土工试验抗剪强度的分析

罗研

摘要：本文分析介绍了土工试验中常采用的直接剪切试验与三轴压缩试验方法，通过对比两种试验所测得的数据，我们认为三轴压缩试验结果更加合理准确，但是在实际工程中还要根据实际情况选择最合适的试验方法。

关键词：抗剪强度;三轴压缩试验;直接剪切;土工试验;分析

为了了解土体抗破坏的能力，我们通常会进行土的抗剪强度试验。良好的土的抗剪强度试验能够帮助我们对地基的稳定性进行更准确的判断，对挡土墙土的压力以及承载力进行更准确的计算。常用的土的抗剪强度试验有许多方法，例如直接剪切试验、三轴压缩试验，等等，这些试验都主要在试验室内进行。除此之外，还有十字板剪切试验、大型直接剪切试验等方法，这些试验都主要在现场原位进行。

1.土工试验抗剪强度的分析

1.1直接剪切试验

该试验对于土样中将会发生的破坏面的位置与方向进行事先的规定，进而可以在计算剪切位移和剪应力能够控制作用于破坏面上的法向压力。剪切时所承受的水平剪切应力就是我们所要求的的土的抗剪强度值。受力条件的不同直接剪切还可以细分为以下几种类型：

第一种慢剪试验，给予土体充足的时间，使其在承受法向压力后，能够将土体孔隙中的水排干，等到完全固结后在施加水平剪力，再同样给予土样充足的时间排水。

第二种固结快剪试验，即加法向压力之后，等待土样完全固结，然后迅速施加水平剪力，不排出土样中的水。

第三种快剪试验，即以非常快的速度施加水平剪力和法向压力，让土样孔隙中的水承担大部分的垂直压力，不进行排水。

我们针对这三种试验方法进行分别测验得出，试验结果中三种方法的ψ值存在着比较明显的差异，慢剪试验ψ值最大，快剪试验最小。对于粘性土，我们一般采用快剪法，固结快剪适用于砂性土，而慢剪法没有对渗透系数的要求。

1.2三轴压缩试验

该试验方法对于土的抗剪强度参数的确定主要是采取在不同的恒定周围压力下向三到四个试样施加轴向压力的方法。三轴压缩试验不规定剪切面的位置与方向，只规定作用于土样上的最大与最小主应力。用三轴压缩试验测得的参数精度是最高的，因为该试验对于破坏圆及包络线的绘制是利用破坏面和最大主应力面之间的夹角。

同样，三轴压缩试验也包括三种试验方法，这三种方法在排水条件上所有区分。

第一种，固结排水剪试验，即在某一周围压力下排水固结，给予充分的排水时间，等土样孔隙中的水排放的差不多时施加轴向压力直到剪坏结束。固结排水剪试验过程中允许土样充分排水，能够有效测定抗剪强度指标和变形参数。

第二种，固结不排水剪试验，该方法与固结排水剪试验类似，但是不允许试样充分排水，即先让土样在某一周围压力下固结排水，之后便不再给排水的机会，通过试验可以测得孔隙水压力系数与总抗剪强度参数。

第三种，不固结不排水剪试验，该试验整个过程都不允许试样排水，可测得数据与固结不排水剪试验相同。

1.3两种试验方法比较

与直接剪切试样相比，三轴压缩试验有更加显著的优势，首先三轴压缩试验所测得的参数精度比较高，能够对土样的孔隙水压力与体积的变化进行更加准确的测定，而且三轴压缩试验剪切面不固定，能够让土样沿着最弱面进行破坏，提高试验效率，同时可以良好的控制最大与最小主应力，另外三轴压缩试验能够有效控制试样排水条件，虽然采用快剪试验方法能够较好的控制土样的排水条件但是速度上很难进行准确的把握，而采用三轴压缩试验则更能满足试验的要求。

2.工程對试验方法的要求

一、对于非液化性土和粘性土，我们一般利用三轴压缩试验中固结不排水剪试验，将所测得的抗剪强度参数中的最小值作为标准值。

二、对于粘性土类基地，在利用有效应力进行稳定分析时，为了准确获得有效应力强度，需要精确估算或测定土样中孔隙水压力。

三、采用总应力进行稳定分析，例如当地基土层不易产生孔隙压力，有良好的透水性能，可以自由排水的情况，一般选择三轴压缩试验中的固结排水剪强度或者慢剪强度;针对地基粘性土层薄已经采取了排水措施或者上下土层有较好的透水性的情况，可以选择三轴压缩试验固结不排水剪强度或者饱和固结快剪强度;地基为粘性土且没有良好的排水条件等情况，应该选择三轴压缩试验不固结不排水剪强度。

3.综合分析

三轴压缩试验和直接剪切试验的剪切方法之间存在一些比较类似的地方，为了更好的判别这两种试验方法的优劣，我们以某地岩土工程项目成果为例，进行两种试验方法的对比。根据试验数据我们看到，同样是作为总应力强度参数，但两个数值却是不同的。以平均值相比较，三轴试验的Ccu值要大于直剪试验的Ccq值，但是三轴试验的ψcu值却小于ψcq值将近10度。这是由于直剪试验在剪切过程中不能对土样的排水进行严格的控制，而且剪切面的面积会随着剪切位移的增加而减少。因此对于有较大渗透性的土，我们还是要尽量避免使用直剪试验，即便我们提高剪切速度也是很难把握总应力，导致最终的试验结果出现偏差。但是如果土的渗透性较小，我们又能够良好的把握剪切速率，那么两种试验所得的数据就没有太大的差异，所以综合考虑两种试验的测得结果，我们认为三轴试验是最佳的选择。

结论：

通过试验我们认为三轴试验比直接剪切试验测得的结果更加准确，但是直接剪切同样有其更经济、简单的优势。但是我们需要认清的是，这两种试验都是在试验室内进行，许多因素是我们可控的，然而在实际现场却存在许多其他影响因素，因此地质人员还是需要根据实际情况选择最恰当的方法。

参考文献：

[1]杨志豪. 论如何有效控制土工试验室测试质量[J]. 建材与装饰（中旬刊）. 2007（11）

[2]程芸. 土工试验室发展现状及试验中常见问题探讨[J]. 工程建设与设计. 2017（08）