土的抗剪强度可以通过室内试验与现场试验测定。室内最常用的是直剪试验、三轴压缩试验和无侧限抗压强度试验等。野外试验有原位十字板剪切试验等。

（一）室内试验	直剪试验、三轴试验等	缺点：土样扰动 优点：应力条件清楚，易重复
（二）现场试验	十字板剪切试验、旁压试验等	缺点：应力条件不易掌握 优点：原状土的原位强度

1．直剪试验：

直剪试验是最基本的室内试验方法。直剪试验使用的仪器称直剪仪，如图4-8所示。按加荷方式分为应变式和应力式两类。前者是以等速推动剪切盒使土样受剪，后者则是分级施加水平剪力于剪力盒使土样受剪。

图4-8 直剪仪

试验开始前将金属上盒和下盒的内圆腔对正，把试样置于上下盒之间。通过传压板和滚珠对土样先施加垂直法向应力σ=p/F(F-土样的截面积)，然后再施加水平剪力T，使土样沿上下盒水平接触面发生剪切位移直至破坏。在剪切过程中，隔固定时间间隔，测读相应的剪变形，求出施加于试样截面的剪应力值。于是即可绘制在一定法应力条件下，土样剪变形λ与剪应力τ的对应关系，如图4-9所示。

图4-9 直剪试验曲线（a）剪应力-剪切位移关系 （b）抗剪强度-法向应力关系

在直接剪切试验中，不能量测孔隙水压力，也不能控制排水，所以只能用总应力法来表示土的抗剪强度。但是为了考虑固结程度和排水条件对抗剪强度的影响，根据加荷速率的快慢将直剪试验划分为快剪、固结快剪和慢剪三种试验类型。

1）快剪。竖向压力施加后立即施加水平剪力进行剪切，使土样在3-5min内剪坏。剪切速度快，模拟“不排水”剪切情况。得到的强度指标用Cq、 q表示。

2）固结快剪。竖向压力施加后，给以充分时间使土样排水固结。固结终了后施加水平剪力，快速地(约在3～5min内)把土样剪坏，即剪切时模拟不排水条件。得到的指标用Ccq、 cq表示。

3）慢剪。竖向压力施加后，让土样充分排水固结，固结后以慢速施加水平剪力，使土样在受剪过程中一直有充分时间排水固结，直到土被剪破，得到的指标用Cs、 s表示。

由上述三种试验方法可知，即使在同一垂直压力作用下，由于试验时的排水条件不同，作用在受剪面积上的有效应力也不同，所以测得的抗剪强度指标也不同。在一般情况下， s＞ cq＞ q。上述三种试验方法对粘性土是有意义的，但效果要视土的渗透性大小而定。对于非粘性土，由于土的渗透性很大，即使快剪也会产生排水固结，所以常只采用一种剪切速率进行排水剪试验。

直剪试验的优点：仪器构造简单，操作方便；

主要缺点是：

① 不能控制排水条件；

② 剪切面是人为固定的，该面不一定是土样的最薄弱的面；

③ 剪切面上的应力分布不均匀。

2．三轴压缩试验

1）试验仪器和试验原理

三轴压缩试验使用的仪器为三轴剪力仪(也称三轴压缩仪)，其核心部分是三轴压力室，其构造见图4-10。此外，还配备有：

（a）轴压系统， 即三轴剪切仪的主机台，用以对式样施加轴向附加压力，并可控制轴向应变的速率；

（b）侧压系统， 通过液体(通常是水)对试样施加周围压力；

（c）孔隙水压力测读系统，用以测量土样孔隙水压力及其在试验过程中的变化。

图4-10三轴压力室示意图

试验用的土样为正圆柱形，常用的高度与直径之比为2-2.5。土样用薄橡皮膜包裹，以免压力室的水进入。试样上、下两端可根据试样要求放置透水石或不透水板。试验中试样的排水情况由排水阀B控制(图4-10)。试样底部与孔隙水压力量测系统相接，必要时藉以测定试验过程中试样的孔隙水压力变化。

