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摘要：以某堆积体为例，采用直剪试验和三轴试验两种试验方法，测得碎石土的抗剪强度指标并进行对比分析，为评价碎石土的抗剪强度提供依据。
关键词：碎石土；直剪试验；三轴试验；抗剪强度
Abstract: This paper take an accumulation body for example, using the direct shear tests and triaxial tests, take the gravel soil shear strength parameters and comparative analysis provide the basis for the evaluation of gravel soil shear strength.Key words: gravel soil; direct shear test; triaxial test; shear strength
中图分类号：TU521.2+5文献标识码： A 文章编号：2095-2104（2012）05-0020-02
1 前言
土的抗剪强度是指土体抵抗外力剪切破坏的极限能力,是土的重要力学性质之一。室内获得土的抗剪强度指标的方法有很多种，选择不同的试验方法测得的抗剪强度指标有所差异。本文以某堆积体为例，采用直剪试验和三轴试验测得碎石土的抗剪强度指标，并进行对比分析。
2 土的抗剪强度
2.1直剪试验
从图1中可知,直剪试验是先规定了土样中将要发生的破坏面方向和位置,从而事先控制作用于破坏面上的垂直压力大小，求得相应的剪应力和剪切位移。剪切时的水平剪应力与土的抗剪强度值相等。根据不同垂直压力下土的抗剪强度值，绘出强度曲线如图2所示，进而求得土的抗剪强度指标。
图1 土的受力图
图2 强度曲线
A-未来剪面 1-剪切上盒 2-剪切下盒 3-土样
2.2三轴试验
三轴试验是根据莫尔~库伦强度理论,用3~4个试样,分别在不同的恒定围压下施加轴向压力进行剪切直至破坏,从而确定土的抗剪强度参数。由图3可知它事先规定作用于试样上的最大主应力(σ1)和最小主应力(σ3)的方向,但不能给定剪切面的方向和位置。利用各试样破坏时破坏面和最大主应力面夹角αf绘制破坏莫尔圆及包络线，得到土的抗剪强度指标，如图4所示。
图3 土的受力图
圖4 强度曲线
3 实例分析
某堆积体岩性主要为二叠系下统栖霞组（P1q）生物碎屑灰岩和上统茅口组（P1m）生物碎屑灰岩，偶夹粉砂质钙质页岩及燧石结核，在900m高程以上为峨眉山玄武岩。堆积体物质组成主要为碎石夹角砾土，其颗粒组成详见图5。对堆积体取样进行直剪切试验和三轴压缩试验各3组，测得碎石土的抗剪强度参数，并对其进行对比分析。
图5 土样级配曲线图
直剪试验和三轴试验过程中，试样的制作和操作方法严格遵守《土工试验方法标准》(GB/T50123-1999 )，按粗粒土的试料制备规定进行试料制备。根据试验要求的干容重、含水量和试样尺寸，计算并称取所需的试验用料。
直剪试验选用快剪，采用应力式大型直接剪切仪。将称好的试料拌匀后分层装入剪切盒内（一般3～5层），并分层击实。对含粘性的粗粒土，需刨毛表面后，再装第二层。每组试样至少制备4个试样，其容重差值不得大于0.03kN/m3；含水量差值不得大于1%。在五级不同垂直压力下（0.1MPa、0.2MPa、0.3MPa、0.4MPa、0.5MPa）进行剪切试验，使各级垂直压力级差均等，并尽可能使最大一级垂直压力相当于设计最大压力。
三轴试验选用不固结不排水剪，采用应力路径控制三轴剪切试验机。每组至少制备3个试样，其容重差值不得大于0.03kN/m3；含水量差值不得大于1%。对应周围压力σ3分别为200kPa、400kPa及600kPa，最大一级周围压力与最大的实际荷重大致相等。
