图2为不同纤维掺量下花岗岩残积土在不同法向应力作用下的剪应力—剪切位移曲线。从图2中可看出，在不同法向力作用下，纤维加筋土的剪应力—剪切位移曲线均在纯土上方，表明添加纤维材料可显著提高土体的抗剪强度。取剪切位移为6 mm时的剪切应力为破坏强度，在低竖向应力（100 kPa，如图2（a）所示）下，相对于未掺纤维，剪切强度为85 kPa，纤维掺量增加到0.3%时，剪切强度为97.83 kPa，增加了15.09%；纤维掺量增加到0.6%时，剪切强度为105.89 kPa，相对于未掺时增加了24.57%，纤维掺量增加到0.9%时，剪切强度为115.99 kPa，相对于未掺时增加了36.45%。在高竖向应力（300 kPa，如图2（c）所示）下，相对于纤维掺量为0%时，剪切强度为170 kPa，纤维掺量增加到0.3%时，剪切强度为200.01 kPa，增加了17.65%；纤维掺量增加到0.6%时，剪切强度为221.66 kPa，相对于未掺时增加了23.31%，纤维掺量增加到0.6%时，剪切强度为247.38 kPa，相对于未掺时增加了45.52%。可见纤维对土剪切强度的增强作用在高竖向应力下发挥的更好。

此外，不论是纯土还是纤维加筋土，在不同法向力作用下，剪切应力—剪切位移呈现出相似的规律，随着剪切位移的增大，剪切应力的增大趋势逐渐减缓，最后趋于平缓，剪应力—剪切位移曲线都呈应变硬化特征，无明显的峰值点，分析其原因，可能是由于土体的孔隙结构和颗粒排列发生变化导致的。在法向应力作用下，土体内部的孔隙结构可能被压缩，颗粒间接触面积增大，颗粒间的相互咬合作用增强，孔隙率减小，从而导致土体内部摩擦力增强，随着剪切位移的增大，颗粒间的位移变得更加困难，使土体整体变得更加坚硬，出现应变硬化现象。随着纤维含量的增加，加筋土中纤维填充了部分孔隙，使得颗粒间接触应力增大，摩擦作用进一步增强，在剪切过程中剪应力快速增大，故而随着纤维掺量的增强，土体的抗剪强度也在不段增大。

图3更加直观的反应了最大剪切应力与纤维掺量、竖向应力之间的变化规律。由图3可知，纤维掺量和竖向应力对最大剪切应力都有明显影响。随着纤维掺量的增加，最大剪切应力增加，表明添加纤维会增强土的抗剪强度，且在低纤维掺量下，纤维掺量越高，增强效果越好；随着竖向应力的增大，最大剪切应力也增大，这是由于竖向应力越大，土样就越密实，抗剪强度越高^[18]。

花岗岩残积土的剪切符合摩尔库伦定律，即τ=σtan φ+c（其中，τ为抗剪强度，φ为内摩擦角， c为黏聚力），按照摩尔库伦准则对实验结果进行拟合，拟合结果见表3。结合图4和表3可知，纤维掺量同时对花岗岩残积土的黏聚力与内摩擦角有影响。随着纤维掺量的增加，黏聚力增加，内摩擦角增大。

图2 不同纤维掺量下剪切应力—剪切位移曲线Fig.2 Shear stress-shear displacement curves under different fiber content

图3 最大剪切应力三维图Fig.3 Three-dimensional diagram of the maximum shear stress

图4 不同纤维掺量下的抗剪强度包线Fig.4 Shear strength envelopes with different fiber content

表3 不同纤维掺量下的内摩擦角和黏聚力Table 3 Friction angle and cohesion with different fiber content

图5为不同剪切速率下花岗岩残积土在不同法向应力作用下的剪应力—剪切位移曲线。由图5可知，在低竖向应力（100 kPa）下，剪切速率从0.5 mm/min分别变为1 mm/min和2 mm/min时，剪切强度从74.9 kPa变为82.3 kPa和89.7 kPa，分别增加了9.9%和19.8%。在高竖向应力（300 kPa）下，剪切速率从0.5 mm/min分别变为1 mm/min和2 mm/min时，剪切强度从152.4 kPa变为154.6 kPa和157.5 kPa，分别增加了1.4%和3.3%。随着剪切速率的增大，最大剪切应力相应有所增大，且随着竖向应力的增加，这一增幅逐渐减小，至竖向应力达到300 kPa时，最大剪切应力基本不随剪切速率的变化而变化。总体来看，低剪切速率下，剪切速率对最大剪切应力的影响并不大。

