该项目研究的主要试验对象是塔克拉玛干沙漠腹地风积沙样品及古尔班通古特沙漠腹地风积沙样品。之所以如此，前已述及，是因为这两个风积沙样品具有典型性及代表性。该项目研究在对其进行剪切特性研究时进行的试验主要为不同的风积沙在不同的密度、不同的含水量条件下的直接剪切试验，其中包括在不饱水及饱水条件下进行的试验。
3.2.1.1 不同密实度条件下的剪切强度特性
该项目研究对塔克拉玛干沙漠腹地风积沙及古尔班通古特沙漠腹地风积沙样品进行了不同密实度、不同含水量条件下的直接剪切试验，结果见表3-142。
表3-142 风积沙样品剪切试验成果表
（续表）
注：①含水量（%）：左栏为塔克拉玛干沙漠腹地风积沙的，右栏为古尔班通古特沙漠腹地风积沙的。
②压实度（%）。
③干密度（g／cm3）。
④内摩擦系数tanφ，φ为内摩擦角。
⑤内摩擦角φ（°）。
⑥内聚力c（kPa）。
表3-142中数据来源是这样的：对某一风积沙样进行某一密度、某一含水量条件下的直接剪切试验时，分别得到压力在50kPa、100kPa、200kPa、300kPa、400kPa下的剪切强度值；再用计算机对这5组数据进行线性回归分析，从而求出风积沙的内摩擦角φ（内摩擦系数tanφ）与凝聚力c。这样的数据处理方式可最大限度地排除人为因素在数据处理过程中产生的影响，却也出现了新的问题。从表3-142可以看出来，在同一含水量条件下，随着风积沙密度的增大，内摩擦角与内聚力虽都有增大的趋势，却又有很强的波动性。究其原因，首先是不同密度的风积沙，其内摩擦角与内聚力变化比较小，而试验数据本身又有一定的波动性，两者相抵，造成计算出的内摩擦角与内聚力都有较大的波动性；其次，也是更重要的，就是由式（3-7）可知，内摩擦角与内聚力都与剪切强度正相关，这样一来，如果剪切强度的增加为一确定值时，也不意味着内摩擦角与内聚力的变化也符合某一种规律，后两者即可以是同时小幅度增加的，也可以是一个增幅较大，另一个不增加，甚至还可以是一个增幅较大，另一个反而下降。正因为如此，内摩擦角与内聚力这两个指标，一个出现波动，必然会影响到另一个，结果使两个指标都出现较大的波动。采取数理统计方法对试验数据进行分析时，这样的波动是难以避免的。
有鉴于此，考虑到风积沙的内聚力即使是湿沙也应很小并接近于零，对表3-142的试验数据进行处理。处理的方法是认为风积沙的内聚力无论在何种状态下均为零，由此再用计算机用数理统计的方法计算出风积沙的内摩擦角，结果见表3-143和图3-70、图3-71。
表3-143 风积沙样品剪切试验成果整理表
（续表）
由表3-142、表3-143、图3-70、图3-71可看出：
图3-70 风积沙剪切试验
图3-71 试验样品摩擦系数与压实度关系曲线
（1）风积沙的内聚力小，一般多在15kPa以下，却波动性较大。本身数值小，再加上波动性大，故而用数理统计的方法对试验数据进行分析时很难看出其变化的规律性。
（2）处在干燥状态的风积沙在密度或压实度较小时，其摩擦系数却明显要比处同一密度或压实度的湿润的风积沙要高。究其原因，主要是因为在密度或压实度较小时形成风积沙强度的主要因素是摩擦力；由于水具有润滑作用，故干燥的风积沙颗粒间的摩擦力要比湿润的大，故有此结果。但当密度或压实度较大，摩擦系数在干燥状态的风积沙与湿润状态的风积沙之间相差不大。究其原因，主要是因为在密度或压实度较大时形成风积沙强度的主要因素除了摩擦力外，更为重要的是风积沙颗粒相嵌作用；由于颗粒间的相嵌作用肯定会随风积沙的密度或压实度增大而增大，在其主要作用后，干燥的风积沙与湿润的风积沙的摩擦系数相差也就不会大了。
（3）前已述及，试验样品塔克拉玛干沙漠腹地风积沙与古尔班通古特沙漠腹地风积沙可以为中国风积沙的典型代表，通过对这两种样品进行试验所确定的参数值变化范围，可代表为中国风积沙的参数取值范围。从试验结果来看，风积沙的摩擦系数一般多在29°～41°。
（4）风积沙的摩擦系数与其密度有着明显的正相关关系，如图3-72所示。图3-73反映的是同一种风积沙在各种密度（无论干燥与湿润）条件下与其摩擦系数的对应关系。从图3-73中可以看出，虽然不同的风积沙之间试验数据难以相互对比，但对同一风积沙来说，其摩擦系数与其密度有着明显的正相关关系。这种关系可用线性回归来表示，如塔克拉玛干沙漠腹地风积沙与古尔班通古特沙漠腹地风积沙可分别用式（3-8）和式（3-9）表示：
