摘要：本文在总结归纳了红粘土的抗剪强度理论和抗剪强度影响因素的基础上，结合室内直剪试验和三轴试验，研究了红粘土的强度特性及裂隙发育对于红粘土强度破坏特征的影响，以及直剪试验和三轴试验强度指标对比以及两种试验的快慢剪之间的关系，对于渝湘高速红粘土地段的设计参数的选取具有参考作用。
关键词：红粘土；强度；试验
1引言
渝湘高速是西部开发中省际通道中的一段，是宁波至樟木国家重点干线公路的重要组成部分，也是重庆“两环八射”骨架公路中属于“八射”的重要路段，沿线红粘土分布广泛，给公路施工带来了很大影响，为了更好地保证路基施工质量的要求，使用了不同的试验方法测量沿线红粘土的强度指标，研究了其强度特性。
2直剪试验与三轴试验对强度的影响
由于试验方法的不同，在测定抗剪强度指标时，剪切破坏的应力也不同，导致抗剪强度参数值也不同，见下表：
根据上表可知，直剪试验的强度指标离散性比较大，首要原因是剪切面只能控制在剪切上下盒的接触面上，而该接触面未必就是软弱结构面、裂隙面；其次在于直剪试验内剪切应变分布不均匀，另外试样排水条件的控制程度等也是强度指标离散性大的原因之一。此外，发现直剪试验的内摩擦角大于三轴试验的内摩擦角，内聚力因为直剪试验的离散性大而互有大小。直剪试验的内摩擦角大于三轴试验是由于一般情况下，三轴试验和直剪试验处于不等价的应力状态。三轴试验时，试样处于三向应力状态；而直剪试验时，试样处于双向应力状态。在三向应力状态下，由于σ2=σ3。且两个方向均由液压接触加载，能保证载荷是均匀分布的。方向与刚性压头接触面积相对另两方向面积较小，具有较好的平衡调剂作保障，也能保证除压头局部外的轴向为均布压力[1]。但是，直剪试验在四个面上为刚性接触加载，加工试件时，既要保证截面与截面的平行性，又要保证截面与截面的垂直性，由此会导致误差，造成四个加载面上应力分布不均匀性的状况。另外，为消除试件受到的转矩作用，导致难以确定四个加载面上的实际应力分布情况。剪切开始后，上下盒发生相对位移。试样上下被剪两部分随之发生相对位移，使原来轴向的正压力变为偏轴压力，试样产生斜剪，理论剪切面就会小于实际剪切面要大。
三轴剪切试验的优点在于，可以控制大小主应力及排水条件，能够模仿土体在实际土层中的受力状况试验中处于与工程相近的三向受力状态，易于反映土体不连续性和各向异性受力状态明确，剪切面不固定，破坏面是土体的最薄弱面，并根据工程所需准确测定土的孔隙压力及体积变化[2]。
直剪试验试验所需试样较少，试验速度较快，时间较短，剪切峰值易于确定，仪器设备构造和操作比较简单，人员容易掌握，所以目前仍是室内试验的重要手段，我国在此方面中已积累了大量经验，工程实际中仍在广泛应用。但剪切试验受仪器结构的限制，无法控制排水，只能以剪切速率的快慢来控制试样的排水条件，直剪试验的缺点是剪切面只能在中间水平向，剪切破坏面系人为规定，破坏面不一定就是最薄弱面，而且剪切面下应力分布不均匀，不符合土所处的实际应力状态。
综上所述，所以三轴剪切更为客观，更接近自然情况，渝湘高速最终在红粘土地基的施工和设计中选用三轴试验的强度指标。
3快慢剪对于强度的影响
土体的剪切强度与试样在剪切过程中孔隙水压力的消散程度有关。因此，对于同一土体，由于剪切前后的固结程度和排水条件不同，即使作用在剪切面上的法向总应力σ相同，其抗剪强度及其指标C、φ值也不相同，即土的抗剪强度应该用有效应力法来计算。由于许多实际工程的边界条件比较复杂，求解和测定孔隙水压力异常困难，所以在实际应用中，通常把孔隙水压力对抗剪强度的影响考虑到总应力中去，制定了三种不同排水条件的剪切试验方法，以近似模拟工程中的实际固结排水条件。