图6更加直观的反应了最大剪切应力与剪切速率、竖向应力之间的变化规律。由图6可知，竖向应力对最大剪切应力有明显影响，剪切速率对最大剪切应力的影响并不大。随着竖向应力的增大，最大剪切应力也增大，这是由于竖向应力越大，土样就越密实，抗剪强度越高。

结合图7和表4可知，剪切速率同时对花岗岩残积土的黏聚力与内摩擦角有影响。随着剪切速率的增加，黏聚力显著降低，内摩擦角增大。

表4 不同剪切速率下的内摩擦角和黏聚力Table 4 Friction angle and cohesion with different shear rate

取剪切速率为1 mm/min时的试验数据进行分析，图8反映了不同纤维含量下竖向位移与剪切位移的关系。规定剪胀为正，分析图8可知，在低竖向应力下，剪切初始阶段有剪缩过程，随着剪切位移的增大，呈现剪胀的趋势，在中高竖向应力下，试样一直处于剪缩状态。

由图8可知，同一低竖向应力（100 kPa）下，随着纤维含量的增加，剪胀效应逐渐增强，竖向位移为0 mm时的剪切位移也在不断减小，最终剪胀位移不断增大，纤维掺量从0%增大到0.3%、0.6%、0.9%时，最终剪胀位移分别从0.12 mm增大到0.154 mm、0.296 mm、0.38 mm。在同一高竖向应力下，未掺加纤维时，随着剪切位移增大，剪缩效应持续增强，掺加纤维后随着剪切位移增大，剪缩效应逐渐减弱。竖向应力越大，这种趋势越明显。2.3.2 最大剪胀率

图5 不同剪切速率下剪切应力—剪切位移曲线Fig.5 Shear stress-shear displacement curves under different shear rate

图6 最大剪切应力三维图Fig.6 Three-dimensional diagram of the maximum shear stress

直剪试验中的应力—剪胀规律可通过下式表示^[19]。

图7 不同剪切速率下的抗剪强度包线Fig.7 Shear strength envelopes with different shear rate

图8 不同纤维含量下竖向位移—剪切位移曲线Fig.8 Vertical displacement-shear displacement curves under different fiber content

式（1）中，Ψ_max为最大剪胀角，δ_v和δ_u分别为竖向位移和水平位移的增量。

图9为不同竖向应力下纤维掺量对最大剪涨率的影响。随着纤维掺量的增加，最大剪涨率先增大后减小，也即剪胀程度随纤维掺量增加先增强后减弱，在纤维掺量为0.3%时，剪胀程度最大。

取未掺纤维时的试验数据进行分析，图 10反映了不同剪切速率下竖向位移与剪切位移的关系。规定剪胀为正，分析图 10可知，在低竖向应力下，剪切初始阶段有剪缩过程，随着剪切位移的增大，呈现剪胀的趋势，在中高竖向应力下，试样一直处于剪缩状态。

图9 纤维掺量对最大剪胀率的影响Fig.9 Effect of fiber content on the maximum dilatancy ratio

由图 10可知，在竖向应力为100 kPa时，随着剪切速率的增加，剪胀效应先减弱再增强，竖向位移为0 mm时的剪切位移也先减小再增大，剪切速率从0.5 mm/min增大到1 mm/min、2 mm/min时，最终剪胀位移分别从0.352 mm增大到0.292 mm、0.38 mm。在竖向应力为100 kPa时，剪切速率在0.5 mm/min和1 mm/min表现为先剪缩再剪胀的趋势，在剪切速率为2 mm/min时，仅有剪缩过程。在高竖向应力（300 kPa）下，始终仅有剪缩过程。试验表明，剪切速率对试验的剪胀特性有明显影响。

图 10 不同剪切速率下竖向位移—剪切位移曲线Fig.10 Vertical displacement-shear displacement curves under different shear rate

图 11为不同竖向应力下剪切对最大剪涨率的影响。随着剪切速率的增加，最大剪涨率持续增大，也即在低剪切速率下，剪胀程度随剪切速率增加而增强。

图 11 剪切速率对最大剪胀率的影响Fig.11 Effect of shear rate on the maximum dilatancy ratio