直剪快剪试验方法和经验综述
【摘 要】根据笔者长期的经验积累，论述了直剪快剪试验适用性及难以替代性，说明了实践中法向应力范围的选择、对极限强度值的处理和对指标值的判定，说明了原状土的扰动形式和对强度指标的影响。
【关键词】直剪快剪；法向应力；内摩擦角；凝聚力；指标；判定
一、直剪快剪的适用性的判定
在土的室内强度试验中，直剪快剪最大的优点是简单、便捷和快速，适于大批量试验，这一优点是其他方法无法替代的。而最大缺点是不能不效地控制排水条件，因此，gb/t50123-1999《土工试验方法标准》（p113）指出，直剪快剪试验“适用于渗透系数小于10-6cm/s的细粒土”，但以此条件，能够适用的恐怕只有粘土（ip>17）了，几乎全部的粉质粘土（10
对于中砂-粉砂和一部分粉土来说，虽然三轴压缩试验可以控制排水条件，但由于土质粘性小、脆性大，很难成功制作符合试验要求的原状试件，因此也就难于适用三轴试验。由于同样原因也不适用于单轴抗压强度试验。如果排除直剪试验的适用性，在室内条件下难于取得强度指标。
既然已知砂土和粉土在直剪过程中迅速排水，那么充分估计排水条件下对强度指标的影响，就可以给出较符合实际含水条件的强度指标，至少可以对强度给出定性判断。我们知道，砂土、粉土在直剪过程中因迅速排水，致使强度指标偏大。如果确定偏大幅度，也就可以求得更接近于地层条件的强度指标。
在干密度不变情况下，饱和砂土的内摩擦角φ比风干砂土小1°～2°，可据此在取值时把内摩擦角φ降低1°～2°即可得到更接近地层条件的强度值。由此可以看出，对砂土来说，强度主要是由摩擦阻力，排水条件对砂土摩擦阻力影响是有限的。
对于粉土和塑性指数较低的粉质粘土（ip<13）来说，排水对强度指标的影响较砂土大，根据经验，差异约为2°～4°。
勘察过程中采砂器的广泛使用，为原状砂土的采取提供了保障，也为原状砂土的直剪更具有实际意义。
二、法向荷载（σ）范围的判定
生产实践中，法向荷载（σ）一般采取等差或等倍施加，前者如50、100、150、200，后者如25、50、100、200。关键在于最大荷载的判定。
有业内人士认为：直剪快剪不适用于饱和软土，原因是试样在施加法向荷载时挤出。这个观点是错误的，错误就出在最大法向荷载的选择上。我们知道，库仑定律τ=c+σtgφ是有适用范围的，法向荷载（σ）的取值不可无限大，它的最大值应在土体的自身强度范围内。直剪快剪试验采用的各级荷载（σ）必须是在土的极限承载力范围内才具有意义。我们可根据目测和经验大致估算其容许承载力，比如，饱和软粘土的承载力一般在40-80kpa，那么在逐级施加法向压力时，最大压力不可超过承载力特征值（容许承载力）的2倍，否则，试件在施加法向压力后立即破坏甚至被挤出压切盒。
在直剪过程中，一般是逐级增加法向荷载，如在某一级荷载施加后发现试样强度明显降低或试样挤出，则应取消大于该级荷载的强度试验，而插入小于该级压力的法向应力进行直剪试验。如拟采取50、100、150、200kpa系列法向应力的直剪快剪中，试样在150kpa荷载施加后被挤出或极限强度明显降低，则可插入25kpa的荷载进行强度测试。
对法向应力范围的确定，可在《工程地质手册》中查表，根据物性指标首先确定容许承载力，然后以容许承载力的2倍作为法向应力的上限。
三、原状土扰动情况判定
在钻探采样和样品运输过程中，瞬时的挤压、扭切和震动都会造成不同程度的扰动；在实验室内，试件的切削、修平过程中，过多的往复抹动，大砾石、粗大植物残体的剔出和填补等，亦会造成一定程度扰动。
