十字板剪切实验

1、高等土力学22页将十字钢板插入土中，施加扭矩达到最大值T=时，十字板在上中被扭动（如高土图 1-29）,通过这个扭矩来计算上的抗剪强度，对于野外试验，板高与外径之比一般为H/D二2。 对于各向同性的土：T =9 Tmax1 7 nD3实际上，现场上常常是各向异性的，对于正常固结丄，水平而上的抗剪强度一般大于垂 直面上的抗剪强度。用上述公式计算的-一般偏大，常经过修正后使用。适用于软塑到硬塑状态的粘土，对于饱和软粘上，它测得的抗剪强度相当于不排水抗剪 强度Z十字板対切试验是在钻孔中进行的.其目的是测定饱水软粘土的抗剪强度：十字板明切试验工程适用条件：（1）沿海软土分布地区但不会有砂层、砾石.贝壳

2、等成分的软粘土（2）会冇粉砂夹层者.其测定结果往往偏大.可以获得的物理力学性质参数软土的不排水抗明强度（Cu）：计算重塑土不排水抗眄强（Cu ）.绘制抗明强度随试验深度的变化曲线；计够出的灵敬度（S） 估计地基容许承我力R及确定软土路堤的临界高度或极限甬度和变形模址（E0。主要试验目的1. 测求饱和粘性土的不排水抗剪强度和灵敏度；不排水抗剪强度峰2. 估算地基土承载力和单桩十字板剪值cu（kPa）和残余值承载力；3. 切试验c u （kPa） 3计算边坡稳定性；4. 判断软粘性土的应力历史。注意事项：1试验过程中，插入不同深度、十字板插入深度不应小于钻孔或套管直径的3-5倍；孔间距 大于0.

3、75-1米。2、十字板插入土后应停留2-3分钟，太短或太长会使强度减小或增大。3、剪切速度一般为1 -2 /10秒，过快（粘滞性）过慢（固结）会使强度增加。一般3-10 分钟会岀现峰值后应继续剪切1分钟。4、测出峰值后应快速转动6周，测重塑土的不排水抗剪强度。5、十字板的规格：板高/板宽二2,刃角60 ,面积比=13%-14% （越小越好）。6、山于圆柱侧面和顶面达到剪切破坏不是同时的，因此强度并不是真正的峰值, 是一种平均抗剪强度实验3：十字板剪切试验这是一种原位测试土抗剪强度的方法。室内的抗剪强度测试要求収得原状土样。但由干试样在采取.运送、 保存和制备等方而不可避免地受到扰动，含水虽也很

4、难保持.特别是对于商灵敬度的软粘上.室内试验结 果的精度就受到影响C十字板剪切试验不需取原状上样，试验时的排水条件、受力状态与土所处的天然状 态比较接近，对于很难取样的土.如软粘上，也可以进行测试。原理如下：试验时先将套管打到预定的深度.并将套管内的丄清除。将十字板装在钻杆的下端后.通过套管压入 土中.斥入深度约为750IEC1O然后由地面上的扭力设备对钻杆施加扭矩，使埋在土中的十字板扭转.直至 上剪切破坏。破坏面为十字板旋转所形成的圆柱而。设剪切破坏时所施加的扭矩为乩则它应该与剪切破坏圆柱面(包括侧而和上下面)上上的抗剪强度所 产生的抵抗力矩相等，即”“ D c 泌F DM = rd)H r

5、v + 2j2 v 43 H二丄也2刃 +丄辺尸2 6式中M剪切破坏时的扭力矩，kNXrn：%、S 一男切破坏时的恻柱体侧浙和上下面丄的抗剪强度，kPa：H字板的岛度，m：D字板的直径，m严格地讲.J 和厂耳是不同的。爱斯(Aas)曾利用不同的D/H的十字剪力仪测定饱和粘性上的抗剪强度。试验结果表明：对于所试验的正常固结饱和粘性七 J /旷1520对于稍超固结的饱和软粘土. % / r*=l.l.实用上为了简化计算,目前在常规的十字板试验中仍假设将这一假设 代入式(3-15)中,得式中 J一一在现场由十字板测定的土的抗剪强度，kPa：其余符号同前。由十字板在现场测定的土的抗剪强度.属干不排水剪

6、切的试验条件，因此其结果应与无侧限抗斥强度试验结果接近即十字板剪切仪适用于饱和软粘土，特别适用于难于取样或试样在自重作用下不能保持原有形状的软粘土。它的优点是构造简做，操作方便，试验时对上的结构扰动也较小，故在实际中广泛得到应用。（五）十字板剪切试验（VST）十字板剪切试验于1928年在瑞七奥尔桑（JOlsson）首先提岀。在我国于1954年开 始使用十字板剪切试验以来，在沿海软上地区被广泛使用。十字板剪切试验是快速测定饱和 软粘上层快剪强度的一种简易而可靠的原位测试方法。这种方法侧得的抗剪强度值，相当于 试验深度处天然上层的不排水抗剪强度，在理论上它相肖于三轴不排水剪的总强度，或无侧 限抗压

