羅研

摘要：本文分析介紹了土工試驗(yàn)中常采用的直接剪切試驗(yàn)與三軸壓縮試驗(yàn)方法，通過對(duì)比兩種試驗(yàn)所測(cè)得的數(shù)據(jù)，我們認(rèn)為三軸壓縮試驗(yàn)結(jié)果更加合理準(zhǔn)確，但是在實(shí)際工程中還要根據(jù)實(shí)際情況選擇最合適的試驗(yàn)方法。

關(guān)鍵詞：抗剪強(qiáng)度;三軸壓縮試驗(yàn);直接剪切;土工試驗(yàn);分析

為了了解土體抗破壞的能力，我們通常會(huì)進(jìn)行土的抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)。良好的土的抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)?zāi)軌驇椭覀儗?duì)地基的穩(wěn)定性進(jìn)行更準(zhǔn)確的判斷，對(duì)擋土墻土的壓力以及承載力進(jìn)行更準(zhǔn)確的計(jì)算。常用的土的抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)有許多方法，例如直接剪切試驗(yàn)、三軸壓縮試驗(yàn)，等等，這些試驗(yàn)都主要在試驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行。除此之外，還有十字板剪切試驗(yàn)、大型直接剪切試驗(yàn)等方法，這些試驗(yàn)都主要在現(xiàn)場(chǎng)原位進(jìn)行。

1.土工試驗(yàn)抗剪強(qiáng)度的分析

1.1直接剪切試驗(yàn)

該試驗(yàn)對(duì)于土樣中將會(huì)發(fā)生的破壞面的位置與方向進(jìn)行事先的規(guī)定，進(jìn)而可以在計(jì)算剪切位移和剪應(yīng)力能夠控制作用于破壞面上的法向壓力。剪切時(shí)所承受的水平剪切應(yīng)力就是我們所要求的的土的抗剪強(qiáng)度值。受力條件的不同直接剪切還可以細(xì)分為以下幾種類型：

第一種慢剪試驗(yàn)，給予土體充足的時(shí)間，使其在承受法向壓力后，能夠?qū)⑼馏w孔隙中的水排干，等到完全固結(jié)后在施加水平剪力，再同樣給予土樣充足的時(shí)間排水。

第二種固結(jié)快剪試驗(yàn)，即加法向壓力之后，等待土樣完全固結(jié)，然后迅速施加水平剪力，不排出土樣中的水。

第三種快剪試驗(yàn)，即以非?？斓乃俣仁┘铀郊袅头ㄏ驂毫?，讓土樣孔隙中的水承擔(dān)大部分的垂直壓力，不進(jìn)行排水。

我們針對(duì)這三種試驗(yàn)方法進(jìn)行分別測(cè)驗(yàn)得出，試驗(yàn)結(jié)果中三種方法的ψ值存在著比較明顯的差異，慢剪試驗(yàn)ψ值最大，快剪試驗(yàn)最小。對(duì)于粘性土，我們一般采用快剪法，固結(jié)快剪適用于砂性土，而慢剪法沒有對(duì)滲透系數(shù)的要求。

1.2三軸壓縮試驗(yàn)

該試驗(yàn)方法對(duì)于土的抗剪強(qiáng)度參數(shù)的確定主要是采取在不同的恒定周圍壓力下向三到四個(gè)試樣施加軸向壓力的方法。三軸壓縮試驗(yàn)不規(guī)定剪切面的位置與方向，只規(guī)定作用于土樣上的最大與最小主應(yīng)力。用三軸壓縮試驗(yàn)測(cè)得的參數(shù)精度是最高的，因?yàn)樵撛囼?yàn)對(duì)于破壞圓及包絡(luò)線的繪制是利用破壞面和最大主應(yīng)力面之間的夾角。

同樣，三軸壓縮試驗(yàn)也包括三種試驗(yàn)方法，這三種方法在排水條件上所有區(qū)分。

第一種，固結(jié)排水剪試驗(yàn)，即在某一周圍壓力下排水固結(jié)，給予充分的排水時(shí)間，等土樣孔隙中的水排放的差不多時(shí)施加軸向壓力直到剪壞結(jié)束。固結(jié)排水剪試驗(yàn)過程中允許土樣充分排水，能夠有效測(cè)定抗剪強(qiáng)度指標(biāo)和變形參數(shù)。

第二種，固結(jié)不排水剪試驗(yàn)，該方法與固結(jié)排水剪試驗(yàn)類似，但是不允許試樣充分排水，即先讓土樣在某一周圍壓力下固結(jié)排水，之后便不再給排水的機(jī)會(huì)，通過試驗(yàn)可以測(cè)得孔隙水壓力系數(shù)與總抗剪強(qiáng)度參數(shù)。

第三種，不固結(jié)不排水剪試驗(yàn)，該試驗(yàn)整個(gè)過程都不允許試樣排水，可測(cè)得數(shù)據(jù)與固結(jié)不排水剪試驗(yàn)相同。

