楊凱旋，侯天順，王 琪，駱亞生

(1.西安科技大學 西安市巖土與地下工程重點實驗室，陜西 西安 710054；2.西北農(nóng)林科技大學 水利與建筑工程學院，陜西 楊凌 712100；3.陜西省引漢濟渭工程建設(shè)有限公司，陜西 西安 710011)

1 研究背景

科學技術(shù)的進步和社會的發(fā)展在給人類生活帶來巨大便利的同時也制造了諸多環(huán)境問題，由塑料制品造成的白色污染便是其中之一[1]，塑料垃圾的分類和回收利用受到人們廣泛的關(guān)注。發(fā)泡聚苯乙烯(expanded polystyrene，EPS)顆?；旌陷p量土(以下簡稱輕量土)是由原料土、EPS顆粒、水泥和水拌和而成的。因為輕量土有保溫隔熱和輕質(zhì)高強的特點，還具備自立性、易施工性等優(yōu)點，所以被廣泛地應(yīng)用于墻背回填、管道填埋、軟土地基不均勻沉降處理、舊路擴建、人造漂浮景觀等工程中。這些都屬于塑料廢棄物回收利用在土木工程領(lǐng)域的成功實踐[2-3]。

20世紀70年代，挪威、荷蘭等國家已經(jīng)開始了對輕質(zhì)填土材料的研究工作[4-6]。由于輕量土具有優(yōu)良的工程特性，自21世紀初從日本引入中國起，在中國便掀起了對輕量土研究的熱潮。在強度特性研究方面，沙玲等[7]通過不固結(jié)不排水三軸試驗對影響淤泥再生混合輕質(zhì)土強度特性的因素進行分析，發(fā)現(xiàn)EPS顆粒體積分數(shù)、水泥摻入比、養(yǎng)護齡期及圍壓等因素對輕質(zhì)土強度特性均產(chǎn)生影響。李明東等[8]研究了循環(huán)荷載下泡沫塑料混合輕質(zhì)土的力學性質(zhì)，發(fā)現(xiàn)其應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系有穩(wěn)定型和破壞型兩種，出于安全考慮，建議循環(huán)荷載下的強度宜取為無側(cè)限抗壓強度的0.75倍，即臨界加載比宜取0.75。在變形特性研究方面，Hou[9]通過室內(nèi)固結(jié)試驗研究了輕量土的壓縮特性，試驗結(jié)果顯示輕量土的側(cè)限應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線形態(tài)主要呈S型，研究還發(fā)現(xiàn)輕量土90%的沉降量在1 min之內(nèi)完成，并且沉降量與時間的關(guān)系為雙曲線關(guān)系，這是因為輕量土的沉降主要是瞬時沉降和主固結(jié)沉降。黎冰[10]通過室內(nèi)動三軸試驗研究了在動荷載作用下的EPS顆?；旌陷p質(zhì)土(lightweight clay EPS beads soil,LCES)的動變形特性，發(fā)現(xiàn)LCES的動應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系呈雙曲線關(guān)系，保持動應(yīng)力不變，輕質(zhì)土的應(yīng)變隨著水泥含量和圍壓的增大而減小，EPS顆粒摻入比對LCES的動力變形特性的影響相對較小。在滲透特性研究方面，劉漢龍等[11]通過室內(nèi)滲透試驗和三軸試驗研究了不同固結(jié)壓力下發(fā)泡聚苯乙烯輕質(zhì)混合土的滲透特性，發(fā)現(xiàn)輕質(zhì)土滲透系數(shù)隨EPS顆粒含量的降低而降低，并隨著水泥摻入比、固結(jié)壓力、齡期的增大而降低，滲透系數(shù)與固結(jié)壓力近似呈冪函數(shù)關(guān)系。在擊實特性研究方面，朱偉等[12]、李明東等[13]發(fā)現(xiàn)對于輕量土這種新型土工材料，在擊實過程中，擊實次數(shù)、擊實能量、擊實含水率對其密度和強度有很大影響，存在最優(yōu)的擊實含水率和最大干密度。Hou[14]、侯天順等[15]在前人研究的基礎(chǔ)上，通過理論推導建立了輕量土擊實密度模型和最優(yōu)含水率模型，并設(shè)計試驗對模型進行檢驗，發(fā)現(xiàn)模型預測值與實測值基本一致，證明了該模型可應(yīng)用于指導輕量土的配方設(shè)計與壓實施工。

