基础土的抗剪强度测定方法

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’。

土的抗剪强度的测定方法包括三轴剪切试验、直剪试验、无侧限压缩试验。

直剪试验主要部分是剪切盒，剪切盒分上下盒，上盒通过量力环固定于仪器架上，下盒放在能沿滚珠槽滑动的底盘上。

用环刀切出的一块厚20mm的圆饼形，试验时，将土饼推入剪切盒内，现在试样上加垂直压力p，然后通过推进螺杆推动下盒，使是试样沿上下盒间的平面直接接受剪切，剪力T由量力环测定，剪切变形S由百分表测定。

对于饱和试样，在直剪试验过程中，无法严格控制试样的排水条件，只能通过控制剪切速率近似模拟排水条件。

根据固结和剪切过程中的排水条件，直剪试验分为固结慢剪、固结快剪、快剪。

缺点：人为固定的破坏面，剪切面上的应力状态复杂，在剪切前，最大主应力是作用于试样上的竖向应力，试样处于侧限状况，σ2=σ3=k0σ1。

加剪应力t后，主应力的方向发生偏转，且剪应力越大，偏转角也越大，所以主应力的大小与方向在试验过程中均是不断变化的。

应力和应变分布不均，且在试验中随剪切位移的增大，剪切面积逐渐减小。

排水条件不明确。

三轴剪切试验，三轴试验中，可同时变化周围压力σ3和偏差应力（σ1-σ3），工程中最常用的是σ3=常数的常规三轴压缩试验。

试样始终处在轴对称应力状态，轴向应力σa是最大主应力σ1，两个侧向应力总是相等，即σ2=σ3。

将常规三轴压缩试验分为两个阶段：1、施加围压阶段，通过橡皮膜对试样施加一个各向相等的围压力σ1=σ2=σ3=σc。

在这个阶段，如果打开排水阀门，并让试样中由围压产生的超静孔压完全消散，孔隙水排出，伴以土样体积的压缩，这一过程成为固结，如果关闭排水阀门，不允许试样中的孔隙水排出，试样内保持有超静孔隙水压力，这个过程成为不固结。

2、剪切阶段，保持σ3=σc不变，通过轴向活塞杆对试样施加轴向偏差应力∆σ1=（σ1-σ3）进行剪切。

在剪切过程中，如果打开排水阀门，允许试样内的孔隙水自由进出，并根据土样渗透性的大小控制加载速率，使试样内不产生超静孔压，这个过程成为排水。

土的抗剪强度指标测定一、土的抗剪强度土的抗剪强度是指土体抵抗剪切破坏的极限强度。

工程中的地基承载力、挡土墙土压力、土坡稳定等问题都与土的抗剪强度直接相关，因此，研究土的强度特性，主要是研究土的抗剪性。

建筑物地基在外荷载作用下将产生剪应力和剪切变形，土具有抵抗这种剪应力的能力，并随剪应力的增加而增大，当这种剪阻力达到某一极限值时，土就要发生剪切破坏，这个极限值就是土的抗剪强度。

如果土体内某一部分的剪应力达到土的抗剪强度，在该部分就开始出现剪切破坏，随着荷载的增加，剪切破坏的范围逐渐扩大，最终在土体中形成连续的滑动面，地基发生整体剪切破坏而丧失稳定性。

二、库仑公式(一)土的抗剪强度1776年，法国科学家库仑通过一系列砂土剪切实验，将砂土的抗剪强度表达为滑动面上法向总应力的函数，即后来，经过进一步研究发现黏性土的抗剪强度黏性土的抗剪强度由两部分组成，一部分是摩擦力，另一部分是土粒之间的黏结力，它是由于黏性土颗粒之间的胶结作用和静电引力效应等因素引起的。

进一步提出黏性土抗剪强度公式:式中: ——土的抗剪强度(kPa);σ——剪切面上法向应力(kPa);φ——土的内摩擦角，即直线与横轴的夹角;c——土的黏聚力(kPa)。

由库仑提出的公式(1-46)和公式(1-47)是土体的强度规律的数学表达式，也称库仑定律，表明在一般的荷载范围内土的抗剪强度与法向应力之间呈线性关系，如图1-15所示，其中c，φ称为土的强度指标。