式中 y——风积沙的摩擦系数；
x——风积沙的密度（g／cm3）；
R——相关系数。
图3-72 试验样品摩擦系数与密度关系曲线
图3-73 试验样品摩擦系数与密度关系回归曲线
图3-74 试验样品摩擦系数与压实度关系回归曲线
式（3-8）与式（3-9）的相关系数很高，说明摩擦系数与密度之间的正相关关系明显存在。之所以如此，原因在于随着风积沙密度增大，除了摩擦力外，更为重要的是风积沙颗粒相嵌作用在逐步增大，从而使风积沙的摩擦系数也随之增大，无论是干燥状态还是湿润状态。
（5）风积沙的摩擦系数与其压实度同样有着明显的正相关关系，如图3-74所示。图3-74反映的是不同的风积沙在各种压实度（无论干燥与湿润）条件下与其摩擦系数的对应关系。从图3-74中可以看出，运用压实度指标后，不同的风积沙之间的试验数据可以进行对比，如塔克拉玛干沙漠腹地风积沙与古尔班通古特沙漠腹地风积沙以及两者联合的可分别表示为
式中 y——风积沙的摩擦系数；
x——风积沙的密度（g／cm3）；
R——相关系数。
式（3-10）与式（3-11）的相关系数很高，说明摩擦系数与密度之间的正相关关系明显存在。之所以如此，原因在于随着风积沙密度增大，除了摩擦力外，更为重要的是风积沙颗粒相嵌作用在逐步增大，从而使风积沙的摩擦系数也随之增大，无论是干燥状态还是湿润状态。(www.xing528.com)
3.2.1.2 不同含水量条件下的剪切强度特性
试验结果仍为表3-142、表3-143。由表3-142所得同一风积沙在同一密度条件下，由于含水量的不同，所造成的摩擦系数的变化如图3-75所示。
从图3-75可看出，对同一风积沙来说，在同一密度下，在含水量不同时，其摩擦系数的变化是比较复杂且没有什么规律的。从图3-75的曲线（1）可看出，随着含水量增加，摩擦系数先是增大，后又减少；而从曲线（2）可看出，随着含水量增加，摩擦系数先是减少，后才增加。出现这样的现象并不奇怪。首先，从图3-72中可看出，图3-75中不同含水量条件下的摩擦系数实际上相差并不大，由于在图表中差异被放大，所以看起来很大；在对比不同的密度对摩擦系数极其明显的影响之后，实际上这种由不同含水量所造成的摩擦系数的差异，从某种程度上说是可以忽略不计的。其次，由于含水量对摩擦系数的影响并不大，因而导致试验数据差异不大，而与之相比，由于试验本身有一定的误差，这种误差与原本试验数据差异不大相比，就显得有明显的影响了。
综上所述，可知含水量对风积沙的剪切特性影响并不大，一般远小于密度及压实度的影响。这也是风积沙具有较好水稳定性的重要原因之一。
图3-75 试验样品摩擦系数与含水量关系回归曲线
3.2.1.3 饱水条件下的剪切强度特性
该项目研究还对在不同密实度及不同含水量条件下成型的塔克拉玛干沙漠腹地风积沙及古尔班通古特沙漠腹地风积沙样品试件，在饱水条件下进行直接剪切试验，结果见表3-144。
表3-144 风积沙样品剪切试验（饱水）成果表
表3-144同表3-142一样，试验数据表现出在同一含水量条件下，随着风积沙密度的增大，内摩擦角与内聚力虽都有增大的趋势，却又有很强的波动性。究其原因，首先是不同密度的风积沙，其内摩擦角与内聚力变化比较小，而试验数据本身又有一定的波动性，两者相抵，造成计算出的内摩擦角与内聚力都有较大的波动性；其次，也是更为重要的，就是由式（3-7）可知，内摩擦角与内聚力都与剪切强度正相关，这样一来，如果剪切强度的增加为一确定值时，也不意味着内摩擦角与内聚力的变化也符合某一种规律，后两者即可以是同时小幅度增加的，也可以是一个增幅较大，另一个不增加，甚至还可以是一个增幅较大，另一个反而下降。正因为如此，内摩擦角与内聚力这两个指标，一个出现波动，必然会影响到另一个，结果使两个指标都出现较大的波动。采取数理统计方法对试验数据进行分析时，这样的波动是难以避免的。
有鉴于此，考虑到风积沙的内聚力即使是湿沙也应很小并接近于零，对表3-144的试验数据进行处理。处理的方法是认为风积沙的内聚力无论在何种状态下均为零，由此再用计算机用数理统计的方法计算出风积沙的内摩擦角，结果见表3-145和图3-76、图3-77。
表3-145 风积沙样品剪切试验（饱水）成果整理表
由表3-144、表3-145、图3-76、图3-77可看出：
（1）风积沙的内聚力小，一般多在15kPa以下，却波动性较大。本身数值小，再加上波动性大，故而用数理统计的方法对试验数据进行分析时会出现许多负值，因此很难看出其变化的规律性。