表2直剪试验的快剪与慢剪强度指标对比
三种不同排水条件的剪切试验方法及其使用条件如下：
(l)快剪(Q)与不固结不排水剪(UU)
快剪和不固结不排水剪用于模拟土体来不及固结排水就较快加载以至剪切破坏的情况。近年来，地基稳定性验算一般应采用快剪和不固结不排水剪的指标；验算斜坡稳定性时，若土体排水条件差、透水性较弱，也应该采用快剪和不固不排水剪的指标。
(2)固结快剪(CQ)与固结不排水剪(CU)
固结快剪与固结不排水剪试验用于模拟土体在自重应力或正常荷载下已充固结，而后荷载突然增加的情况。在实际工程中，当建筑物在施工期间已排水结，但竣工后有大量或突发荷载施于其上时，可以采用固结快剪和固结不排水的指标。
(3)慢剪(S)与固结排水剪(CD)
慢剪与固结排水剪试验用于模拟土体充分固结后才开始缓慢施加荷载的况。由于慢剪及固结排水剪试验中的孔隙水压始终为零，总应力就等于有效应力为了近似模拟渝湘高速红粘土路基的实际固结排水条件，对红粘土进了三种不同排水条件下的剪切试验，试验结果对比如表2和3所示。
表3三轴试验的快剪与慢剪强度指标对比
由表2和3可以发现无论是直剪试验还是三轴试验，其固结排水剪和不固结不排水剪(慢剪)的凝聚力和内摩擦角都大于不固结不排水剪(快剪)试验的参数。这是因为红粘土中的结合水连结具有与一般粘性土一样的普遍规律，其中强结合水膜中的分子不能移动，但是弱结合水膜中的水分子可以移动，对土颗粒的相对运动起润滑作用。排水剪时，随着水的不断排出，土中以弱结合水膜形式存在的水分子就越来越少，自由水也越来越少。随着含水量的减少，结合水膜变薄，土颗粒间距离减小，摩擦作用增强，其结果就是使土的凝聚力和内摩擦角增大，强度增大。因此，在渝湘高速红粘土地区的设计和施工中，要根据具体的工程概况选择相应的快慢剪指标。另外，还可以通过固结排水的方式来提高红红粘土地基的强度。
4结论
1、裂隙发育红粘土的强度与完整红粘土强度变化范围较大，这主要是因为裂隙倾斜面与施加的剪切应力方向的不同造成的。另外红粘土因为其内裂隙发育，产生若干软弱结构面(裂隙面)，当受剪应力作用时，土样将首先沿着这些结构面的位置发生破坏，当这种抗剪力大于结构面上的剪应力时，沿该结构面的破坏就不再发展了，而此时，当剪应力达到或超过其他结面上的抗剪强度时，这些结构面又发生新的破坏，于是形成了裂隙红粘土多级破坏的特征，裂隙发育红粘土的应力—应变曲线呈现出多级变化的特点。
2、竖向压力较低时，由于对土的约束较小，红粘土的强度相对较低，峰值强度对应的剪切应变较小，残余强度降低明显；竖向压力较大时，对土约束较大，红粘土体强度有较大提高。随着压力的增大，峰值后强度有所降低，残余强度也有较大提高。
3、直剪试验的内摩擦角大于三轴试验的内摩擦角，内聚力因为直剪试验的离散性大而互有大小。这是因为直剪试验在四个面上为刚性接触加载，加工试件时，既要保证截面与截面的平行性，又要保证截面与截面的垂直性，这样就会导致一定的误差，造成四个加载面上应力分布不均匀。另外，通过直剪与三轴试验对比可以得出：直剪和三轴试验的固结排水剪和不固结不排水剪(慢剪)的凝聚力和内摩擦角都大于不固结不排水剪(快剪)试验的参数。
参考文献
[1]杨庆，贺洁，栾茂田.非饱和红粘土和膨胀土抗剪强度的比较研究[J].岩土力学，2003，24（1）：13-16.
[2]FredlundDG，RahardjoH.非饱和土土力学[M].陈仲颐，张在明，陈愈炯，等译.北京：中国建筑工业出版社，1997.