图1-15 土的抗剪强度与法向应力关系(二)土的抗剪强度指标抗剪强度指标c，φ反映土的抗剪强度变化的规律性，它们的大小反映了土的抗剪强度的高低。

土粒间的内摩擦力通常由两部分组成，一部分是由于剪切面上土颗粒与颗粒接触面所产生的摩擦力; 另一部分是由颗粒之间的相互嵌入和连锁作用产生的咬合力。

咬合力是指当土体相对滑动时，将嵌在其他颗粒之间的土粒拔出所需的力。

黏聚力c是由于黏土颗粒之间的胶结作用，结合水膜以及分子引力作用等引起的。

土的抗剪强度土是一种常见的地质材料，在工程领域中具有广泛的应用。

土的力学特性对于土工工程和地基基础设计至关重要，而土的抗剪强度是其中一个重要的参数。

本文将探讨土的抗剪强度及其影响因素。

一、土的抗剪强度定义土的抗剪强度是指土壤在受到剪切力作用下所能承受的最大抵抗力。

土体在受到剪切力作用时，由于土颗粒间的摩擦和颗粒之间的内聚力效应，会产生一定的抵抗力。

二、土的内摩擦角和剪切强度土体的内摩擦角是一个重要的参数，它是衡量土壤颗粒间摩擦性质的指标，也是土壤抗剪强度的决定因素之一。

内摩擦角越大，土壤的抗剪强度就越大。

影响土体内摩擦角的主要因素有：土壤类型、土壤颗粒形状和大小、土壤颗粒间的渗透性以及土壤含水量等。

三、土的抗剪强度测试方法为了确定土的抗剪强度，常用的测试方法包括直剪试验和三轴试验。

直剪试验是将土样切割成适当的几何形状，并在实验设备中施加剪切力来测定土体的抗剪强度。

通过测定土样的应力-应变关系，可以得出土体的内摩擦角和剪切强度。

三轴试验则是模拟土体在不同应力状态下受到剪切力的情况，通过施加正应力和剪应力，测定土样的应力-应变关系，并计算出土的抗剪强度参数。

四、影响土的抗剪强度的因素除了土壤的内摩擦角外，还有其他因素会对土的抗剪强度产生影响。

以下是几个主要因素：1. 土壤类型：不同类型的土壤具有不同的颗粒组成和结构，因此其抗剪强度也会有所不同。

比如粘性土的抗剪强度通常较高，而砂土的抗剪强度较低。

2. 含水量：土壤含水量的变化直接影响土的抗剪强度。

适量的含水量可以增强土体的内聚力，从而提高土的抗剪强度。

然而，过多或过少的水分都会降低土的抗剪强度。

3. 土壤结构：土壤颗粒之间的间隙和排列方式会影响土的抗剪强度。

紧密的土体结构通常具有较高的抗剪强度，而疏松的结构则具有较低的抗剪强度。

4. 渗透性：土壤的渗透性对于土体的抗剪强度也有影响。

渗透性较好的土壤能够有效排水，减少孔隙水压，进而提高土的抗剪强度。

五、土的抗剪强度在工程中的应用土的抗剪强度是土工工程设计中必须考虑的一个重要参数。

建材发展导向2018年第07期10土的抗剪强度指土体对外加荷载产生的剪应力的极限抵抗能力，包括内摩擦力和内摩擦角。

在工程实践中，根据土的抗剪强度的大小，确定建筑物地基所能承载的最大荷载。

通常反映为土工构造物的稳定性问题，挡土墙、地下结构等周围土体的土压力问题，以及地基承载力问题。

测定土的抗剪强度指标的试验有多种，主要包括室内试验和原位试验。

土的抗剪强度受多种因素的影响，包括土体矿物组成、含水量、土体结构、原始密度等，所以准确测定土的抗剪强度具有一定难度，在试验中必须保证所测的土体试样的应力条件和排水情况接近于实际状态。

就目前所有土的抗剪强度的检测试验中，剪切试验能较好地模拟土体在实际工程中受力情况，常用的室内试验包括直接剪切试验、三轴压缩试验和无侧限抗压强度试验。

1　直接剪切试验直接剪切试验较为简单，由于直剪仪的构造不能任意控制试样的排水情况，为了考虑到实际情况，分为快剪、固结快剪和慢剪三种方法来模拟实际工程中的排水条件。

