4.1.1　概述

非饱和土直剪试验，因其简单、直观、高效且能较好地反映土体的强度变化规律，是研究非饱和土强度问题不可或缺的试验研究方法。直剪试样比较薄，排水路径短，孔隙水压达到平衡的时间短，因而可提高工作效率。另外，在直剪试验过程中，剪切面上正应力恒定，而三轴压缩试验中剪切面上正应力会变化，故能更直观地反映土体的剪胀特性。

Donald（1956）对细砂和粗粒粉土进行了直剪试验，试样暴露于空气中，保持孔隙气压为0，在试样下方放置一层膜，其功能类似于陶土板，向试样中的水相施加恒定的负水头来控制孔隙水压。由于“气蚀”缘故，该方法施加基质吸力的最大值为101kPa。试验结果表明，抗剪强度随基质吸力的增大而提高。Hilf（1956）提出轴平移技术，使用透水而不透气的陶土板，来分别控制和量测孔隙气压与孔隙水压，大大提升了基质吸力的范围，前提是基质吸力小于陶土板的进气值。西班牙马德里道路和岩土工程实验室（Laboratorio de Carreteras Geotecnia）的Escario（1980）研发了一台用轴平移技术施加吸力的非饱和土直剪仪，对马德里黏土进行了系列固结排水剪切试验。改进的直剪盒放置在可加气压的压力容器内，试样放置在陶土板上，陶土板下方水室与大气相通，即孔隙水压保持恒定。试验结果也表明，抗剪强度随基质吸力的增大而提高。Escario和Saez（1986）使用Escario（1980）研发的非饱和土直剪仪对3种非饱和土进行直剪试验，发现非饱和土的抗剪强度与吸力呈非线性关系。Satija（1978）、缪林昌和殷宗泽（1999）、Miao等（2001）的三轴试验结果也得到相同的结论。加拿大Saskatchewan大学Gan等（1988）改进了Escario（1980）的仪器，将陶土板下方水室加工成环形水槽，可以周期性地冲刷透过陶土板聚积于板底的气泡。利用改进后的非饱和土直剪仪对非饱和冰碛土进行固结排水剪切试验，得到当基质吸力小于进气值时，强度随吸力变化的摩擦角φ″与强度随净应力变化的内摩擦角φ′相同；当基质吸力大于进气值时，抗剪强度随吸力增加的斜率变小，φ″减小；当基质吸力足够大时，φ″达到一常值，如图4.4所示。

图4.4　非饱和土直剪试验得出的抗剪强度与吸力间的非线性关系（Gan等，1988）