试验中制备饱和试样时，所需加水量按饱和容重配水公式计算（见式1、式2），将计算好配水量的水均匀喷洒于土样上，充分搅拌后装入容器内盖紧，分别测定润湿土样的含水率，得到所需的饱和状态含水率。
(1)
(2)
式中：—所需加水量，kg；—风干土重，kg； —风干含水量，%；
—要求含水量（即饱和含水量），%；
—比重； —干容重，kN/m3；
—天然容重，kN/m3； —天然含水率，%；
直剪试验中快剪与三轴试验中不固结不排水剪的剪切方法相当,两种试验测得碎石土的抗剪强度参数见表1。分别绘制直剪试验垂向压应力~水平剪应力关系曲线（见图6）及三轴试验正应力~剪应力关系曲线（见图7）。
表1直剪和三轴试验抗剪强度参数成果表
曲线
图7 三轴正应力~剪应力曲线
通过抗剪强度参数成果表对比可看出,两种试验结果存有较大的差异。具体表现在：与三轴试验相比，直剪试验的C值较小,但φ值较大。因为直剪仪除剪切面固定,其面积随剪切位移的增加而减小等缺点外,最主要的缺陷在于剪切过程中不能严格控制试样排水。
因此，三轴试验成果比直剪试验成果更为合理、准确，应采用三轴试验测得碎石土的抗剪强度参数对堆积体进行分析评价。
4 结 语
三轴试验比直剪试验测得碎石土抗剪强度参数值的精确度要高。直剪试验虽然具有复杂性和难以控制性的特点,但试验过程简单，操作容易，只要严格按照有关规定操作,积累经验,消除主要影响因素,还是可以确保试验结果的可靠性。本文根据某堆积体的6组碎石土试样，将三轴试验与直剪试验结果作了对比分析,从而更加了解三轴试验与直剪试验所测碎石土的抗剪强度参数对工程的适用性。
参考文献：
[1]土工试验规程(SL-237-1999)[S].北京:水利水电出版社.
[2]彭华娟.浅谈土工试验中室内大型剪切与小型剪切试验[J].广西:广西水利水电,2000(4):44-46.
[3]成静,徐凡凡.土工试验中的抗剪强度分析[J].江西:江西水利科技,2004:34-36.
[4]李振,李鹏.粗粒土直接剪切试验抗剪强度指标变化规律[J].陕西:防渗技术,2002(1):11-14.
关键词：碎石土；直剪试验；三轴试验；抗剪强度
Abstract: This paper take an accumulation body for example, using the direct shear tests and triaxial tests, take the gravel soil shear strength parameters and comparative analysis provide the basis for the evaluation of gravel soil shear strength.Key words: gravel soil; direct shear test; triaxial test; shear strength
中图分类号：TU521.2+5文献标识码： A 文章编号：2095-2104（2012）05-0020-02
1 前言
土的抗剪强度是指土体抵抗外力剪切破坏的极限能力,是土的重要力学性质之一。室内获得土的抗剪强度指标的方法有很多种，选择不同的试验方法测得的抗剪强度指标有所差异。本文以某堆积体为例，采用直剪试验和三轴试验测得碎石土的抗剪强度指标，并进行对比分析。
2 土的抗剪强度
2.1直剪试验
从图1中可知,直剪试验是先规定了土样中将要发生的破坏面方向和位置,从而事先控制作用于破坏面上的垂直压力大小，求得相应的剪应力和剪切位移。剪切时的水平剪应力与土的抗剪强度值相等。根据不同垂直压力下土的抗剪强度值，绘出强度曲线如图2所示，进而求得土的抗剪强度指标。
图1 土的受力图
图2 强度曲线
A-未来剪面 1-剪切上盒 2-剪切下盒 3-土样
2.2三轴试验
