环剪仪，主要由试样容器、机架部件、单杠杆式法向加荷部件、变速部件和扭矩、荷载传力部件等部件组成。其中变速部件由两台具有多级变速功能的变速箱组成。两台变速箱可组合成45种转速，适应多种试验的要求，最终所能提供的剪切速率在3×10^-6～2.1×10^-2r/min之间。

仪器所采用试样的外径为100mm，内径为60mm，高为20mm。试样的面积为5027mm2，平均直径a=81.7mm。对试样所能施加的最大法向应力为900kPa，扭矩传感器所能测量的扭矩最大值为300N·m。

与传统反复直剪仪相比，该设备的明显优势是在剪切过程中可以在一个方向进行连续剪切，并且剪切面积固定不变，还可施加较大的荷载（最大法向应力和水平荷载均为1000kPa），可研究大变形条件下的强度降低问题等优点。因此，环剪仪是研究残余强度较好的仪器。

土与结构物之间接触面性状的准确模拟对合理准确地分析土与结构的共同作用有重要影响。很多实际工程设计中需要考虑接触面、土与结构相互作用的问题，如面板堆石坝中的面板与碎石垫层、桩及混凝土防渗墙等与地基土之间。国内外关于接触面的研究很多，已取得了不少研究成果。钻孔灌注桩和混凝土防渗墙的施工广泛采用泥浆护壁的工艺，这种工艺在护壁的同时也常常在孔壁上残留泥浆套层——泥皮，泥皮的存在改变了土-结构相互作用的性状。因此，有关泥皮的变形及强度的性质近年来有些研究，但仍不成熟。

早期的接触面研究多用直剪仪。该仪器不仅使得接触面附近的土体应力不均，而且其变形条件与实际情况出入较大。因此，近年来，利用单剪试验进行接触面应力变形-强度特性的研究较多。单剪试验中土体变形条件与实际比较接近，但接触面上的应力分布仍不均匀，尤其在剪切变形较大时。相比之下，环剪试验能够保持接触面上应力均匀。

试验土样为福建漳州某边坡详勘钻孔取样。该地区风化剧烈，台风暴雨活动频繁，覆盖层厚，由1～3m坡积黏土和12～20m凝灰质砂岩残积黏性土组成。试验共分6组，土样分别取自滑坡处6个不同位置的勘察钻孔。将每个钻孔取出的原状土土样分为4个试样进行环剪试验，然后将试验过后的废土制成1个重塑土试样进行环剪试验，每组由4个原状土试样和1个重塑土试样组成。与直剪试验不同的是，环剪试验可以用一个试样完成几种正应力下的剪切试验，故本次试验可以获得6组共30个试件的试验数据。各组试样及试验的基本信息列于表1。其中，第4组土样明显与其他组土样颜色不同，呈褐红色。

6组试样环剪试验的分级加载大小、顺序与试验过程完全一致，使得每组试验成果之间具有良好的对比性。第5组试验成果如图1所示，其余各组与此组相似。

从图1不难看出：①在每级荷载下，当发生较大剪切位移后，残余强度趋于定值，此时剪切面上土的结构已遭到破坏，持续的扭剪使得剪切面上的土颗粒发生定向排列，形成稳定的抗剪强度；②每级加载固结后，都会使初始一段时间内存在一较明显的峰值强度，随位移的增加，强度逐渐降低并趋于常量，表明分级加载固结会使剪切面上土体发生重新黏结，固结使土体强度有所恢复；③在相同的正应力下，原状土与重塑土的残余强度基本一致，但原状土的峰值强度略大于重塑土，且重塑土样先于原状土样到达残余强度。 2100433B

环剪试验是一种空心扭剪试验，不仅可以保持剪切面积恒定不变，而且可以研究大变形下土体的抗剪能力，更重要的是可以充分克服实心扭剪试验中剪切面上正应力和剪应力分布不均的现象，因此，可假定环剪试验中剪切面上正应力和剪应力是均匀分布的。环剪试验的直接成果为一系列的扭矩M和角位移θ，根据假定及公式推导可得到剪应力τ和剪应变γ的计算公式：

式中：r₁和r₂为空心圆环的内径和外径；h为试样的高度。环剪试验中剪切面上不同半径点的剪切位移是不同的，考虑到剪切面内径和外径较为接近，可通过平均剪切位移来表示环剪试验中的剪切位移。

