本次直剪试验通过气动直剪仪完成，如图1所示。气动直剪仪分上下两盒，剪切盒直径为50 mm，高为20 mm。将土样放入50 mm制样器，通过液压千斤顶进行压样，压样完成后由脱模器将试样取出。

图1 气动直剪仪Fig.1 Pneumatic direct shear apparatus

试验土均为广州某边坡的坡顶位置处软弱面上层的残积土，具体物理参数如表1所示：

表1 残积土的物理性质Table 1 Physical properties of residual soil

具体的试验方案如表2所示。为了研究不同含水率下筋土界面直剪特性，以含水率作为主要变量进行试验。首先将土样进行风干碾碎，过孔径为2 mm的筛网，测出风干土的含水率。再按照设计含水率分别加入不同量的水，喷洒水雾至拌合均匀后，静置48 h确保土样含水率为试验所需含水率。制样完毕后立即用保鲜膜将其包住以防止水分蒸发。

表2 试验方案Table 2 Test scheme

图2为不同竖向应力下的剪切应力—剪切位移曲线。结合a、b、c三图不难看出，不同竖向应力下筋土界面的剪切应力—剪切位移曲线都呈现出相似的规律，即剪切应力随着剪切位移的增大而增大，达到峰值后保持不变。在同一竖向应力下，剪切应力随着含水率的增大而减小。在较低竖向应力（50 kPa）下，含水率从13%增加到17%时，界面抗剪强度降低了35%；含水率从17%增加到21%时，界面抗剪强度降低了37%。在同一含水率下，剪切应力也随着竖向应力增加而增加，筋土界面间的抗剪强度与法向应力成正比。以含水率17%为例，从53 kPa（50 kPa）分别增加到84 kPa （100 kPa）、151 kPa（200 kPa）。与刘志伟等^[17]结论一致。而在含水率为13%时。剪切位移超过3 mm，剪切应力小幅下降，出现剪切软化的现象。

图2 不同含水率下剪切应力—剪切位移曲线Fig.2 Shear stress-shear displacement curves under different moisture content

图3反映了竖向位移与剪切位移的关系。规定剪胀为正，在不同竖向应力下都出现剪缩现象。同一竖向应力下，高含水率剪缩更加明显，减小到一定值后保持不变。这是因为含水率越高，土的初始孔隙越大，而受到剪切作用后，土颗粒不断移动导致孔隙率减小，试样更加密实，使得剪缩现象更加的明显。同一含水率下，竖向位移随着竖向应力的增大而增大。以17%含水率为例，从-0.2（50 kPa）分别增加到-0.25（100 kPa）、-0.37 （200 kPa）。

图3 不同含水率下竖向位移—剪切位移曲线Fig.3 Vertical displacement-shear displacement curves under different moisture content

图4更加直观的反应了最大剪切应力与含水率、竖向应力之间的变化规律。在较低竖向应力（50 kPa）下，最大剪切应力随含水率的变化率大于其他竖向应力情况。而在三种含水率情况下的最大剪切应力随竖向应力变化率并没有太大的变化。

图5为最大竖向位移三维图。从图中可以清晰的看出，含水率越高，竖向位移随着竖向应力的变化率越大。且随着竖向应力的增加，竖向位移随含水率的变化率也增加。对比可得含水率对竖向位移的影响大于竖向应力对竖向位移的影响。在高竖向应力、高含水率情况下，剪缩现象最为明显。

土体含水率同时对筋土界面的似黏聚力与界面摩擦角有影响。此剪切强度符合摩尔库伦定律，即τ=σ tan φ+c（其中， τ为抗剪强度， φ为内摩擦角，c为黏聚力）。图6为最大剪切应力与竖向应力关系曲线。同一含水率情况下三点可连成一条直线；不同含水率下三条直线斜率近似相同。通过线性拟合得出斜率和截距。界面摩擦角、似黏聚力和含水率的关系曲线如图7所示，随着含水率的增加，似黏聚力显著降低，而界面摩擦角并没有太大的变化。分析原因可知，土体含水率的增加，加大了筋土界面间的润滑作用，从而降低了筋土界面间的摩擦和抗剪强度^[18-21]。

图4 最大剪切应力三维图Fig.4 Three-dimensional diagram of the maximum shear stress

图5 最大竖向位移三维图Fig.5 Three-dimensional diagram of the maximum vertical displacement

图6 最大剪切应力与竖向应力曲线Fig.6 Curves of the maximum shear stress and vertical stress

图8为竖向应力100 kPa下不同剪切速率下剪切应力与剪切位移曲线。结合a、b、c三图可以看出：在不同剪切速率下，剪切应力—位移曲线都呈现相似的规律，即剪切应力随着剪切位移先增大后保持不变。在同一剪切速率下，剪切应力随着含水率的增高而降低，与竖向应力作用下情况类似。以5 mm/min为例，最大剪切应力从111 kPa （13%）降低到93 kPa（17%）、76 kPa（21 %）。

图7 界面摩擦角、似黏聚力和含水率的关系曲线Fig.7 Relationship curves of interface friction angle，cohesion and moisture content

图8 不同含水率下剪切速率对剪切应力的影响Fig.8 Influence of shear rate on shear stress under different moisture content

图9反应的是竖向位移—剪切位移曲线，不同剪切速率下的规律差别较大。在低剪切速率情况下筋土界面一直都是剪缩变形，达到一定程度后保持不变，且剪缩变形的大小也随着含水率的增大而减小。当剪切速率为5 mm/min时，高含水率（21%）一直保持剪缩变形，而在13%、17%含水率下的筋土界面先发生剪缩变形，达到一定剪切位移之后出现明显转折点，剪缩值减少，后趋于稳定，但未出现剪胀现象。剪切速率主要影响筋土界面的内摩擦角，当剪切速率较大时，筋土界面土颗粒来不及重新排列，导致出现此类现象。

图9 不同含水率下剪切速率对竖向位移的影响Fig.9 Influence of shear rate on vertical displacement under different moisture content