3.2.3.1 基本原理
1）强度原理
在路基稳定性计算、挡土墙土压力计算、地基承载力计算中常常用到抗剪强度的指标。目前广泛应用的剪切破坏理论为库仑理论。对于沙性土，用式（3-18）表示：
式中 τf——土体的抗剪强度（MPa）；
σ——法向应力（MPa）；
φ——土的内摩擦角（°）；
c——土的黏聚力（MPa）。
它表明在一般荷载范围内土的抗剪强度与法向应力呈直线关系，其中c、φ被称为强度指标。
2）砂土的应力应变特征
砂土的应变有硬化和软化两种。随着应变增大，土能承受的应力也增加，在一般试验应变范围内不出现峰值应力，这一特性称为应变硬化；如果出现峰值应力，但峰值以后随着应变的增大，土所承受的应力则减小，称为应变软化。
文献中认为，在高压状态下，松沙和密沙都呈硬化型。而在低压状态下，松砂呈硬化型，密砂呈软化型。如图3-86所示。初始密度不同的砂土在受剪后应力-应变和体积的变化。密砂在剪切时，体积明显膨胀，相应的应力-应变曲线呈软化性，这一受剪特性称剪胀性；而松砂在剪切时出现体积逐渐缩小、土体逐渐密实，剪应力没有峰值，相应的应力-应变呈硬化性，称剪缩性。此次试验是风积沙在密实状态下剪切的，故属于应力-应变软化性。
图3-86 沙土的τ-γ关系曲线和沙土的强度曲线
3.2.3.2 试验方法和仪器
测定抗剪强度的方法有直剪试验和三轴试验。直剪试验有快剪、固结快剪、慢剪。由于风积沙不好成型且渗透性好，该次试验采用直接快剪的方法。
试验用应变式剪力仪进行快剪，并在同一台仪器上进行，以消除仪器的系统误差。试验前，对测力环进行了标定。
用南疆和北疆两个地方的风积沙分别制备三种不同含水量下（0%、w0／2、w0）的试件，其干密度控制到相同，即南疆风积沙三种含水量的试件其干密度都控制到1.60g／cm3，北疆风积沙三种含水量的试件其干密度都控制到1.63g／cm3。根据干密度和剪力盒的体积算出需要的干风积沙的质量，再求得不同含水量试件所需的水的质量并配水拌和，闷2h使水分均匀，然后用人工击实的方法将其全部击入盒内，并保持均匀，最后沙样表面平整。每一种含水量下制备4个试样，供不同荷载下剪切用。
3.2.3.3 试验结果分析
试验按照规范的要求进行，其试验结果见表3-146和表3-147。并画了抗剪强度与垂直压力、剪切位移、含水量，假黏聚力与含水量，内摩擦角与含水量的关系曲线，如图3-87～图3-97所示。
从强度曲线图可以看出，风积沙强度曲线符合库仑定律，用直线回归，其相关系数接近1。在干密度达到最大干密度（接近饱和时的干密度）时进行的风积沙直剪试验，其应力应变曲线呈应变软化型。风积沙在含水的情况下表现出一定的假黏聚力，此黏聚力随着含水量的增加而增大，到接近饱和时趋于平缓，而内摩擦角则随着含水量的增加而减小。这是因为水在风积沙中产生了毛细水的连接。从毛细水上升高度试验可知，同一种风积沙，其密实度越大，则毛细水上升高度也越大，反映在这里，密实状态下的风积沙，其毛细水连接也越强，从而表现出沙具有黏结性，即表现为有黏聚力。当水分饱和后，沙中自由水含量增加，其毛细水连接消失，则这种假的黏聚力减小直到消失。同时水在风积沙中也有润滑的作用，导致颗粒之间的咬合力减小，从而使风积沙的内摩擦角逐渐减小。剪切强度随着含水量的增加而增加，到剪切强度达到最大值时，含水量继续增加，则剪切强度减小。该次试验因为只做了3种含水量，所以没有进行曲线的拟合，只是看到了一个大致的规律。
表3-146 南疆风积沙直剪试验含水量、剪切强度及其c、φ值关系表
表3-147 北疆风积沙直剪试验含水量、剪切强度及其c、φ值关系表(www.xing528.com)
图3-87 南疆风积沙抗剪强度与垂直压力的关系曲线图（3种含水量）
图3-88 南疆沙样剪应力与剪切位移关系曲线图（含水量0%）
图3-89 南疆沙样剪应力与剪切位移关系曲线图（含水量9.1%）
图3-90 南疆沙样剪应力与剪切位移关系曲线图（含水量18.2%）
图3-91 北疆风积沙抗剪强度与垂直压力的关系曲线图（3种含水量）
图3-92 北疆沙样剪应力与剪切位移关系曲线图（含水量0%）
图3-93 北疆沙样剪应力与剪切位移关系曲线图（含水量8.6%）
图3-94 北疆沙样剪应力与剪切变形关系曲线图（含水量17.1%）
图3-95 新疆风积沙含水量与黏聚力关系曲线图
图3-96 新疆风积沙含水量与内摩擦角关系曲线图
图3-97 新疆风积沙含水量与抗剪强度关系曲线图
南疆风积沙在干燥情况下，内摩擦角达到43.7°，北疆风积沙为43.1°，说明密实沙在干燥情况下其摩擦阻力和咬合力较大。在水的作用下内摩擦角减小但假黏聚力增加。总体上抗剪强度呈很平缓的二次曲线。说明沙中的孔隙水压力消散得快，这是由于沙透水性好决定的。
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