[科普中国]-剪切应变速率

剪切应变速率是指在应变控制式三轴压缩仪中以等应变方式对土试样施加轴向压力的速度。它不仅仅关系到试验历时，也影响强度大小。应根据不同土类和排水条件，采用不同的速率。在进行三轴试验时，一般按照规范规定的剪切速率进行土工试验可能满足实际要求。

简介剪切应变速率是指在土的三轴压缩试验中土试样轴向变形的速率。不同的剪切应变速率对应的土试样变形与时间的关系是不同的。对于不同的土质，剪切应变速率的影响也不同。黏土的组成成分及其成因非常复杂，不同应变速率下剪切所达到的峰值强度可能相差30%以上1。黄土的不排水剪切强度随剪切速率的变化而变化。

变控制式三轴压缩仪三轴压缩试验是土工试验中一种重要的力学性质试验，实际工程中的地基承载力、挡土墙的压力计算与稳定性验算以及边坡稳定等都受土的抗剪强度所控制而粘聚力和内摩擦角是反映抗剪强度的两参数指标。室内一般通过直接剪切试验和三轴剪切试验获取两参数。应变控制式三轴仪是以一定的剪切速率对岩土体进行剪切，试验方式确定了变形与时间的关系，因此试验结果主要是得到土体的应力- 应变关系，进而对变形、强度等特性进行分析，而不能探讨时间对应力应变的影响。常规三轴仪是指应变控制式三轴仪，一般岩土试验室都具备该试验仪器。应变控制式三轴仪由压力室、轴向加荷系统、施加周围压力系统、孔隙水压力量测系统等组成。

抗剪强度抗剪强度是指外力与材料轴线垂直，并对材料呈剪切作用时的强度极限；或指抵抗剪切破坏的最大能力。土的抗剪强度是土的一个重要的力学性质。土的抗剪强度可分为二部分：一部分与颗粒间的法向应力有关，其本质是摩擦力；另一部分是与法向应力无关，称为黏聚力。当外部载荷在地基内部产生的剪应力达到土的抗剪强度时，土体就遭到破坏，严重时将产生滑坡，建筑物地基丧失稳定。可以用以下公式计算：

其中φ为内摩擦角，c为土的粘聚力。在以土的抗剪强度为纵坐标、剪切破坏面上的 法向应力为横坐标的坐标系中，土的抗剪强度包线对横坐标轴的倾角。 通常以表示，即内摩擦角， 是土的抗剪强度参数之一，其值与土的初始孔隙比、土粒形状、土的颗粒级配和土粒表面的粗糙度等因素有关。可由土的直接剪切试验或三轴压缩试验测定，根据不同的试验方法和分析方法可得出总应力内摩擦角和有效应力内摩擦角。土的抗剪强度的影响因素主要有土的组成、土的密实度和含水量、以及所受的应力状态等。

理论依据室内常用来测定土的抗剪强度的仪器按其工作原理可分为两大类：一类是向仪器固定的剪切面施加垂直应力和水平剪应力，直接对土剪破；另一类是根据轴向压缩或拉伸原理是土样在二向或三向不同主应力作用下承受偏应力而终于破坏。在此主要阐述一下通用三轴仪，三轴试验是以莫尔—库伦强度理论为依据而设计的试验方法，并以此来判断土体破坏与确定相应抗剪强度指标。土的强度，是指导致土体破坏的应力，因此研究土的强度首先要了解其破坏形式。由于土颗粒本身强度远大于粒间的联结强度，所以土体在外力作用下剪切破坏是土的强度破坏的重要形式。当土体内沿某一面上的剪应力达到该面上的抗剪强度时，剪切变形将不断的增大，致使土体内由局部剪切发展到连续剪切，而形成滑动面。这就会引起边坡滑塌或地基失稳等破坏现象。

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李勇 - 副教授 - 西南大学