采样和运输过程所造成的扰动表现为，样品内有泥芯、横载表面见环状旋转纹迹、底部有析水、顶部有沉陷，以及风干现象等等。这些现象均应详细描述，并对各试件加以相应说明，以备确定强度指标值时参考。
一般来说，除析水或风干外，任何形势的扰动，都会破坏都会对土体的结构造成一定程序的破坏，并致使强度指标降低。我们可根据试样的描述和记录，适当对各级极限强度值进行取舍或校正。
四、对扰动试件强度的处理
对一些扰动或部分扰动土样，在该地层不能补取土样的情况下，勘察编录人员应予以记录并向实验室作出说明。扰动或部分扰动土样对确定原状条件的强度也具有很大价值。
粘性土的抗剪强度由内摩擦力和凝聚力两部分组成，内摩擦力是土颗粒之间的摩擦阻力，主要是摩擦力和咬合力；凝聚力是由土颗粒之间的连结力，主要是胶结力和分子引力。
对于淤泥和淤泥质粘性土来说，其强度是由胶结力构成，完全扰动时土颗粒处于悬浮状态，结构力消失、强度为0；对于软塑～硬塑粘性土，完全扰动后胶结力消失但分子引力和部分摩擦力存在；对于砂土，扰动后可测得摩擦力和部分咬合力。以上这些情况分析，正是我们对原状土被扰动或部分扰动的处理依据，也是我们对同地层中其他样品强度指标的确定参考。
五、实测极限强度值的取舍
在粘性土τ-σ散点图中，首先应舍掉剪切荷载明显超过土体极限承载力的点（σi，τi），因为这种状态下，试样处于超孔隙水压力状态，试样强度大幅度降低甚至消失。
在合理荷载范围内的点（σi，τi），各散点一般具有直观的线性趋势。模拟直线倾角（φ）过大或过小都需要对其中个别散点进行舍弃或校正。这种情况除了粒度不均造成外，如前述，几乎任何形势的扰动都会使试样强度变低，所以对于明显低于模拟直线的点，有后备试件则可补测，无后备试件补测则应舍弃，不可勉强使用，以免造成强度指标过于偏低；对于高于模拟直线的点，不应舍弃。以上二种情况，是在垂向上土质较均匀的情况下的处理办法，土质不均匀时根据具体情况作具体分析。
对于粘性土，在扰动或部分扰动情况下，模拟直线往往是平缓的，得出的内摩擦角偏小，但凝聚力却是可用的和可靠的。
对于砂土，强度由摩擦阻力构成，扰动影响相对有限，适当校正即可。
在一些教材、手册中，提供了不同密实度砂土的内磨擦角φ参考值，和粘性土在不同液性指数下的c、φ参考值，对直剪快剪强度指标的定性判定很有定性的参考意义。需要说明的是，这些著述中有的土类命名现已不用，可根据塑性指数进行参考。
六、结语
尽管直剪快剪有不易控制排水条件的缺点，但因其有操作简单、便捷和快速的优点，直剪快剪试验仍然难以替代。在实践中，只要注意控制以上几个方面的因素，对实测强度指标适当加以校正，尽可能反映土样在地层原位中真实工程地质性质，则可避其短扬其长。
以上所述，笔者期望对同行有点滴借鉴，或有不当或错误之处，也请业内人士批评指正。
参考文献：
[1]《工程地质学》胡广韬、杨文远主编
[2]《工程地质手册》（第四版）中国建筑出版社
[3]《土工试验方法标准》（gb/t50123 -1999）
[4]《土工试验规程》（sl237-1999）
作者简介：
刘铁平，男，1967年出生，籍贯：辽宁营口。职称：水文地质工程地质高级工程师，毕业后一直从事水文地质工程地质勘察工作。单位：辽宁工程勘察设计院。
本文来源：https://www.2haoxitong.net/k/doc/8bc1cde8aa00b52acfc7ca3b.html
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