抗剪強度是評價地基穩(wěn)定性、計算地基承載力的重要指標。Li等[16]通過固結(jié)排水三軸試驗研究了輕量土的抗剪強度特性，發(fā)現(xiàn)隨著水泥摻量的增加和EPS顆粒摻量的減小，輕量土抗剪強度、黏聚力、內(nèi)摩擦角逐漸增大。侯天順等[17]開展三軸試驗發(fā)現(xiàn)輕量土應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線有軟化型和硬化型兩種，提出軟化與硬化是剪脹、剪縮的外在表現(xiàn)，建議軟化型曲線宜采用峰值主應(yīng)力差標準，硬化型曲線宜采用軸向應(yīng)變15%標準，抗剪強度破壞包線形態(tài)受配比與圍壓控制。EPS顆粒的粒徑對輕量土的工程性質(zhì)和工程造價有較大的影響，為了研究EPS粒徑對輕量土抗剪強度的影響規(guī)律，侯天順等[18]對EPS顆粒體積比為40%的3種EPS粒徑輕量土開展了直剪試驗，發(fā)現(xiàn)隨著EPS粒徑的增大，輕量土抗剪強度、黏聚力逐漸減小，內(nèi)摩擦角無顯著變化規(guī)律。提出了固化土、EPS顆粒3界面接觸抗剪強度模型，從理論上闡明了抗剪強度隨粒徑增大而衰減的原因，建議在實際生產(chǎn)中優(yōu)先選擇3～5 mm粒徑的EPS顆粒。沙玲等[7]對比了三軸試驗和直剪試驗的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)淤泥再生混合輕質(zhì)土的抗剪強度發(fā)展機理與一般黏性土類似，其強度為黏聚分量、剪脹分量和摩擦分量之和。

上述成果從多角度研究了輕量土的物理力學性質(zhì)及其影響因素，如：輕質(zhì)材料的類別、原料土的類別、水泥摻量、EPS顆粒摻量、含水率、圍壓、擊實功等[19-20]，也有學者從擊實特性與土壓力特性方面對輕量土進行研究[21-22]。然而，有關(guān)剪切速率對輕量土抗剪強度的影響目前鮮有報道。在不同的施工條件和施工周期下，往往產(chǎn)生不同的剪切速率[23-24]。不同剪切速率下，由于剪切面上土骨架的應(yīng)變率不同以及土體滲透性和排水效果的差異，導致巖土體抗剪強度不盡相同[25-26]。當輕量土作為臨河路基填筑材料和軟土地基處理材料時，研究飽和輕量土在不同剪切速率時的抗剪強度特性具有重要意義。基于此，本文采用直剪儀對不同配比的EPS顆?；旌陷p量土在剪切速率分別為0.02，0.1，0.2，0.8，2.4 mm/min時開展直剪試驗，對比不同配比輕量土在5種剪切速率下抗剪強度的異同，闡明剪切特性產(chǎn)生差異的原因，以期為輕量土在相關(guān)巖土工程領(lǐng)域的應(yīng)用提供理論參考。

2 試驗材料與方法

2.1 試驗材料

試驗原料土為陜西省楊凌地區(qū)的黃土，取土深度為4～6 m，土質(zhì)為低液限粉質(zhì)黏土。經(jīng)過標準輕型擊實試驗測得原料土的最大干密度為1.70 g/cm3，最優(yōu)含水率為20.60%，其他基本參數(shù)見表1。固化劑為復合硅酸鹽水泥，型號為P·C32.5R；輕質(zhì)材料采用EPS球型顆粒，球粒的直徑為3～5 mm，經(jīng)過測量其純顆粒密度為0.010 6 g/cm3，堆積密度為0.006 5 g/cm3；試驗中使用的水均為普通自來水。

