4.4.1土力学与地基基础中的直接剪切试验

直接剪切试验可以直接测定出土样预定剪切面上的抗剪强度。试验仪器称为直接剪切仪。直接剪切仪分为应变控制式和应力控制式两种，前者是等速推动试样产生位移，测定相应的剪应力，后者是对试件分级施加水平剪应力测定相应的位移，我国普遍采用的是应变控制式直剪仪，见图4.5。

图4.5　应变控制式直剪仪

它由两个可以相互错动的上、下金属盒组成。通常由环刀取样，试样高度一般为2 cm，面积30 cm2，试验时将试样置于盒内两块透水石之间。施力时先拔出插销，首先通过加压板对试样施加竖向应力，P为施加给试样的竖向荷载，A为试样的横截面积，然后以规定速率对下盒逐渐施加剪应力，V为施加给试样的水平荷载，剪应力τ值可通过量力环测得。当剪应力增大到使土样发生剪切破坏时，该剪应力τ就是土样的抗剪强度τf。测定3～4个土样，使其在不同的σ值作用下剪坏，作出σ-τf关系曲线，当σ变化不大时，σ-τf关系近似于直线，此即抗剪强度曲线，如图4.6，从图中可得c、φ值。

图4.6　σ-τf关系曲线(www.xing528.com)

按剪切前土体固结程度，剪切时的排水条件以及剪切加荷快慢的情况，直剪试验可分为快剪、固结快剪和慢剪三种。在直接仪上实现慢剪是容易的。使试样在竖向压力下排水，待固结稳定后以缓慢速率施加水平剪应力使试样剪破。但在直剪仪上进行不排水剪切试验时，由于上、下盒之间和加荷活塞与上、下盒之间都存在缝隙，实际上是会排出一些水的。试验时应把含水量一定的试样很快装入剪切盒中，试样上下应隔以不透水薄片（如塑料膜），施加预计的竖向压力后便立即施加水平推力，并以较快速度将试样剪破。因此，直剪仪上的不排水剪切试验称为快剪试验。为使试样接近不排水条件，保持土的天然结构，一般规定试样在3～5 min内剪破。对某些渗水性较强而含水量高的低压缩性土，甚至要在30～50 s内剪破。固结快剪允许试样在竖向压力下充分排水，待固结稳定后，再快速施加水平剪应力使试样剪坏。

直剪试验因其设备简单，试样制备及试验操作方便，易于掌握等优点而为工程界广泛采用，但也存在如下一些缺点：

（1）由于剪切面是被人为限定在上、下两个剪切盒之间，因而试验时土样的剪切破坏面并非是最薄弱的面。

（2）剪切时上、下盒错开，受剪切面积逐渐减小，而在计算抗剪强度时仍按原土样横截面积计算。

（3）剪破面上剪应力分布不均匀，土样剪切破坏时先从边缘开始，在边缘发生应力集中现象。

（4）试验时不能严格控制排水条件和量测孔隙水压力值。