1.1　试验步骤快剪试验。

试验是在试样上施加竖向力后，立即施加速率为0.8mm/min 的水平剪应力。

由于剪切速率较快，可近似认为试验过程中没有排水固结，得到的抗剪强度指标用C q 和φq 表示。

固结快剪试验。

首先在试样上施加竖向力后，经充分排水固结后，在不排水的条件下施加速率为0.8mm/min 的水平剪应力，近似模拟不排水剪切过程，得到的抗剪强度指标用C cq 和φcq 表示。

慢剪试验。

慢剪试验与直剪、固结快剪试验一样先在试样上施加竖向力，然后使试样充分排水固结，再以速率小于0.02mm/min 的水平剪切力，整个过程中试样始终保持充分排水和形变状态，得到的抗剪强度指标用C s 和φs 表示。

1.2　试验特点直接剪切仪具有构造简单、设备简单、操作方便等优点，三种土的抗剪强度指标试验方法陆锦宇（重庆交通大学国际学院　土木工程系，重庆　400074）摘　要：针对土的抗剪强度介绍了三种常用的试验方法，包括直接剪切试验、三轴压缩试验和无侧限抗压强度试验，分析各试验的特点，为土工建筑物的稳定性提供了土的强度指标。

土力学基础土的强度土力学是研究土体及其与外界作用的力学科学。

在土力学中，土体的强度是一个关键问题，因为土体强度的大小决定了土体受力的能力，也影响了土体的稳定性和耐久性。

土的强度是指土体在承受外力作用下的抗力大小，包括抗拉强度、抗压强度、抗剪强度等多种强度。

本文将主要探讨土力学中的土的强度问题，介绍土的强度分类及其测试方法。

土的强度分类1.抗拉强度：土的抗拉强度是指土体在拉伸方向上抵抗破坏的能力。

一般来说，土的抗拉强度很小，常常被忽略不计。

2.抗压强度：土的抗压强度是指土体承受压力时的抗力大小。

抗压强度是一种非常重要的土的强度指标，是土力学中最常用的强度参数之一。

抗压强度测定方法包括直接试验方法和间接试验方法。

3.抗剪强度：土的抗剪强度是指土在切割面上的抗力大小。

抗剪强度通常是土力学中最为关键的强度参数之一，因为它常被用于计算土体的稳定性。

抗剪强度的测定方法包括直接试验方法和间接试验方法。

土的强度测试方法1.直接试验方法：直接试验法是指通过对土样进行直接加载的测试方法，通常用于测量土的抗压强度和抗剪强度。

直接试验方法包括单轴压缩试验、剪切试验、直接拉伸试验等。

2.间接试验方法：间接试验法是利用搭载在土体表面或内部的传感器来测量土体内应力状态，从而推算出土体的抗力大小。

常用的间接试验方法包括探针法、压力板载荷试验法、平板载荷试验法等。

土的强度是反映土体力学性质的重要指标。

对于土的工程应用，合理地测量和判断土的强度将对工程的施工质量和安全性产生重大影响。

因此，在测试土的强度时，需要严格遵循相关的测试规程，在测试结果出现误差时及时进行数据分析和处理，以保证测试的准确性。

同时，在实际工程中应根据土的强度特性选择适当的土方施工工艺和土结构物设计方案，以确保工程的土体稳定和安全运行。

抗剪强度指标测定电子教材《土工技术与应用》项目组2015年3月抗剪强度指标测定确定土的抗剪强度的试验称为剪切试验。

剪切试验的方法有多种，在试验室内常用的有直接剪切试验、三轴剪切试验和无侧限抗压试验等，现场原位测试有十字板剪切试验等。

1. 直接剪切试验直接剪切试验是测定土的抗剪强度的最简便和最常用的方法通常取四个试样，分别施加不同的垂直压力σ进行剪切试验，求得相应的抗剪强度f τ。

将f τ与σ绘于直角坐标系中，即得该土的抗剪强度包线，如图1所示。

强度包线与σ轴的夹角即为内摩擦角ϕ，在τ轴上的截距即为土的黏聚力c 。

绘图时须注意纵横坐标的比例一致。

图1 直剪试验的成果表示直剪仪构造简单，操作方便，因而在一般工程中被广泛采用。

但该试验存在着下述不足：(1)不能严格控制排水条件，不能量测试验过程中试样的孔隙水压力； (2)试验中人为限定上下盒的接触面为剪切面，而不是沿土样最薄弱的面剪切破坏； (3)剪切过程中剪切面上的剪应力分布不均匀，剪切面积随剪切位移的增加而减小。