2.2 試樣制備

將原料土碾碎、過2 mm篩后放入105 ℃烘箱中烘24 h，以烘干備用。根據(jù)試驗方案的配比按如下步驟進行制樣：(1)將干土與水泥混合，用調(diào)土刀拌和均勻。(2)將稱好的水均勻地噴灑入水泥土中，并充分攪拌。(3)加入EPS顆粒，再次攪拌均勻。(4)采用質(zhì)量控制，稱量預定重量的輕量土加入到高20 mm，直徑61.8 mm的環(huán)刀中，用千斤頂進行壓樣法制樣。(5)試樣養(yǎng)護。將帶環(huán)刀的樣品放入標準養(yǎng)護箱(溫度為20±2 ℃，濕度為95%)內(nèi)養(yǎng)護28 d，為了避免對試樣造成破損，養(yǎng)護期間不脫模。(6)試樣飽和。由于抽氣飽和后，EPS顆粒發(fā)生明顯的干癟收縮，高泡沫摻量的試樣損壞明顯，所以本文對所有養(yǎng)護成型的試樣均采用浸水24 h的方式進行飽和[18]。

2.3 試驗方案

試驗方案如表2所示。

表1 原料土的基本物理性質(zhì)參數(shù)

表2 直剪試驗方案

表2中EPS顆粒摻量ae、水泥摻量ac、含水率w均以干土的質(zhì)量ms為標準。現(xiàn)定義EPS顆粒摻量為ae=me/ms×100%，其中me為EPS顆粒的質(zhì)量；水泥摻量ac=mc/ms×100%，其中mc為水泥的質(zhì)量；含水率w=mw/ms×100%，其中mw為水的質(zhì)量，定義EPS顆粒體積比為be=ve/v×100%[9]，其中v為試樣體積，ve為EPS純顆粒體積。表中EPS顆粒3種摻量0.32%、0.81%、1.90%所對應(yīng)的EPS顆粒體積比be分別為30%、50%、70%。本試驗著重研究各配比輕量土在最優(yōu)含水率wop、壓實度為90%時的剪切特性。根據(jù)文獻[12]～[14]的研究結(jié)果，當固化劑水泥摻量為15%、輕量土的EPS顆粒摻量分別為0.32%、0.81%、1.90%時，采用的最優(yōu)含水率分別為30.74%、34.87%、38.84%；EPS顆粒摻量為0.81%時，水泥摻量為10%、20%的輕量土對應(yīng)的最優(yōu)含水率分別為33.57%、36.07%。設(shè)置素土樣進行對照試驗。為保證試驗結(jié)果具有一般性，每個配比的樣品制備2組，每組4個，取平均值作為試驗結(jié)果。

將養(yǎng)護、飽和完成的試樣，在法向應(yīng)力分別為50、100、150、200 kPa下，使用南京寧曦土壤儀器有限公司生產(chǎn)的DSJ-3型電動四聯(lián)等應(yīng)變直剪儀按照規(guī)范[27]進行快剪試驗，剪切速率分別為0.02，0.1，0.2，0.8，2.4 mm/min，其中剪切速率0.2 mm/min通過手動控制。若剪應(yīng)力-剪切位移關(guān)系曲線無峰值時，取剪切位移為4 mm時對應(yīng)的剪切應(yīng)力為抗剪強度；若有峰值時，取峰值為抗剪強度。

3 試驗結(jié)果與分析

3.1 剪切速率對土體剪應(yīng)力-剪切位移關(guān)系曲線的影響

土體的剪切面在剪切過程中的變形特征可以由剪應(yīng)力-剪切位移關(guān)系曲線反映出來。輕量土的剪應(yīng)力-剪切位移關(guān)系曲線有硬化型和軟化型兩種，素土的剪應(yīng)力-剪切位移關(guān)系曲線為硬化型。選取典型配比ac=15%、ae=0.81%的輕量土試樣和素土樣，在不同法向應(yīng)力下進行5種剪切速率試驗，得出的輕量土和素土剪應(yīng)力-剪切位移關(guān)系曲線如圖1所示。

