在岩土工程领域，直剪试验作为测定土体抗剪强度的经典方法，其核心目标是通过模拟实际受力条件下的剪切破坏过程，获取两个关键参数——内摩擦角与凝聚力。这两个参数如同“双螺旋”，共同支撑着土体抵抗剪切变形的能力，直接影响地基承载力、边坡稳定性及隧道支护设计等工程决策。

　一、概念解析：摩擦与粘结的力学本质

　内摩擦角是土体颗粒间摩擦特性的宏观表征，反映土体在剪切破坏时抵抗滑动的能力。其物理意义可拆解为两部分：一是颗粒表面粗糙度引发的滑动摩擦，二是颗粒间嵌入、联锁及脱离咬合时产生的咬合摩擦。例如，砂土的内摩擦角通常在28°-45°之间，颗粒越粗、棱角越分明，摩擦角越大；而黏性土因含水率高、颗粒细小，摩擦角多在10°-30°之间。

　凝聚力则是土颗粒间粘结作用的量化指标，其来源包括原始粘聚力（如硅、铁等天然胶结物质）、固化粘聚力（化学胶结作用）及毛细粘聚力（孔隙水形成的表面张力）。例如，高塑性黏土的凝聚力可达50kPa以上，而砂土的凝聚力通常接近零。

　二、试验类型：排水条件决定参数类型

　直剪试验通过控制排水条件形成三种典型方法，对应不同的参数获取逻辑：

　快剪试验：在3-5分钟内完成剪切，全程禁止排水，孔隙水压力无法消散。此时测得的内摩擦角为总应力参数，未考虑孔隙水压力影响，适用于模拟瞬时加载场景（如地震作用）。例如，某软黏土快剪试验测得内摩擦角为8°，但因未排除孔隙水压力，其值显著低于真实抗剪能力。

　慢剪试验：允许土样在剪切过程中充分排水，孔隙水压力完全消散，测得的内摩擦角为有效应力参数（即有效内摩擦角）。例如，同一软黏土在慢剪试验中测得有效内摩擦角为18°，较固结快剪结果提升50%，更接近真实工程状态。

　固结快剪试验：先允许土样排水固结至孔隙水压力消散，再快速剪切并禁止排水。此时测得的内摩擦角介于快剪与慢剪之间，适用于渗透系数小于10⁻⁵cm/s的细粒土。

　三、参数测定：从试验数据到力学指标

　直剪试验的参数测定流程遵循库仑定律（τ=σtanφ+c），通过绘制垂直压力-抗剪强度曲线确定φ值与c值：

　试样制备：采用环刀切取原状土样或重塑土样，控制含水率与干密度，确保试验条件与工程实际一致。例如，南水北调穿黄工程中，通过原位直剪试验发现，土体凝聚力随高程增加而减小，而摩擦角随高程增加而增大，揭示了土体抗剪强度的空间变异性。

　剪切过程：在试样上施加垂直压力后，以0.8-1.2mm/min的速率施加水平剪力，记录剪应力与剪切位移关系曲线。若曲线出现峰值，取峰值作为抗剪强度；若无峰值，则取剪切位移达4mm时的剪应力。

　参数计算：以抗剪强度为纵坐标、垂直压力为横坐标绘制曲线，直线斜率即为内摩擦角φ，纵轴截距为凝聚力c。例如，某砂土试样在垂直压力100kPa下测得抗剪强度为40kPa，则内摩擦角约为21.8°（tanφ=0.4）。

　四、工程应用：参数选择需匹配场景需求

　工程设计中对参数的选择需严格匹配实际工况：

　短期稳定性分析（如边坡瞬时滑移预测）宜采用快剪内摩擦角，因其反映瞬时受力状态。例如，某高速公路边坡设计若采用快剪参数，可能因低估抗剪能力导致安全系数偏低。

　长期稳定性分析（如地基沉降计算）需采用慢剪有效内摩擦角，因其考虑孔隙水压力消散后的真实抗剪能力。例如，某高层建筑地基设计若采用慢剪参数，可避免因参数过于保守增加工程造价。

　中间工况分析（如施工期边坡监测）可采用固结快剪参数，平衡安全性与经济性。例如，某隧道开挖过程中，通过固结快剪试验监测围岩抗剪强度变化，及时调整支护参数。

　直剪试验中的内摩擦角与凝聚力，既是土体抗剪强度的“基因密码”，也是工程安全的“生命线”。从实验室的微小试样到千米深的地基，从瞬时地震到百年沉降，这两个参数始终贯穿于岩土工程的每一个决策环节。理解其本质、掌握其测定方法、合理应用其工程价值，是每一位岩土工程师的必修课。