环剪试验是扭转剪切试验中的一种，特点之一是可以研究大变形下土体的抗剪能力。国外对此方面研究进行得较早，Hvorslev指出，只有扭转剪切方法可以满意地测定土的残余强度 。残余强度反映的是土体内部发生剪损后剪切面上残留的剪应力值，研究残余强度的目的便是探求土体遭受破坏后强度衰减的变化规律，也就是研究大应变条件下强度降低的问题。Skempton 指出，一旦滑动面形成，不论何种类型的土其强度都由残余强度控制。由此可见，残余强度体现了大变形下土的工程性质。洪勇等 在回顾国内外有关土工环剪仪研发及其应用研究工作的基础上指出，环剪试验可以研究土在大剪切位移下的软化变形模式与强度衰减模式。孙涛等 通过环剪仪对超固结黏土的抗剪强度进行了研究，为国内环剪试验研究提供了借鉴，但其重点在土的峰值强度和残余强度特性，并未在试验中测得抗剪强度指标。此外，杨有莲 利用环剪仪对不同土与混凝土接触面的力学特性进行了研究，证明环剪试验是分析量测接触界面残余强度的有效试验方法之一。

利用环剪仪的试验特点，可以研究土体在较大剪切位移下抗剪强度的变化规律。通过对残积土残余和峰值强度的环剪试验测定和对试验数据的整理与对比分析，得到了含水率与残余强度指标之间的关系，证明大变形下残积土具有浸水软化的特性；从应变阈值角度分析了残积土应变软化的性质，不同剪切位移下的残积土具有不同的抗剪强度，所研究的残积土达到峰值强度对应的应变介于0.02～0.06之间，而到达基本稳定的残余强度所需要的应变介于0.06～0.20区域内。研究还发现，矿物成分不同直接影响到残积土的残余强度，是残积土不均匀性的内部因素。

用薄壁环刀切取高为20mm的实心试样，称量并计算其天然重度。将环刀及试样装入相配的容器内，再用小直径环刀切除中心部分，即得环状试样。在切除过程中可将小直径环刀旋转地推进，这样可以使试样所受扰动降到最小。切除部分可用来测定土样的含水率。

将制作好的试样放入环剪盒中，施加法向应力固结土样。待固结完成后，调整上、下环之间的开缝宽度（0.025～0.05mm），选好变速箱的档位，开始扭转剪切。从试样剪切开始直至得到一个稳定的残余强度值，期间应使机器持续运转。每个试样均采用4级加载，以便通过试验数据的拟合得到土的残余强度指标，每级加载之前都应使试样固结。应当注意的是，每级加载须使扭转剪切方向与之前的方向相同。

除对原状土进行环剪试验，还将对试验后废土所制备成的重塑土进行环剪试验。重塑土样是经过烘干、研磨后，兑以一定质量的水，以便达到与原状土相似的含水率，并且至少需要12h的时间让水与土进行充分作用而制备成的，其固结与剪切过程与原状土一致。

岩石直剪试验在实验室或现场进行，分为岩块（或岩体)抗剪强度试验、结构面（或软弱夹层)抗剪强度试验、混凝土与基岩接触面抗剪强度试验，现场直剪试验是测定岩体抗剪强度最常用的方法，在平硐、基坑、甚至在大口径钻孔中均可进行。试验前可预先选择破坏面的位置，(或软弱夹层)抗剪强度试验、混凝土与基岩接触面抗剪强度试验。现场直剪试验是测定岩体抗剪强度最常用的方法，在平硐、基坑、甚至在大口径钻孔中均可进行。试验前可预先选择破坏面的位置，剪切载荷可按所需要的方向施加，试验方法比较简单，因此特别适用于测定岩体软弱结构面的抗剪强度 。

德国WilleGeotechnik全自动环剪仪可完成高精度环剪试验，环剪试验特点是剪切面恒定不变且位移保持连续，从而模拟出滑坡大位移、长时间的滑动，或长期的蠕变，在此期间，测定土体的抗剪强度，残余剪切应力，以及残余剪切的其他参数。由于采用了精度非常高的传感器，因此可以很好的模拟坡体滑移过程中，土体内部的抗剪强度或残余抗剪强度；同时，由于加配了孔隙水压力传感器，因此在试验过程中，还可以进行孔隙水压力变化的测量。 2100433B

直剪试验全称直接剪切试验（Direct shear test），是土力工程中寻找土的抗剪强度的一种试验。