由圖1可知：(1)不同剪切速率下，配比ac=15%，ae=0.81%的輕量土試樣和素土樣的剪應(yīng)力-剪切位移關(guān)系曲線呈現(xiàn)出的形態(tài)基本相同，為應(yīng)變硬化型。(2)配比ac=15%，ae=0.81%的輕量土和素土試樣的剪應(yīng)力隨剪切位移的增長主要歷經(jīng)3個階段，即線性增長階段、屈服階段、穩(wěn)定階段。剪切速率越大，屈服階段歷時越短，剪切達到穩(wěn)定階段所需的時間越少，在曲線上表現(xiàn)為剪應(yīng)力達到穩(wěn)定值時，對應(yīng)的剪切位移越小。

對于輕量土而言，出現(xiàn)以上現(xiàn)象的原因為：(1)在剪切初期，隨著剪切位移增大，主要是試樣中的黏聚力發(fā)揮作用，固化土和EPS顆粒產(chǎn)生變形協(xié)調(diào)作用，水泥水解水化產(chǎn)生的膠結(jié)物質(zhì)使得輕量土具有較大的黏聚力，所以剪切初期曲線增速較快，為線性增長階段。(2)剪切中期，隨著剪切位移繼續(xù)增大，剪切界面出現(xiàn)裂縫，當水泥摻量較高或者EPS顆粒摻量較少時，固化土骨架可以包裹EPS顆粒，EPS顆粒被剪斷，試樣出現(xiàn)貫穿的剪切面，強度出現(xiàn)峰值(如配比ac=15%，ae=0.32%和ac=20%，ae=0.81%的輕量土)，則剪應(yīng)力-剪切位移關(guān)系曲線為軟化型。反之，EPS顆粒被壓縮但并未被剪斷，無貫通的剪切面出現(xiàn)，試樣進入屈服階段(如配比ac=15%，ae=0.81%；ac=15%，ae=1.90%；ac=10%，ae=0.81%的輕量土)，則剪應(yīng)力-剪切位移關(guān)系曲線為硬化型。(3)剪切后期，剪切位移繼續(xù)增大，對于中部出現(xiàn)貫穿剪切面的試樣，剪應(yīng)力相比峰值明顯減小，后期強度主要來源于上下剪切面上的純摩擦，在法向應(yīng)力一定時，純摩擦的性能是一定的，殘余強度趨于某一定值，曲線出現(xiàn)近似水平段。對于中部未出現(xiàn)貫穿剪切面的試樣，其一直處于屈服階段，剪應(yīng)力隨剪切位移的增大繼續(xù)緩慢增加。剪切速率的大小只影響各階段持續(xù)時間的長短，并未影響曲線形狀。對于素土而言，在不同的剪切速率下，由于剪切面上的應(yīng)變率不同和排水效果的差異，只是線性增長階段、屈服階段、穩(wěn)定階段持續(xù)時間不同，剪應(yīng)力-剪切位移曲線仍均為硬化型。

3.2 剪切速率對土體抗剪強度包線的影響

在不同試驗方案下，輕量土及素土在不同剪切速率下的抗剪強度包線如圖2所示。由圖2可知：(1)不同剪切速率下，各配比輕量土的抗剪強度包線形態(tài)基本相同，近似為折線型包線。折線型包線形態(tài)說明了輕量土與超固結(jié)黏性土和密砂類似，是一種結(jié)構(gòu)性土體，轉(zhuǎn)折點反映了土體正從超固結(jié)狀態(tài)向正常固結(jié)狀態(tài)轉(zhuǎn)換，土體內(nèi)部正由黏聚力起主導作用向內(nèi)摩擦角起主導作用轉(zhuǎn)換[16-18]。(2)水泥摻入比、EPS顆粒摻入比、法向應(yīng)力對輕量土抗剪強度的影響明顯。法向應(yīng)力越大，則輕量土的抗剪強度越大；水泥摻入比越大、EPS顆粒摻入比越小，則輕量土的抗剪強度越大。(3)值得注意的是，配比為ac=15%、ae=1.90%的輕量土試樣，即EPS顆粒體積比為70%時，其抗剪強度包線與素土基本接近，說明當EPS顆粒體積摻入比達到70%時，水泥對原料土的固化效果不明顯。