（2）风积沙饱水后的摩擦系数会有所减少，但减少得不多，大多数在2°～6°（摩擦系数损失值多在20%以内，是比较小的，说明风积沙是一种具有较好水稳定性能的材料），并且还表现为当压实度越大时，摩擦系数减少的幅度也越大。究其原因，主要是因为饱水后水的润滑作用使风积沙颗粒间的摩擦力降低；降低的幅度要大于风积沙湿润时结合水及毛细水等所起到的润滑作用，故有此结果。前已述及，当密度或压实度较大时，处在干燥状态的风积沙与湿润状态的风积沙，主要原因是风积沙颗粒相嵌作用导致摩擦系数增大。正因为如此，饱水后水对风积沙颗粒间相嵌作用的影响也是随风积沙的密度或压实度增大而增大的，并由此导致风积沙密度或压实度较大时，摩擦系数减少的幅度也较大。
（3）前已述及，试验样品塔克拉玛干沙漠腹地风积沙与古尔班通古特沙漠腹地风积沙可以为中国风积沙的典型代表，通过对这两种样品进行试验所确定的参数值变化范围，可代表为中国风积沙的参数取值范围。从试验结果来看，风积沙在饱水后的摩擦系数一般多在28°～35°。
图3-76 试验样品饱水后摩擦系数与压实度关系曲线
图3-77 试验样品饱水后摩擦系数与密度关系曲线
（4）风积沙饱水后的摩擦系数与其密度有着明显的正相关关系，如图3-78所示。图3-78反映的是同一种风积沙在各种密度（无论干燥与湿润）条件下与其摩擦系数的对应关系。从图3-78中可以看出，虽然不同的风积沙之间试验数据难以相互对比，但对同一风积沙来说，其摩擦系数与其密度有着明显的正相关关系。这种关系可用线性回归来表示，如塔克拉玛干沙漠腹地风积沙与古尔班通古特沙漠腹地风积沙可分别表示为
式中 y——风积沙的摩擦系数；
x——风积沙的密度（g／cm3）；
R——相关系数。
图3-78 试验样品饱水后摩擦系数与密度关系回归曲线
式（3-13）与式（3-14）的相关系数不很高的主要原因是试验数据的波动性比较大。试验数据之所以波动较大，是与饱水后的风积沙容易产生液化现象有关，这种作用会对试验结果产生干扰，就如同在做界限含水量时所遇到的问题一样。但从散点图上还是可以看出摩擦系数与密度之间的正相关关系明显存在。之所以如此，原因在于随着风积沙密度增大，除了摩擦力外，更为重要的是风积沙颗粒相嵌作用在逐步增大，从而使风积沙的摩擦系数也随之增大，即使是风积沙处于饱和状态时。
（5）风积沙饱水后的摩擦系数与其压实度同样有着明显的正相关关系，如图3-79所示。图3-79反映的是不同的风积沙在各种压实度（无论干燥与湿润）条件下与其摩擦系数的对应关系。从图3-79中可以看出，运用压实度指标后，不同的风积沙之间的试验数据可以进行对比，如塔克拉玛干沙漠腹地风积沙与古尔班通古特沙漠腹地风积沙以及两者联合的可分别表示为
图3-79 试验样品饱水后摩擦系数与压实度关系回归曲线
式中 y——风积沙的摩擦系数；
x——风积沙的密度（g／cm3）；
R——相关系数。
式（3-15）与式（3-16）的相关系数不很高的主要原因是试验数据的波动性比较大。试验数据之所以波动较大，是与饱水后的风积沙容易产生液化现象有关，这种作用会对试验结果产生干扰，就如同在做界限含水量时所遇到的问题一样。但从散点图上还是可以看出摩擦系数与密度之间的正相关关系明显存在。之所以如此，原因在于随着风积沙密度增大，除了摩擦力外，更为重要的是风积沙颗粒相嵌作用在逐步增大，从而使风积沙的摩擦系数也随之增大，即使是风积沙处于饱和状态时。
（6）从表3-144、表3-145可看出，对同一风积沙来说，在同一密度下饱水后，在含水量不同时，其摩擦系数的变化是比较复杂且没有什么规律的。之所以如此，首先从表3-145中可看出，不同含水量条件下的摩擦系数实际上相差并不大；在对比不同的密度对摩擦系数极其明显的影响之后，实际上这种由不同含水量所造成的摩擦系数的差异，从某种程度上说是可以忽略不计的。其次，由于含水量对摩擦系数的影响并不大，因而导致试验数据差异不大，而与之相比，由于试验本身有一定的误差，这种误差与原本试验数据差异不大相比，就显得有明显的影响了。
综上所述，可知含水量对风积沙的剪切特性影响并不大，一般远小于密度及压实度的影响。这也是风积沙具有较好水稳定性的重要原因之一。
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