罗和平

(山西省地质工程勘察院，山西太原 030024)

土的强度理论是土力学中除渗透理论和变形理论之外的又一重要研究课题。其主要应用于地基承载力和稳定性、边坡和路基稳定性、挡土墙结构的土压力三方面的评价与研究中。研究各种材料的破坏强度有不同的强度理论，而对于土体的破坏，一般采用摩尔—库仑强度理论，土体内的某一面上的剪应力，如果达到该面上的抗剪强度时，剪切变形将不断增大，变形速率加快，直至土体出现连续的破坏面，将引起基础严重下陷和倾倒、土的塌方和滑坡等破坏现象。反之，如果该面上的剪应力小于其抗剪强度，则地基就能够支撑建筑物的荷载而不被破坏，土坡就能够维持稳定而不滑塌。所以土的抗剪强度就是土体在剪应力的作用下，当发生一部分土沿另一部分土滑动时，所具有的抵抗剪切的极限强度。因此，土的强度问题其实质就是抗剪强度问题，而土体的破坏过程就是丧失稳定性的过程。所以，在土的稳定性评价中，土的抗剪强度指标是最重要的基本力学参数，也是决定土体稳定性的重要力学指标之一。为了确保建筑物的安全、边坡路基的稳定，研究土的抗剪强度具有非常重要的意义。

目前，土的抗剪强度指标可以通过野外和室内试验测得，但多数土是通过室内剪切试验获得的。剪切试验的方法不同，得到的土的抗剪强度结果差异很大，而试验方法的选择主要取决于建筑物的类型和土的特性。所以选用合理的试验方法，才能为工程提供准确可靠的抗剪强度指标。

土的抗剪强度性能主要由土的物质成分和结构、构造特征决定，不同地区、不同成因、不同类型土的抗剪强度往往有很大差别，即使同一种土，在不同的干密度、仪器形式、试验方法的条件下，其抗剪强度也不相同。

本文通过对不同干密度试样进行剪切试验，采用不同的试验方法，通过试样干密度的纵向对比，试验方法的横向对比，分析探讨土的抗剪强度指标。

1 试验部分

1.1 试验仪器

ZJ型应变控制式直剪仪，TSZ30-2.0型应变控制式三轴仪，均为南京土壤仪器厂生产。

1.2 试验方法及类型

试验方法依据规范［1］采用直剪剪切试验与三轴剪切试验。直剪剪切试验包括直剪快剪与直剪慢剪，三轴剪切试验包括三轴不固结不排水剪(UU)和三轴固结不排水剪(测孔压)(CU)，且三轴(UU)包括饱和与非饱和两种状态，三轴(CU)为饱和状态。

1.3 样品来源及其物理指标

样品选用引黄北干工程某地黄土，采用两种试样:一种为低液限粉土，其液限为26.4%，塑限为17.2%，塑性指数为9.2，颗粒分析表明粒径小于0.005 mm的含量为13.1%;另一种为低液限粘土，其液限为31.5%，塑限为18.1%，塑性指数为13.4，颗粒分析表明粒径小于0.005 mm的含量为20.8%。

2 试验结果与分析

对低液限粉土进行了5个不同干密度的剪切试验，对低液限粘土进行了4个不同干密度剪切试验。试验结果以平均值统计，主要试验结果分别列于表1和表2。

表1 低液限粉土的试验结果统计表

表2 低液限粘土的试验结果统计表

从表1，表2的试验结果统计数据看，无论是低液限粉土，还是低液限粘土，在直剪快剪试验中，粘聚力c与内摩擦角φ均与土的干密度成正比关系，即干密度越大，相应的抗剪强度越大。在三轴剪切试验中，两种土的非饱和状态下三轴不固结不排水剪(UU)，所测得的抗剪强度也呈现这种规律。这与其他著作［2］中土的抗剪强度结论一致。对于直剪慢剪试验，粘聚力与土的干密度的相关性不大，但内摩擦角与土的干密度成正比关系，干密度越大，其内摩擦角也越大，其原因可能是在直剪慢剪试验中，试样在固结过程中内部结构产生变化的结果。饱和状态的三轴不固结不排水剪(UU)的试验结果表明，土的粘聚力与土的干密度也成正比关系，随土的干密度增大而增大，但其内摩擦角不存在这一关系，而是基本在某一值附近保持不变。究其原因是饱和粘性土在试验时，在试样加压过程中不排水，土样中的孔隙水没有排出，其孔隙水压力得不到消散，土的有效应力就不能增加，则土的抗剪强度就得不到提高。三轴固结不排水剪(测孔压)(CU)试验表明，土的干密度大小对其粘聚力的影响不相关，可能是由于试样在抽气饱和过程中，水进入试样中与土颗粒产生相互作用，在固结排水过程中，土颗粒又发生了重新排列所造成的，而内摩擦角不论是总内摩擦角，还是有效内摩擦角均随土的干密度增大而增大。对于相同的试样状态，实验过程中都不固结不排水，即直剪快剪和三轴(UU)非饱和状态试验对比，三轴所测得土的粘聚力与内摩擦角均比直剪快剪要小，也即三轴所测得的土的抗剪强度小。对同一干密度的两种土对比，低液限粘土的粘聚力比低液限粉土的粘聚力要大，即土的粘粒含量越大，土的粘聚力相应的越大。不同状态土的同一种试验结果相差较大，如三轴(UU)的两种试验结果就差别很大。直剪慢剪测得的土的抗剪强度与三轴固结不排水剪(测孔压)测得的土的有效抗剪强度均较大。

3 结语

1)土的干密度对抗剪强度影响比较复杂，一般成正比关系; 2)不同的试验方法所测得的土的抗剪强度不同;3)土的不同状态所测得的土的抗剪强度不同。因此，工程技术人员与试验工作人员，应根据建筑场地工程地质勘察的实际地质情况、建筑物的具体情况等因素，确定选用哪种状态下的剪切试验方法，确保所测得的土的抗剪强度与工程实际相符。

［1］ GB/T 50123—1999，土工试验方法标准［S］.

［2］ 胡中雄.土力学与环境土工学［M］.上海:同济大学出版社，1997:30.