李全军+葛鹏+臧一平

摘要：岩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，有其独特的规律可循，土体结构、含水量、土粒的矿物成分、形状、颗粒大小与颗粒级配等都对岩土体抗剪强度产生影响；岩土体抗剪强度与粘聚力C和内摩擦角φ成线性关系；土的抗剪强度室内试验中，仪器的种类和试验方法以及模拟土剪切破坏时的应力和工作条件好坏，对确定强度值有很大的影响。由此确定的抗剪强度参数也有其差异性、规律性。

关键词：抗剪强度；粘聚力；内摩擦角；直剪试验；三轴剪切试验

岩土的强度不是矿物颗粒本身的强度而是颗粒间的相互作用——主要是抗剪强度（剪切破坏），由颗粒间的内摩察力以及由胶结物和水膜的分子引力所产生粘聚力共同组成。法国科学家库仑（Coulomb，1773）根据试验发现，在法向应力不大时，抗剪强度与法向应力的关系近似为一条直线，这就是抗剪强度的库仑定律。砂土抗剪强度表达式，τf=σtanφ；粘性土的抗剪强度表达式：τf=c+σtanφ[1]。

一、抗剪强度的影响因素

对于无粘性土，其抗剪强度仅仅是粒间的摩擦力，而对于粘性土其抗剪强度由粘聚力和摩擦力两部分组成。抗剪强度摩擦力σtanφ主要来自两个方面：一是滑动摩擦，即剪切面土粒间表面的粗糙所产生的摩擦作用；二是咬合摩擦，即由粒間互相嵌入所产生的咬合力。因此，抗剪强度的摩擦力除了与剪切面上的法向应力有关以外，还与土的原始密度、土粒的形状、表面的粗糙程度以及级配等因素有关。抗剪强度的粘聚力C一般由土粒之间的胶结作用和电分子引力等因素所形成，因此粘聚力通常与土中粘粒含量、矿物成分、含水量、土的结构等因素密切相关。

土的颗粒越粗，形状越不规则、表面越粗糙，φ值越大，内磨擦力越大，抗剪强度也越高。粘土矿物成分不同，其粘聚力也不同。土中含有多种胶合物，可使C增大。

土的初始密度越大，土粒间接触较紧，土粒表面摩擦力和咬合力也越大，剪切试验时需要克服这些土的剪力越大，内磨擦角越大；粘性土的紧密程度越大，粘聚力c值也越大。

含水量的多少，对土抗剪强度的影响也十分的明显。土中含水量大时，会降低土粒表面上的磨擦力，使土的内磨擦角值减小；粘性土含水量增高时，会使结合水膜加厚，因而也就降低了粘聚力。

土体结构的影响：扰动情况下粘性土的天然结构被破坏，其抗剪强度就会明显下降，因此原状土的抗剪强度高于同密度和含水量的重塑土。

二、土的抗剪强度试验方法、指标参数的获取

为了近似模拟土体在现场可能受到的受剪条件，根据试验设备条件、技术能力，目前室内测定抗剪强度的试验方法有直接剪切试验、三轴压缩试验和无侧限抗压强度试验[2]。

直接剪切试验是通过采用不同的加荷速度来达到排水控制的要求。因此直接剪切试验中对应不同的加荷速度分为三种不同试验方法——快剪、固结快剪和慢剪。

依据排水情况的不同，三轴压缩试验也分为三种类型：即不固结不排水剪（UU），固结不排水剪（CU）和固结排水剪（CD）；直接剪切试验具有仪器构造简单，操作方便的优点以及我国长期习惯采用的优势，但它同时具有不能控制排水条件、测不出剪切过程中孔隙水压力的变化、剪切面人为固定以及剪切面上的应力分布不均等缺点，而三轴压缩试验都克服了以上缺点。

三、指标（参数）间关系规律性研究

土的抗剪强度主要依靠室内试验和原位测试确定，试验中，仪器的种类和试验方法以及模拟土剪切破坏时的应力和工作条件好坏，对确定强度值有很大的影响。多年的岩土工程经验以及大量数据的统计分析表明：

（一）直剪试验中：固结快剪得到的指标大于直接快剪。淤泥质黏土、淤泥质粉质粘土的φ值变化较大，c值略有增大；粉土的φ值和c值变化都不大，粉质黏土当IL>0.25时，φ值变化较大，c值略有增大，当IL<0.25时，φ值和c值变化都不大[3]。

（二）三轴试验中：由于固结不排水剪（CU）在排水固结过程中排水是三轴方向的，有利于土样充分排水固结。淤泥质黏土经充分排水固结后，土样的密度增大，粉土状态变为密实；因此固结不排水剪（CU）得到的抗剪强度指标均大于不固结不排水剪（UU）。淤泥质粘土固结不排水剪（CU）φ值、c值变化都较大；粉土固结不排水剪（CU）的φ值都大于不固结不排水剪（UU）的φ值，而且c值变化更大。

（三）直剪固结快剪试验比三轴固结不排水剪试验所得的指标均较小。直剪固结快剪的固结排水是垂直方向的，而三轴固结不排水剪（CU）的固结排水是三轴方向的，排水更充分；而且剪切方法不同，固结快剪是在水平方向施加剪应力使试样破坏，土样的剪损面开始是固定的；三轴固结不排水剪（CU）是在周围有压力的情况下垂直方向施加主应力使土样破坏，土样的剪损面不是固定的，故其φ值和c值均有较大变化，粉质粘土和粘土差异性较小，粉土差异最大。

（四）直剪快剪比三轴不固结不排水剪试验所得强度指标都偏大。直接快剪的剪切面是固定的，而剪切面积随剪切位移的增加而减小，剪应力和剪应变分布都不均匀，且不能严格控制排水，部分水分从剪切盒缝隙排出，使得含水率较大的试样内摩擦角φ值偏大。而三轴（UU）试验的剪切面是不固定的，剪切面是沿着土样抗剪能力最弱的面破坏，剪应力和剪应变分布均匀，而且能严格控制排水，试验结果更接近于土样的实际理论值。

结语：总之，三轴固结不排水剪强度指标均大于直剪固快强度指标；直剪固快强度指标均大于直剪快剪强度指标；直剪快剪强度指标大于三轴不固结不排水强度指标。各指标的变化幅度及差异性因土质、取样的等级、试验工作精细密度不同而有较大的变化。

参考文献

[1]张克恭，刘松玉.土力学[M].1版.北京：中国建筑工业出版社，2001.

[2]GB/T50123-1999，土工试验方法标准[S].

[3]吴秀勤.不同剪切试验数据差异性比较[J].浙江建筑，2007，24（5）；28-31.