试验时，先打开阀门A，向压力室压入液体，使土样在三个轴向受到相同的周围压力σ3，此时土样中不受剪力。然后再由轴向系统通过活塞对土样施加竖向压力q，此时试样中将产生剪应力。在周围压力σ3不变情况下，不断增大q，直到土样剪坏。其破坏面发生在与大主应力作用面成的夹角处。这时作用于土样的轴向应力σ1=σ3+q，为最大主应力，周围压力σ3为最小主应力。用σ1和σ3可绘得土样破坏时的一个极限应力圆。若取同一种土的3-4个试样，在不同周围压力σ3下进行剪切直得到相应的σ1，便可绘出几个极限应力圆。这些极限应力圆的公切线，即为抗剪强度包线。它一般呈直线形状，从而可求得指标σ、值(图4-11)。

图4-11 三轴试验的强度包线

若在试验过程中，通过孔隙水测读系统分别测得每一个土样剪切破坏时的孔隙水压力的大小就可以得出土样剪切破坏时有效应力，绘制出相应的有效极限应力圆如图4-12，根据有效极限应力圆，即可求得有效强度指标。

图4-12 有效极限应力圆

2）试验方法及试验结果

根据土样固结排水条件的不同，相应于直剪试验三轴试验也可分为下列三种基本方法：

不固结不排水剪(UU)

①关闭排水阀门，围压σ3下不固结

②关闭排水阀门，很快剪切破坏，在施加轴向压力差σ1-σ3过程中不排水

这样从开始加压直到试样剪坏全过程中土中含水量保持不变。这种试验方法所对应的实际工程条件相当于饱和软粘土中快速加荷时的应力状况。

固结不排水剪(CU)试验

①打开排水阀门，施加围压σ3后充分固结，超静孔隙水压力完全消散

②关闭排水阀门，很快剪切破坏，在施加轴向压力差σ1-σ3过程中不排水

三轴“CU”试验是经常要做的工程试验，它适用的实际工程条件常常是一般正常固结土层在工程竣工时或以后受到大量、快速的活荷载或新增加的荷载的作用时所对应的受力情况。

固结排水剪(CD)试验

①打开排水阀门，施加围压σ3后充分固结，超静孔隙水压力完全消散

②打开排水阀门，慢慢施加轴向压力差σ1-σ3以便充分排水，避免产生超静孔压

不同试验方法的剪切试验结果

这三种不同的三轴试验方法所得强度、包线性状及其相应的强度指标不相同，其大致形态与关系如图4-13所示。

图4-13不同排水条件下的强度、包线性状与强度指标

不固结不排水剪(UU)：

饱和粘性土在三组σ3下的不排水剪试验得到A、B、C三个不同σ3作用下破坏时的总应力圆

试验表明：三个试样的周围压力σ3不同，但破坏时的主应力差相等，三个极限应力圆的直径相等，因而强度包线是一条水平线

三个试样只能得到一个有效应力圆

固结不排水剪(CU)试验：

饱和粘性土在三组σ3下进行固结不排水剪试验得到A、B、C三个不同σ3作用下破坏时的总应力圆，由总应力圆强度包线确定固结不排水剪总应力强度指标ccu、φcu

将总应力圆在水平轴上左移uf得到相应的有效应力圆，按有效应力圆强度包线可确定

固结排水剪(CD)试验：

在整个排水剪试验过程中， uf ＝0，总应力全部转化为有效应力，所以总应力圆即是有效应力圆，总应力强度线即是有效应力强度线。强度指标为cd、φd

3）三轴剪切试验的优缺点：

优点：

① 能控制排水条件，量测孔隙水压力。三轴试验有不固结不排水试验（UU试验）、固结不排水试验（CU试验）、固结排水试验（CD试验）三种。

② 试样的应力分布比较均匀，剪切破坏面为最薄弱面。

缺点：

① 试验仪器复杂，操作技术要求高，试样制备较复杂。

② 试验在σ2=σ3的轴对称条件下进行，与土体实际受力情况可能不符。

4）三种试验方法的选用：

三轴试验和直剪试验的三种试验方法在工程实践中如何选用是个比较复杂的问题，应根据工程情况、加荷速度快慢、土层厚薄、排水情况、荷载大小等综合确定。一般来说，对不易透水的饱和粘性土，当土层较厚，排水条件较差，施工速度较快时，为使施工期土体稳定可采用不固结不排水剪。反之，对土层较薄，透水性较大，排水条件好，施工速度不快的短期稳定问题可采用固结不排水剪。击实填土地基或路基以及挡土墙及船闸等结构物的地基，一般认为采用固结不排水剪。此外，如确定施工速度相当慢，土层透水性及排水条件都很好，可考虑用排水剪。当然，这些只是一般性的原则，实际情况往往要复杂得多，能严格满足试验条件的很少，因此还要针对具体问题作具体分析。

