结果绘制成如图2（2 - b）所示的抗剪强度与法向应力之间的关系曲线。

图 2 的（2 - a ）是剪应力与剪切位移的关系；图2的（ 2 - b ）是抗剪强度与法向应力关系。

按照剪切前土的固结程度，剪切时排水的条件以及剪切加荷的快慢，直接剪切试验方法可分3 种：（1）快剪试验（不排水剪）。

（2）固结快剪试验（固结不排水剪）。

在法向压力下试样充分排7JC,待完全固结后，再快速施加水平剪力使试样剪切破坏。

二、三轴试验三轴压缩试验是测定土的抗剪强度一种比较完善的方法。

它通常用3—4个圆柱形试样，分别承受不同的周围压力并保持周围压力不变，然后施加轴向压力，进行剪切直至破坏，再根据摩尔-库仑理论，求得抗剪强度指标。

三轴和直剪试验的固结快剪指标

三轴和直剪试验的固结快剪指标经验介绍?棘刚等种饱和粗粒上动强度试验成果的分析法由式(3)计算F一("2)(3)式中为单组次参加回归分析的试验数值点数;为相应试验组次的回归分析相关系数.取定显着性水平a一0.05.0.005回归效果评判标准为,当>F;:(1州一2)(查表,略)时.可认为回归效果"显着";当,>F.(1州2)(查表.略)时.可认为回归效果"高度显着"回归效果显着性检验成果参见表3.1从表3中可以看到.约有8j以上试验组次的统计回归效果评判可达到"高度显着3试验成果误差分析土体是自然界的产物.客观上它既是空间的也是时间的函数.常规的饱和土体振动三轴试验是一种单试验样品破坏性的动剪切试验.即使充分强调试验初始条件的一致性.但由于受到土体内部结构和试验外部环境等细微差异的影响.其最终试验成果仍会呈现某种程度上的离散性引入误差分析.对已获得的成果进行量化的评价已被许多试验,检测的规程规范所采纳.也是今后发展之必然如设在每一试验组中最大相对误差半区间为.并结合对数直线方程的数理统计回归成果来对成果的离散程度进行描述.可为试验的误差分析提供方便.可用下式求出Ald=×l00(4)式中为单试验组合最大相对误差半区间;.为在相应矗.吒组合情况下的由数理统计回归求得的氏估计值(i=1,2.…,):1△1为单试验组合最大绝对误差半区间;△一一d}(=1.2.….)试验成果的误差分析计算见表4表4中可+一～一+～以看到此次试验最大相对误差的半区间一般不大于10.0.小于7.0的试验组数约占60.以此可以看出此种试验的表达方法及误差分析方法的确是一种对动强度试验成果整理和分析的较台理的方法表4砂砾石动强度试验误差分析计算成果表4结论饱和粗粒土大型振动三轴动强度试验的基本成果中动强度()和破坏振动次数(Ⅳ)关系曲线可以用指数方程描述.它在双对数平丽内呈现出良好的直线性.此可为实际应用中的设计误差统计分析.工程可靠性分析等工作提供方便和依据.也有效地弱化了资料分析整理中人为的干涉因素.根据对10组饱和粗粒土动强度试验的成果统计分析.试验的单组相关系数一般均太于0.85.而大于090的试验组约占总数的65.试验成果相对误差的半区间一般小于10.05参考文献1汪荣鑫着数理统计.西安:西安交通上学出版社l9860水和部,电力工业郜.t工试驻垭程SD00]一79(下册北京:水利出版社.198l3谢定义编.土动力学两安:西安交通大学出版杜.1988(上接第24页)CONSOLIDA TEDUNDRAINEDSTRENGTHTARGETS0BTAINED BYTRIAXIALANDDIRECTSHEARTESTSWelRulong(NanjingHydraulicRcsearchlnslitule210029Nanjing:AbstractThe~onvenlionaldefinitionfortheangle.fconsolidatedundrainedshearresistar】ce.btai口edin1herriaxialtesthasbeenrevisedandare]ationbetweentheanglesbasedOntheconventionalandreviseddefinirio i.b:aLnedwhlchwas.呲mistakenastorepresenttherelallonbe[weelltheconsotida,,edundrainedstrengthtargetsn1u redby1rIax1I1In(】direcchI~stsTheproblemofhowtOevaluatereasonablytiledifferencebetweeTlthesetargetsi…dicd。