3.3 剪切速率對土體抗剪強度的影響

抗剪強度是分析邊坡穩(wěn)定性，評價地基承載力的重要參數(shù)。不同法向應(yīng)力下各配比輕量土及素土的抗剪強度-剪切速率關(guān)系曲線如圖3所示。由圖3可知：(1)對于輕量土而言，剪切速率對土體抗剪強度的影響較小。如以輕量土試樣在剪切速率為0.02 mm/min時的抗剪強度為基準，在50、100、150、200 kPa法向應(yīng)力下，剪切速率為0.1、0.2、0.8、2.4 mm/min時抗剪強度的絕對增長量變化范圍為-11.40～13.90 kPa，相對增長量變化范圍為-13.89%～13.04%。(2)對于素土而言，隨著剪切速率的增大，抗剪強度逐漸減小。如以素土樣在剪切速率為0.02 mm/min時的抗剪強度為基準，在50、100、150、200 kPa法向應(yīng)力下，剪切速率為0.1、0.2、0.8、2.4 mm/min時抗剪強度的絕對增長量變化范圍為-23.90～-0.60 kPa，相對增長量變化范圍為-30.04%～-1.10%。(3)輕量土抗剪強度變化特征在剪切速率為0.2 mm/min前后出現(xiàn)差異，當剪切速率v<0.2 mm/min時，輕量土抗剪強度隨剪切速率的增大一般為先減小后增大；當剪切速率v>0.2 mm/min時，抗剪強度隨剪切速率的增大先增加后減小。(4)剪切速率相同時，不同配比輕量土抗剪強度差異較大。

圖1 不同法向應(yīng)力下各配比輕量土及素土不同剪切速率的剪應(yīng)力-剪切位移關(guān)系曲線

圖2 各配比輕量土及素土在不同剪切速率下的抗剪強度包線

圖3 不同法向應(yīng)力下各配比輕量土及素土的抗剪強度-剪切速率關(guān)系曲線

出現(xiàn)以上現(xiàn)象的原因是：對于素土，雖然快剪試驗限制試樣排水，但土顆粒之間仍存在縫隙。剪切速率越小，則試樣排水的時間越充分，超靜孔隙水壓力消散越徹底，這有利于土體黏聚力和內(nèi)摩擦角的增加，進而提高土體的抗剪強度，所以素土的抗剪強度隨著剪切速率的增大而減小[24]。而輕量土作為一種結(jié)構(gòu)性土體[9-10]，主要由原料土、EPS顆粒和固化劑三者組成，堅固的網(wǎng)狀土骨架主要是通過固化劑的結(jié)點固化效應(yīng)形成的，而EPS顆粒主要是起到減重作用，并且是作為軟夾雜物存在于孔隙之中。配比對輕量土抗剪強度的影響是決定性的，不同剪切速率引起的排水效果和超靜孔隙水壓力消散快慢的差異對輕量土影響較小，所以導致剪切速率對輕量土抗剪強度的影響較小。試驗結(jié)果中剪切速率在0.2 mm/min前后輕量土抗剪強度出現(xiàn)差異的原因可能為試驗誤差所致。