3. 无侧限抗压强度试验

试块在实验中不对试块的侧边加以限制，是一种理论试验值。而对于地基中的岩石来说，实际上是有侧限的抗压强度。

1）试验目的和适用范围——无侧限抗压强度是试件在无侧向压力的条件下，抵抗轴向压力的极限强度；本试验适用于测定饱和软黏土的无侧限抗压强度及灵敏度。

2）试验仪器与试验原理

无侧限抗压强度试验是三轴试验的一个特例，即将土样置于不受侧向限制的条件下进行的压力试验，此时土样所受的小主应力为0， 而大主应力的极限值即为无侧限抗压强度。

图4-14无侧限压缩仪

3）试验方法

①原状土试样制备按三轴压缩试验步骤进行。试样直径为39.1mm ，高度为80mm 。

②将试样两端抹一薄层凡士林，在气候干燥时，试样周围亦需抹一薄层凡士林，防止水分蒸发。

③将样放在底座上，转动手轮，使底座缓慢上升，试样与加压板刚好接触，将测力计读数调整为零。根据试样的软硬程度选用不同量程的测力计。

④轴向应变速度宜为每分钟应变 1 %～ 3 %。转动手柄，使升降设备上升进行试验，轴向应变小于 3 %时，每隔 0.5 %应变 ( 或 0.4mm) 读数一次轴向应变等于、大于 3 %时，每隔 1 %应变 ( 或 0.8mm) 读数一次。试验宜在 8 ～ 10min 内完成。

⑤当测力计读数出现峰值时，继续进行 3 %～ 5 %的应变后停止试验；当读数无峰值时，试验应进行到应变达 20 %为止。

⑥试验结束，取下试样，描述试样破坏后的形状。

⑦当需要测定灵敏度时，应立即将破坏后的试样除去涂有凡士林的表面。加少许余土，包于塑料薄膜内用手搓捏，破坏其结构，重塑成圆柱形，放入重塑筒内，用金属垫板，将试样挤成与原状试样尺寸、密度相等的试样，并按本条1~5款的步骤进行试验。

无侧限抗压强度试验所得的极限应力圆的水平切线就是破坏包络线

图4-15无侧限抗压强度试验

4．十字板剪切试验

十字板剪切试验是一种用十字板测定软粘性土抗剪强度的原位试验。

试验原理：在钻孔中某深度的软粘土中插入规定形状和尺寸的十字板头，施加扭转力矩，将土体剪切破坏，测定土体抵抗扭损的最大力矩，根据力矩平衡条件，从而计算出土的抗剪强度。

图4-16十字板剪切试验仪

试验适用范围	一般适用于测定软粘土的不排水强度指标。
试验优点	1）不用取样，特别是对难以取样的灵敏度高的粘性土，可以在现场对基本上处于天然应力状态下的土层进行扭剪。所求软土抗剪强度指标比其他方法都可靠。
	2）野外测试设备轻便，操作容易。
	3）测试速度较快，效率高，成果整理简单。
试验缺点	仅适用于江河湖海的沿岸地带的软土，适应范围有限，对硬塑粘性土和含有砾石杂物的土不宜采用，否则会损伤十字板头。
成果的应用范围	1）饱和软粘土的抗剪强度和灵敏度。
	2）地基加固效果和强度变化规律。
	3）测定地基或边坡滑动位置。
	4）可计算地基容许承载力。 内容源于网络，如有侵权，请联系删除 相关资料推荐： 边坡岩体抗剪强度参数取值方法德探讨 早期推定混凝土强度试验方法 知识点：抗剪强度的试验方法