1.3兩種試驗(yàn)方法比較

與直接剪切試樣相比，三軸壓縮試驗(yàn)有更加顯著的優(yōu)勢(shì)，首先三軸壓縮試驗(yàn)所測(cè)得的參數(shù)精度比較高，能夠?qū)ν翗拥目紫端畨毫εc體積的變化進(jìn)行更加準(zhǔn)確的測(cè)定，而且三軸壓縮試驗(yàn)剪切面不固定，能夠讓土樣沿著最弱面進(jìn)行破壞，提高試驗(yàn)效率，同時(shí)可以良好的控制最大與最小主應(yīng)力，另外三軸壓縮試驗(yàn)?zāi)軌蛴行Э刂圃嚇优潘畻l件，雖然采用快剪試驗(yàn)方法能夠較好的控制土樣的排水條件但是速度上很難進(jìn)行準(zhǔn)確的把握，而采用三軸壓縮試驗(yàn)則更能滿足試驗(yàn)的要求。

2.工程對(duì)試驗(yàn)方法的要求

一、對(duì)于非液化性土和粘性土，我們一般利用三軸壓縮試驗(yàn)中固結(jié)不排水剪試驗(yàn)，將所測(cè)得的抗剪強(qiáng)度參數(shù)中的最小值作為標(biāo)準(zhǔn)值。

二、對(duì)于粘性土類基地，在利用有效應(yīng)力進(jìn)行穩(wěn)定分析時(shí)，為了準(zhǔn)確獲得有效應(yīng)力強(qiáng)度，需要精確估算或測(cè)定土樣中孔隙水壓力。

三、采用總應(yīng)力進(jìn)行穩(wěn)定分析，例如當(dāng)?shù)鼗翆硬灰桩a(chǎn)生孔隙壓力，有良好的透水性能，可以自由排水的情況，一般選擇三軸壓縮試驗(yàn)中的固結(jié)排水剪強(qiáng)度或者慢剪強(qiáng)度;針對(duì)地基粘性土層薄已經(jīng)采取了排水措施或者上下土層有較好的透水性的情況，可以選擇三軸壓縮試驗(yàn)固結(jié)不排水剪強(qiáng)度或者飽和固結(jié)快剪強(qiáng)度;地基為粘性土且沒有良好的排水條件等情況，應(yīng)該選擇三軸壓縮試驗(yàn)不固結(jié)不排水剪強(qiáng)度。

3.綜合分析

三軸壓縮試驗(yàn)和直接剪切試驗(yàn)的剪切方法之間存在一些比較類似的地方，為了更好的判別這兩種試驗(yàn)方法的優(yōu)劣，我們以某地巖土工程項(xiàng)目成果為例，進(jìn)行兩種試驗(yàn)方法的對(duì)比。根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)我們看到，同樣是作為總應(yīng)力強(qiáng)度參數(shù)，但兩個(gè)數(shù)值卻是不同的。以平均值相比較，三軸試驗(yàn)的Ccu值要大于直剪試驗(yàn)的Ccq值，但是三軸試驗(yàn)的ψcu值卻小于ψcq值將近10度。這是由于直剪試驗(yàn)在剪切過程中不能對(duì)土樣的排水進(jìn)行嚴(yán)格的控制，而且剪切面的面積會(huì)隨著剪切位移的增加而減少。因此對(duì)于有較大滲透性的土，我們還是要盡量避免使用直剪試驗(yàn)，即便我們提高剪切速度也是很難把握總應(yīng)力，導(dǎo)致最終的試驗(yàn)結(jié)果出現(xiàn)偏差。但是如果土的滲透性較小，我們又能夠良好的把握剪切速率，那么兩種試驗(yàn)所得的數(shù)據(jù)就沒有太大的差異，所以綜合考慮兩種試驗(yàn)的測(cè)得結(jié)果，我們認(rèn)為三軸試驗(yàn)是最佳的選擇。

結(jié)論：

通過試驗(yàn)我們認(rèn)為三軸試驗(yàn)比直接剪切試驗(yàn)測(cè)得的結(jié)果更加準(zhǔn)確，但是直接剪切同樣有其更經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)單的優(yōu)勢(shì)。但是我們需要認(rèn)清的是，這兩種試驗(yàn)都是在試驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行，許多因素是我們可控的，然而在實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)卻存在許多其他影響因素，因此地質(zhì)人員還是需要根據(jù)實(shí)際情況選擇最恰當(dāng)?shù)姆椒ā?/p>

參考文獻(xiàn)：

[1]楊志豪. 論如何有效控制土工試驗(yàn)室測(cè)試質(zhì)量[J]. 建材與裝飾（中旬刊）. 2007（11）

[2]程蕓. 土工試驗(yàn)室發(fā)展現(xiàn)狀及試驗(yàn)中常見問題探討[J]. 工程建設(shè)與設(shè)計(jì). 2017（08）