因此，直剪试验不宜作为深入研究土的抗剪强度特性的手段。

2. 三轴剪切试验三轴剪切试验所用的仪器是三轴剪力仪，有应变控制式和应力控制式两种。

前者操作较后者简单，因而使用广泛。

应变控制式三轴剪力仪的主要工作部分包括反压力控制系统、周围压力控制系统、压力室、孔隙水压力测量系统、试验机等。

图2为三轴剪力仪组成示意图。

图2 三轴剪力仪示意图三轴试验采用正圆柱形试样。

试验的主要步骤为：(1)将制备好的试样套在橡皮膜内置于压力室底座上，装上压力室外罩并密封；(2)向压力窀充水使周围压力达到所需的3σ，并使液压在整个试验过程中保持不变；(3)按照试验要求关闭或开启各阀门，开动马达使压力室按选定的速率上升，活塞即对试样施加轴向压力增量σ∆，13σσσ=+∆，如图3-39(a )所示。

假定试验上下端所受约束的影响忽略不计，则轴向即为大主应力方向，试样剪破面方向与大主应力作用面平面的夹角为f452ϕα=+，如图3 (b )所示。

土的抗剪强度试验方法及指标的应用土的抗剪强度是指土体在受剪力作用下所表现出的抵抗剪切破坏的能力。

这是衡量土体抵御剪切破坏的能力的重要指标，而抗剪强度试验方法及指标的应用则是评估土体抵御剪切破坏能力的重要工具。

本文将详细介绍土的抗剪强度试验方法及指标的应用。

一、土的抗剪强度试验方法1、直剪试验法直剪试验法是一种较为简单易行的试验方法，广泛应用于土体的抗剪强度测定。

在直剪试验中，试样呈矩形或正方形，被放在两块平行的板块间，然后沿垂直于试样的方向施加剪切力。

试样的大小和形状决定了应力集中度，因此试样的尺寸和样品数量都是影响试验精度的重要因素。

2、剪切试验法剪切试验法是一种标准的土壤试验方法，其原理为在中心的圆柱型试样上施加正常压力，使试样两侧形成最大切线受力，从而破坏试样。

在试验时，可以通过改变饱和度、干湿程度、剪切速度等因素来控制试验条件。

3、三轴压缩试验法三轴压缩试验法是一种较为复杂的试验方法，常用于测定粘性土体的抗剪强度。

在试验中，试样被放置在固体地面上，并被均匀的压力包围，然后连续的施加压力，最后使土样达到最大应力，从而达到抗剪破坏。

二、土的抗剪强度指标的应用1、抗剪强度指标的应用抗剪强度指标是评估土体抗剪能力的重要指标。

在土体力学分析中，往往采用一些抗剪强度指标来评定土体的抗剪能力，如摩尔库仑准则、穆勒-布雷曼准则、龙格兰日流动准则等。

2、抗裂强度指标的应用抗裂强度指标常常用于估计土体在剪切作用下的破裂和开裂特性。

在土工工程中，常将抗裂强度指标用于土体的支撑能力及岩体的稳定性评估等方面。

3、剪切模量指标的应用剪切模量指标可用于评估土体的应变损失、弹性变形及非线性变形性能。

在场地工程中，如地基处理、坡面稳定、深基坑支护等，常需要对土体的非线性变形特性做出准确的分析和评估，此时剪切模量指标是一种重要的分析工具。

4、应变硬化模量指标的应用应变硬化模量指标可用于评估土体的变形及破碎特性。

在土体的高应变剪切破坏分析中，常用应变硬化模量指标来评估土体的破裂性质和剪切破坏模式。

浅谈土的抗剪强度试验岩土工程中土体的破坏主要是剪切破坏，研究土的强度主要就是研究土的抗剪强度，土的抗剪强度是指土抵抗剪切破坏的极限强度，它在很大程度上决定了土的承载力，在建筑物地基设计之前必须测定土的抗剪强度指标（粘聚力c和内摩擦角φ），并据此计算地基的承载力和评价地基的稳定性。