3.4 剪切速率對土體抗剪強度指標的影響

土體的抗剪強度指標通常包括黏聚力和內(nèi)摩擦角。黏聚力可以用來表示同種物質(zhì)內(nèi)部相鄰各部分之間的相互吸引力；內(nèi)摩擦角可以用來表征土體內(nèi)部各顆粒之間內(nèi)摩擦力的大小，包括滑動摩擦和咬合摩擦。不同配比的輕量土擁有不同的結(jié)構(gòu)強度，在宏觀上表現(xiàn)為擁有不同的黏聚力和內(nèi)摩擦角。不同剪切速率對結(jié)構(gòu)的破壞程度通常不同，研究剪切速率對黏聚力和內(nèi)摩擦角的影響很有必要。

3.4.1 剪切速率對土體黏聚力的影響 圖4為不同配比的輕量土及素土的黏聚力-剪切速率關(guān)系曲線。由圖4可知：(1)同配比輕量土試樣，其黏聚力隨剪切速率的增大變化幅度較小。如配比為ac=15%，ae=0.81%的輕量土試樣，剪切速率為0.02、0.1、0.2、0.8、2.4 mm/min時所對應(yīng)的黏聚力分別為36.34、35.40、33.90、34.70、39.75 kPa。以輕量土試樣在剪切速率為0.02 mm/min時的黏聚力為基準，0.1、0.2、0.8、2.4 mm/min時黏聚力的絕對增長量變化范圍為-6.45～3.40 kPa，相對增長量變化范圍為-19.38%～9.35%。(2)素土的黏聚力雖然隨著剪切速率的增大而逐漸減小，但是減小幅度較小。例如，以素土在剪切速率為0.02 mm/min時的黏聚力為基準，剪切速率為0.1、0.2、0.8、2.4 mm/min時黏聚力的絕對增長量變化范圍為-0.75～-0.35 kPa，相對增長量變化范圍為-11.19%～-5.22%。(3)剪切速率一定時，不同配比輕量土試樣，其黏聚力差異明顯。隨著EPS顆粒摻入比的增大，黏聚力逐漸減??；隨著水泥摻入比的增大，黏聚力逐漸增大。

圖4 不同配比的輕量土及素土的黏聚力-剪切速率關(guān)系曲線

究其原因，輕量土的黏聚力主要來源于水泥中所含有的硅酸二鈣、硅酸三鈣、鋁酸三鈣、鐵鋁酸四鈣與水發(fā)生水解、水化反應(yīng)產(chǎn)生的膠凝狀物質(zhì)，膠凝狀物質(zhì)通過包裹土與EPS顆粒形成致密的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，經(jīng)硬化后形成混合土的黏聚力。水泥摻量越多，EPS顆粒摻量越少，膠結(jié)結(jié)構(gòu)越強，輕量土黏聚力越大。剪切速率的不同僅導致混合土結(jié)構(gòu)破壞的快慢不同，并不影響?zhàn)ぞ哿Φ陌l(fā)揮，所以剪切速率對黏聚力影響較小。對于素土而言，剪切速率越小，則超靜孔隙水壓力消散越徹底，黏聚力越大。

3.4.2 剪切速率對土體內(nèi)摩擦角的影響 圖5為不同配比的輕量土及素土的內(nèi)摩擦角-剪切速率關(guān)系曲線。由圖5可知：(1)素土的內(nèi)摩擦角隨剪切速率的增大逐漸減小，但配比一定時，輕量土的內(nèi)摩擦角隨剪切速率變化幅度較小。以輕量土和素土試樣在剪切速率為0.02 mm/min時的內(nèi)摩擦角為基準，0.1、0.2、0.8、2.4 mm/min時內(nèi)摩擦角的絕對增長量變化范圍為-1.72°～3.48°和-0.88°～-5.92°，相對增長量變化范圍為-6.95%～17.75%和-24.11%～-3.58%。(2)剪切速率一定時，輕量土的內(nèi)摩擦角隨水泥摻入比的增大，EPS顆粒摻入比的減小而增大，但增幅較小。(3)輕量土內(nèi)摩擦角在EPS顆粒摻量為0.81%，即體積比為50%前后，內(nèi)摩擦角差異明顯。比如：配比為ac=15%，ae=0.32%(體積比為30%)的輕量土試樣，在各剪切速率下，內(nèi)摩擦角介于33.70°～36.60°之間。而其他各配比輕量土的內(nèi)摩擦角均介于19.61°～26.76°之間，與素土內(nèi)摩擦角接近。