三轴试验是根据莫尔~库伦强度理论,用3~4个试样,分别在不同的恒定围压下施加轴向压力进行剪切直至破坏,从而确定土的抗剪强度参数。由图3可知它事先规定作用于试样上的最大主应力(σ1)和最小主应力(σ3)的方向,但不能给定剪切面的方向和位置。利用各试样破坏时破坏面和最大主应力面夹角αf绘制破坏莫尔圆及包络线，得到土的抗剪强度指标，如图4所示。
图3 土的受力图
圖4 强度曲线
3 实例分析
某堆积体岩性主要为二叠系下统栖霞组（P1q）生物碎屑灰岩和上统茅口组（P1m）生物碎屑灰岩，偶夹粉砂质钙质页岩及燧石结核，在900m高程以上为峨眉山玄武岩。堆积体物质组成主要为碎石夹角砾土，其颗粒组成详见图5。对堆积体取样进行直剪切试验和三轴压缩试验各3组，测得碎石土的抗剪强度参数，并对其进行对比分析。
图5 土样级配曲线图
直剪试验和三轴试验过程中，试样的制作和操作方法严格遵守《土工试验方法标准》(GB/T50123-1999 )，按粗粒土的试料制备规定进行试料制备。根据试验要求的干容重、含水量和试样尺寸，计算并称取所需的试验用料。
直剪试验选用快剪，采用应力式大型直接剪切仪。将称好的试料拌匀后分层装入剪切盒内（一般3～5层），并分层击实。对含粘性的粗粒土，需刨毛表面后，再装第二层。每组试样至少制备4个试样，其容重差值不得大于0.03kN/m3；含水量差值不得大于1%。在五级不同垂直压力下（0.1MPa、0.2MPa、0.3MPa、0.4MPa、0.5MPa）进行剪切试验，使各级垂直压力级差均等，并尽可能使最大一级垂直压力相当于设计最大压力。
三轴试验选用不固结不排水剪，采用应力路径控制三轴剪切试验机。每组至少制备3个试样，其容重差值不得大于0.03kN/m3；含水量差值不得大于1%。对应周围压力σ3分别为200kPa、400kPa及600kPa，最大一级周围压力与最大的实际荷重大致相等。
试验中制备饱和试样时，所需加水量按饱和容重配水公式计算（见式1、式2），将计算好配水量的水均匀喷洒于土样上，充分搅拌后装入容器内盖紧，分别测定润湿土样的含水率，得到所需的饱和状态含水率。
(1)
(2)
式中：—所需加水量，kg；—风干土重，kg； —风干含水量，%；
—要求含水量（即饱和含水量），%；
—比重； —干容重，kN/m3；
—天然容重，kN/m3； —天然含水率，%；
直剪试验中快剪与三轴试验中不固结不排水剪的剪切方法相当,两种试验测得碎石土的抗剪强度参数见表1。分别绘制直剪试验垂向压应力~水平剪应力关系曲线（见图6）及三轴试验正应力~剪应力关系曲线（见图7）。
表1直剪和三轴试验抗剪强度参数成果表
曲线
图7 三轴正应力~剪应力曲线
通过抗剪强度参数成果表对比可看出,两种试验结果存有较大的差异。具体表现在：与三轴试验相比，直剪试验的C值较小,但φ值较大。因为直剪仪除剪切面固定,其面积随剪切位移的增加而减小等缺点外,最主要的缺陷在于剪切过程中不能严格控制试样排水。
因此，三轴试验成果比直剪试验成果更为合理、准确，应采用三轴试验测得碎石土的抗剪强度参数对堆积体进行分析评价。
4 结 语
三轴试验比直剪试验测得碎石土抗剪强度参数值的精确度要高。直剪试验虽然具有复杂性和难以控制性的特点,但试验过程简单，操作容易，只要严格按照有关规定操作,积累经验,消除主要影响因素,还是可以确保试验结果的可靠性。本文根据某堆积体的6组碎石土试样，将三轴试验与直剪试验结果作了对比分析,从而更加了解三轴试验与直剪试验所测碎石土的抗剪强度参数对工程的适用性。
参考文献：
[1]土工试验规程(SL-237-1999)[S].北京:水利水电出版社.
[2]彭华娟.浅谈土工试验中室内大型剪切与小型剪切试验[J].广西:广西水利水电,2000(4):44-46.
[3]成静,徐凡凡.土工试验中的抗剪强度分析[J].江西:江西水利科技,2004:34-36.
[4]李振,李鹏.粗粒土直接剪切试验抗剪强度指标变化规律[J].陕西:防渗技术,2002(1):11-14.