土的抗剪强度指标是通过土工试验测得的，目前室内试验常用的方法是直接剪切试验和三轴压缩试验，野外试验常用的方法是十字板剪切试验和大型直剪试验。

下面就这几种试验方法进行较全面的分析和梳理。

一、室内试验：1、直接剪切试验：直剪试验是最早最简单目前使用最多的测定土的抗剪强度的试验方法。

直剪试验仪有应变控制式和应力控制式两种，一般用应变控制式，因为它能较准确地测定剪应力峰值且操作简便。

直剪试验一般用于测定细粒土的c 和φ及粒径小于2mm砂土的φ，通常每组取4个试样，在4种不同垂直压力（一般在100~400kPa）下进行剪切试验，测得剪应力与位移关系曲线，取曲线上的峰值剪应力（若无峰值取剪切位移达4mm时的强度值）作为该垂直压力下的抗剪强度，通过几个试样的抗剪强度确定强度包线求出c和φ。

直剪试验具有仪器简单、试样的制备和安装方便等优点；但仪器构造决定了试样不是沿土样中最薄弱的面破坏，剪切面上的剪应力分布不均匀，排水条件不能有效控制等，这些缺点使测得的指标不够理想，所以直剪试验多用于二三类普通工程。

直剪试验根据固结、排水和剪切速率等情况的不同又可分为以下5种不同的试验方法：①、快剪试验：适用于渗透系数小于10-6cm/s的细粒土，是在试样施加垂直压力后立即快速剪切，一般用0.8mm/min的速度在3~5分钟内剪损，目的是在剪切过程中尽量避免排水，使试验前后的含水率接近。

当地基土透水性较差排水不良时可用这种方法，但是测出的结果往往离散性较大。

②、固结快剪试验：是在试样上施加垂直压力待排水固结稳定后，再快速施加水平剪切力进行剪切，剪切过程跟快剪一样避免排水。

土的抗剪强度试验计算公式土的抗剪强度试验是一种常用的土工试验方法，它用于研究土的抗剪性能，可以评估土体在受到剪切力时的变形和破坏特性。

本文将介绍土的抗剪强度试验的计算公式和相关内容。

一、试验原理及方法土的抗剪强度试验是通过施加一定的剪切力来破坏土体，从而测定土体在剪切过程中的抗力和变形情况。

试验通常使用剪切试验仪进行，包括一个剪切装置和一个测力仪。

剪切装置可分为直剪和剪切箱两种形式，直剪适用于黏性土和强度较低的土，剪切箱适用于较硬的土。

试验步骤：1. 准备试样：根据试验的要求，采集土样并制备试样，通常为直径为50mm，高度为20mm的圆柱形试样。

2. 安装试样：将试样放入剪切装置中，并保证试样的底部与剪切面平行。

3. 施加剪切力：通过旋转剪切装置施加剪切力，开始剪切试验。

同时，通过测力仪测量土体的抗力。

4. 记录数据：在试验过程中，记录剪切力和位移的变化情况，得到剪应力-剪应变曲线。

5. 分析结果：根据试验结果，计算土的抗剪强度参数。

二、计算公式土的抗剪强度可通过试验数据计算得到，常用的计算公式有摩尔-库仑准则和塑性流动准则。

1. 摩尔-库仑准则摩尔-库仑准则是最常用的土的抗剪强度计算方法，其公式为：τ = c + σtanφ其中，τ为土的抗剪强度，c为土的内聚力，σ为正应力，φ为土的内摩擦角。

2. 塑性流动准则塑性流动准则是用来描述土体塑性破坏的计算方法，其公式为：τ = kσ^n其中，τ为土的抗剪强度，k为流动参数，σ为正应力，n为流动指数。

三、试验结果分析通过土的抗剪强度试验得到的剪应力-剪应变曲线可以用来评估土的抗剪性能。

曲线的斜率表示土的刚度，刚度越大，土的抗剪强度越高。

曲线的峰值表示土的最大抗剪强度，峰值越高，土的抗剪能力越强。

根据试验结果，可以判断土的抗剪强度参数，进而评估土的工程性质。

例如，内聚力c表示土体颗粒间的相互作用力，内摩擦角φ表示土体抗剪能力。

这些参数可以用来设计土工结构，如基坑支护、边坡稳定等。