圖5 不同配比的輕量土及素土的內(nèi)摩擦角-剪切速率關(guān)系曲線

以上現(xiàn)象出現(xiàn)的原因是：輕量土作為一種結(jié)構(gòu)性土體，內(nèi)摩擦角的大小主要與混合土的配比和各組分內(nèi)部鑲嵌、排列結(jié)構(gòu)形式有關(guān)，與剪切速率的快慢關(guān)系較小。將輕量土中的固化土、EPS顆粒分別定義為3界面接觸：固化土-EPS，EPS-EPS，固化土-固化土[18]。當土顆粒含量相對較多時，EPS顆粒則相對較少，水泥水解水化形成的膠凝狀物質(zhì)能充分填充EPS和土產(chǎn)生的孔隙，將土和EPS顆粒牢牢包裹，形成密實的結(jié)構(gòu)，此時混合土內(nèi)部多為固化土-EPS、固化土-固化土形成的強接觸，接觸效果良好，內(nèi)摩擦角較大。反之，當EPS摻量較多時，膠結(jié)物質(zhì)所占體積減小，混合土內(nèi)部多為EPS-EPS的弱接觸，試樣出現(xiàn)較多肉眼可見的孔隙，在剪切作用下，內(nèi)摩擦角較小，結(jié)構(gòu)容易破壞。

4 結(jié) 論

(1)輕量土的剪應(yīng)力-剪切位移關(guān)系曲線有應(yīng)變硬化型和應(yīng)變軟化型兩種形態(tài)，主要受EPS顆粒摻入比、水泥摻入比和法向應(yīng)力的影響。素土的剪應(yīng)力-剪切位移關(guān)系曲線形態(tài)為硬化型。硬化型曲線主要包括線性增長階段、屈服階段、穩(wěn)定階段3部分。剪切速率越大，屈服階段歷時越短，剪切達到穩(wěn)定階段所用時間越少。

(2)不同剪切速率下，輕量土抗剪強度包線多為折線型，法向應(yīng)力和配比對其抗剪強度的影響是決定性的。法向應(yīng)力越大，抗剪強度越大；水泥摻入比越大，EPS顆粒摻入比越小，抗剪強度越大。EPS顆粒體積摻入比達到70%時，水泥固化效果較差。

(3)剪切速率對輕量土抗剪強度的影響較小，對素土抗剪強度影響較大。隨著剪切速率的增大，素土抗剪強度逐漸減小。以剪切速率為0.02 mm/min時的抗剪強度為基準，輕量土和素土剪切速率為0.1、0.2、0.8、2.4 mm/min時抗剪強度的絕對增長量范圍分別為-11.40～13.90 kPa和-23.90～-0.60 kPa，相對增長量范圍分別為-13.89%～13.04%和-30.04%～-1.10%。

(4)輕量土的黏聚力和內(nèi)摩擦角主要由其配比決定，水泥摻入比越大，EPS顆粒摻入比越小，則黏聚力和內(nèi)摩擦角越大。剪切速率對輕量土黏聚力和內(nèi)摩擦角影響較小，對素土影響較大，素土的黏聚力和內(nèi)摩擦角隨剪切速率的增大而逐漸減小。以試樣在剪切速率為0.02 mm/min時的黏聚力和內(nèi)摩擦角為基準，當剪切速率為0.1、0.2、0.8、2.4 mm/min時，輕量土黏聚力和內(nèi)摩擦角的絕對增長量范圍分別為-6.45～3.40 kPa和-1.72°～3.48°，相對增長量范圍分別為-19.38%～9.35%和-6.95%～17.75%；素土黏聚力和內(nèi)摩擦角的絕對增長量范圍分別為-0.75～-0.35 kPa和-0.88°～-5.92°，相對增長量范圍分別為-11.19%～-5.22%和-24.11%～-3.58%。