目前为止土体的三大特征我们已经学习了两个：土体的渗透和土体变形，接下来我们学习土体的第三大特征土体的强度稳定性。土是三相物质的堆积体，它不能承受拉应力，只能承受压应力和剪应力。工程实践和室内试验都证实了土的破坏通常都是剪切破坏，因此土体的强度问题实质上就是土的抗剪强度问题。

工程实践中，土体发生剪切破坏时，将沿着其内部某一曲面（我们称为滑动面）产生相对滑动，主要有以下三类（如图4-23）：第一类是土质边坡，如土坝、路堤等填方边坡以及天然土坡等的稳定性问题，当土坡的坡度太陡时，土坡上的一部分土体将沿着滑动面（剪切破坏面）向前滑动。滑动面的产生就是由于滑动面上的剪应力达到土的抗剪强度引起的。第二类是土对工程建筑物的侧向压力，即主动土压问题，如挡土墙、地下结构等所受的土压力，它受土的强度影响，土的强度破坏将造成对墙体过大的侧向压力，可能导致这些结构物发生滑动、倾覆等破坏。第三类是建筑物地基的承载力问题，如果基础下的地基产生整体滑动或因局部剪切破坏而导致过大的地基变形，都会造成上部结构的破坏或影响其正常使用。所以研究土的抗剪强度的规律对于工程设计、施工和管理都具有非常重要的理论和实际意义。

根据现场具体条件土的抗剪强度可采用：室内直接剪切试验、三轴压缩试验、无侧限抗压强度试验及原位十字板剪切试验测定。本节课我们学习工程实践中被广泛应用的直接剪切试验，直剪试验运用直剪仪（如图4-6）进行，通常采用四个试样，试样为原状土或给定干密度及含水率的扰动土试样，分别在不同的垂直压力作用下，施加水平剪切力进行剪切，取得水平面破坏时的剪应力，法国学者库伦通过对砂土和粘性土的反复试验，得出土的抗剪强度表达式为滑动面上法向应力的函数，即τf=c+σ*tanφ。如图τf是土的抗剪强度 单位（kpa)τf=Tmax/A,σ是剪切面上的法向应力σ单位（kpa)σ=P/A,P是法向力，通过砝码施加，A试样剪切面面积，Tmax试样能承受的最大剪力，根据试样破坏时测微表测得量力环的变形换算确定，库伦公式中的c、φ称为土的抗剪强度指标：黏聚力和内摩擦角。在工程实际建设中，根据土体黏聚力和内摩擦角及基础尺寸即可求出地基所能承受的临界荷载。

试验方法是先将直剪仪上、下盒对正。将试样装在由上、下盒构成的剪切盒中，移去环刀，试样底部与顶面各有一块透水石。根据工程实际和土的软硬程度，通过加压系统对试样施加各级压力（一般取100、200、300、400kpa），直至试样固结变形稳定。剪切盒上盒固定，下盒可以移动。水平剪力由匀速转动手轮推动下盒施加在试样上，剪切面就在上、下盒之间的水平面上，当上、下盒发生相对错动时，试样剪切破坏，这时作用在剪切面上的剪应力就等于抗剪强度τf。将τf与σ绘于直角坐标系中（纵横坐标的比例尺要完全一致），即得土的抗剪强度关系曲线（如图）。在直剪试验过程中，孔隙水应力不能量测，也不能控制排水，所以只能以总应力法来表示土的抗剪强度。为了考虑固结程度和排水条件对抗剪强度的影响，根据加荷速率的快慢将直剪试验划分为快剪、固结快剪和慢剪三种试验类型。

快剪适用于施工速度快、地基土排水不良的情况，适用于渗透系数小于10-150px/s的细粒土，试验中在试样上下面与透水石之间放置不透水塑料膜（或换成不透水板）防止孔隙水的排除，在试样施加垂直压力后，拔去固定销钉，立即快速施加水平剪应力（0.8mm/min的剪切速度，每转一周位移0.2mm），使试样3-5min内剪破。试样每产生剪切位移0.2mm-0.4mm时，测记测力计和位移读数，直至测力计读数出现峰值（指针不再前进或有明显后退），或继续剪切至剪切位移为δ=4mm时的剪应力作为抗剪强度，这时应剪切至剪切位移为6mm时停机，该试验所得的强度称为快剪强度，以cQ、φQ表示。

固结快剪适用于一般的施工速度、排水情况，也适用于渗透系数小于10-150px/s的细粒土，试样上下面与透水石之间放置透水滤纸，让试样在垂直压力下充分排水固结直至固结变形稳定，如是饱和试样，在垂直压力P施加5min以后，往剪切盒中注水，如是非饱和试样，在剪切盒四周围以湿棉花，防止水分蒸发。变形稳定标准为变形量每小时不大于0.005mm，再拔去固定销，剪切过程同快剪试验。所得强度称为固结快剪强度，以cR、φR表示。

慢剪适用于施工速度慢、地基排水良好的情况。让试样在垂直压力下至固结变形稳定后，再拔去固定销，以小于0.02mm/min（1周/10min)的剪切速度使试样在充分排水的条件下进行剪切，试验一般持续40mim或3-5小时，这样得到的强度称为慢剪强度，以cS、φS表示。由上述试验得到结果cS<cR<cQ，φS>φR>φQ。

室内直剪仪试验的剪切面被限定在上下盒之间，因而土体不一定是在最薄弱的面上剪切破会，剪切面上剪应力分布也不均匀，边缘处发生应力集中现象，使剪应力呈边缘大而中间小的形态，并且随着上下盒错开，剪切面积逐渐减小，试验时不能严格控制排水条件，不能量测孔隙水压力，基于以上缺点，直剪试验在重大工程和深入研究土的抗剪强度特征时不使用，而是使用三轴剪切试验，这一试验将在本科阶段教材中学习。

这就是我们这节课学习的内容--土的抗剪强度。对于砂土和砾石，测定其抗剪强度时可采用扰动试样，对于粘性土，由于扰动对其强度影响很大，因而必须采用原状的试样。但研究土的剪切性状时，只能用重塑土进行。