7、强度的一半（0二0）。由于十字板剪切试验不需采取丄样，特別对于难以取样的灵敏 性高的粘性土，它可以在现场基本保持天然应力状态下进行扭剪。长期以来十字板剪切试验 被认为是一种较为有效的、可靠的现场测试方法，与钻探取样室内试验相比，上体的扰动较 小，而且试验简便。但在有些情况下已发现十字板剪切试验所测得的抗剪强度在地基不排水稳左分析中偏 于不安全，对于不均匀上层，特别是夹有薄层粉细砂或粉上的软粘性上，十字板剪切试验会 有较大的误差。因此将十字板抗剪强度直接用于工程实践中，要考虑到一些影响因素。1. 十字板剪切试验的基本技术要求使字板尺寸H (nun)D (mm)国内10050231507523国外

8、125 12. 562. 5 12. 52十字板尺寸表8-33（1）十字板尺寸：常用的十字板尺寸 为矩形，髙径比（/少为2）。国外使用的 十字板尺寸与国内常用的十字板尺寸不 同，见表8-33。（2）对于钻孔十字板剪切试验，十字 板插入孔底以下的深度应大于5倍钻孔 径，以保证十字板能在不扰动上中进行剪切试验。(3) 十字板插入上中与开始扭剪的间歇时间应小于5min。因为插入时产生的超孔隙水压 力的消散，会使侧向有效应力增长。拖斯坦桑(Torstensson(1977)发现间歇时间为1力和的，试验所得不排水抗剪强度比间歇时间为5min的，约分别增长9%和19虬(4) 扭剪速率也应很好控制。剪切速率

9、过慢，由于排水导致强大增长。剪切速率过快， 对饱和软粘性上由于粘滞效应也使强度增长。一般应控制扭剪速率为12 /10s,并以此 作为统一的标准速率，以便能在不排水条件下进行剪切试验。测记每扭转1的扭矩，当扭 矩出现峰值或稳定值后，要继续测读lmin,以便确认峰值或稳定扭矩。(5) 重塑上的不排水抗剪强度，应在峰值强度或稳定值强度出现后，顺剪切扭转方向连 续转动6圈后测定。(6) 十字板剪切板试验抗剪强度的测定精度应达到12kPa。(7) 为测左软粘性上不排水抗剪强随深度的变化，试验点竖向间距应取为lm,或根据静 力触探等资料布置验点。2. 十字板剪切试验的基本原理十字板剪切试验包括钻孔十字班剪

10、切试验和贯入电测十字板剪切试验，其基本原理都 是：施加一立的扭转力矩，将上体剪坏，测立上体对抗扭剪的最大力矩，通过换算得到土体 抗剪强度值(假左尹0)。假设上体是各向同性介质，即水平而的不排水抗剪强度匕人与垂直 而上的不排水抗剪强度心，相同：必丿产幺儿。旋转十字板头时，在上体中形成一个直径为 D,高为力的圆柱剪切破坏而。由于假设上体是各向同性的，因此该圆柱剪损而的侧表而及 顶底而上各点的抗剪强度相等，则旋转过程中，丄体产生的最大抗扭矩於由圆柱侧表而的抵 抗扭矩也和圆柱底而的抵抗扭矩必组成。(8-45)M =M| +M2式中：M =Ci;rDH M. = 2C“ (丄初乍2 &42则：所以如创卄

11、扣“=扫妙(”自(8-46)2M(8-47)(HCD式中a 与圆柱顶底而剪应力的分布有关的系数，见表8-34：M 一一十字板稳定最大扭转矩(即上体的最大抵抗扭矩).a值表834恻柱顶底血剪应力分布均匀抛物线三角形a2/33/51/2影响十字板剪切试验的因素很多，有些因素，如十字板厚度、间歇时间和扭转速率等。 已由技术标准加以控制了，但有些因素是无法人为控制的。例如：上的各向异性，剪切面剪 应力的非均匀分布，应变软化和剪切破坏圆柱直径大于十字板直径等等。所有这些因素的影 响大小，均与上类，上的塑性指数乙和灵敏度S,有关。当乙高，9大，各因素的影响也大。 故对于高塑性的灵敏粘丄，对十字板剪切试验的

12、成果，要做慎重分析。3. 十字板剪切试验的适用范围和目的十字板剪切试验适用于灵敏度SK10,固结系数CXIOOm3/年的均质饱和软粘性上。英 目的有：(1) 测怎原位应力条件下软粘上的不排水抗剪强度G：(2) 估算软粘性土的灵敏度$。4. 十字板剪切试验成果的应用十字板剪切试验成果主要有：十字板不排水抗剪强度G随深度的变化曲线，即关 系曲线。十字板不排水抗剪强度一般偏高，要经过修正以后，才能用于实际工程问题。其修正(8-48)(8-49)(8-50)方法有：(GJf式中(C“)/ 一一土的现场不排水抗剪强度(kPa)： (C“h 一一十字板实测不排水抗剪强度(KPa)； / 一一修正系数，按表

13、8-35选取。国外约翰逊(Johnson 1988)等对墨西哥海湾深水软上的试验:“ = 1.29-0.0206/ + 0.000156/; (20=Ip=80)“ =10-(0.(X)770.0981!.)(0.2 IL 1.3 )十字剪板修正系数表8-35液性指数儿10152025各向同性土0. 910. 880. 850. 82各向异性土0. 950. 920.900. 88经过修正后的十字板不排水抗剪强度可用于平左地基丄的现场不排水抗剪强度，即式 (8-48)确定的(Cu .用(Cu).也可以确左软上地基的承载力：根据中国建筑科学研究院，华东电力设计院的经验，依据(Cj/评左软丄地基承载力 标准值A (kPa)的公式为：A =