岩土工程测试十字板剪切试验（ppt）

岩土工程测试技术第六章十十字板板剪切试试验第一节概概述述第二节试试验验的原理理与仪器器设备第三节试试验方方法与技技术要求求第四节试试验验资料整整理及影影响因素素分析第五节试试验验成果应应用岩土工程程测试技技术第一节概概述一、定义义十字板剪剪切试验验（VaneShearTest简称VST）是一种通过过对插入入地基土中的的规定形形状和尺尺寸的十十字板头头施加扭矩矩，使十十字板头头在土体体中等速速扭转形成成圆柱状状破坏面面，经过过换算评评定地基土土不排水水抗剪强强度的现现场试验验。岩土工程程测试技技术二、十字字板剪切切试验的的发展此项技术术最初由由瑞典人人在1919年提出来来的，到到40年代有巨巨大进展展。其间间，英国国Skempton等人结合合φ=0原理（φ=0theory）的概念念及应用用上作了了很大贡贡献。此此后，在在世界范范围内获获得广泛泛应用。。在我国，，50年代由南南京水利利科学院院引进，，并在沿沿海诸省省及多条条河流的的冲积平平原软粘粘土地区区得到广广泛应用用。历时时十余年年的工作作奠定了了在我国国的应用用基础。。此后，，我国很很多单位位在设备备的改进进和应用用实验方方面做了了大量工工作。岩土工程程测试技技术三、十字字板剪切切试验的的分类（1）根据十十字板仪仪的不同同，十字字板剪切切试验可可分为普普通十字字板和电电测十字字板；（2）根据贯贯入方式式的不同同，又可可分为预预钻孔十十字板剪剪切试验验和自钻钻式十字字板剪切切试验。。（3）从技术术发展和和使用方方便的角角度，自自钻式电电测十字字板仪具具有明显显的优势势。岩土工程程测试技技术四、优缺缺点及适适用性适用土性性：被沿海软软土地区区广泛使使用，适适用于灵灵敏度St<=10、固结系系数cv<=100(m2/a)的均质饱饱和软粘粘土。优点：（1）不用取取样，特特别是对对难以取取样的灵灵敏度高高的粘性性土，可可以在现现场对基基本上处处于天然然应力状状态下的的土层进进行扭剪剪。所求求软土抗抗剪强度度指标比比其他方方法都可可靠；（2）所测得得的强度度能较好好的反映映土的天天然强度度；（3）设备简简单、操操作方便便。缺点：对于不均均匀土层层，特别别是夹有有薄层粉粉细砂或或粉土的的软粘土土，会有有较大误误差，使使用时必必须谨慎慎。仅适用于于江河湖湖海的沿沿岸地带带的软土土，适应应范围有有限，对对硬塑粘粘性土和和含有砾砾石杂物物的土不不宜采用用，否则则会损伤伤十字板板头。岩土工程程测试技技术五、十字字板剪切切试验的的应用测定原位位应力条条件下软软粘土的的不排水水抗剪强强度；评定软粘粘性土的的灵敏度度；计算地基基的承载载力；判断软粘粘土的固固结历史史。河南城建建学院岩土工程程测试技技术第二节试试验的的原理与与仪器设设备十字板剪剪切试验验的原理理表述：：在钻孔某某深度的的软粘土土中插入入规定形形状和尺尺寸的十十字板头头，施加加扭转力力矩，将将土体剪剪切破坏坏，测定定土体抵抵抗扭损损的最大大力矩，，通过换换算得到到土体不不排水抗抗剪强度度Cu值(假定φ=0)。一、试试验基基本原原理河南城城建学学院岩土工工程测测试技技术图中所所示为为板头头侧面面的剪剪切阻阻力分分布图中所所示为为在板板头上上、下下面的的剪切切阻力力分布布。CvCH河南城城建学学院岩土工工程测测试技技术十字板板头旋旋转过过程中中假设设在土土体中中产生生一个高度度为H(十字板板的高高度)、直径径为D(十字板板头的的直径径)的圆柱柱状剪剪损面面，如如图6－1；并假假定该该剪损损面的的侧面面和上上、下下底面面上土土的抗抗剪强强度都都相等等。在在剪损损过程程中，，土体体产生生的最最大抵抵抗力力矩M由圆柱柱侧表表面的的抵抗抗力矩矩M1和圆柱柱上下下面的的抵抗抗力矩矩M2两部分分组成成。即即M＝M1十M2。其中中：河南城城建学学院岩土工工程测测试技技术则式中，，cu——十字板板抗剪剪强度度；D——十字板板头直直径；；H——十字板板头高高度。。河南城城建学学院岩土工工程测测试技技术（1）普通通十字字板仪仪对于普普通十十字板板仪，，上式式中的的M值应等等于试试验测测得的的总力力矩减减去轴轴杆与与土体体间的的摩擦擦力矩矩和仪仪器机机械摩摩阻力力矩，，即：：pf——剪损土土体的的总作作用力力；f——轴杆与土体体间的摩擦擦力和仪器器机械阻力力，试验时时通过使十十字板仪与与轴杆脱离离进行测定定；R——施力转盘半半径。将上式代入入cu表达式，得得：河南城建学学院岩土工程测测试技术前面的系数数对于一定定规格的十十字板仪来来说为一常常量，称为为十字板常常数k，即则有：河南城建学学院岩土工程测测试技术（2）电测十字字板仪对于电测十十字板仪，，由于在十十字板头和和轴杆之间间有贴电阻阻应变片的的扭力柱连连接，扭力力柱测定的的只是作用用在十字板板头上的扭扭力。因此此，在计算算土的抗剪剪强度时，，不必进行行轴杆与土土体间的摩摩擦力和仪仪器机械摩摩阻力修正正。河南城建学学院岩土工程测测试技术二、试验的的仪器设备备压入主机十字板头扭力传感器器量测扭力的的仪表施加扭力装装置其它（探杆杆等）河南城建学学院岩土工程测测试技术常用的十字字板头为矩矩形，高径径比(H/D)为2。一般在在软粘土中中，选择75mm××150mm的十字板头头较为合适适，在稍硬硬土中，可可用50mm××100mm的十字板头头。使用的轴杆杆直径为20mm。对于普通通十字板仪仪，轴杆与与十字板头头的连接方方式，有国国内广泛使使用的离合合式和套筒筒式。测力装置有有开口钢环测力装置和和电阻应变式式测力装置。。电测式十字字板剪切仪仪与钢环式式的主要区区别在于，，其测力设设备不用钢钢环，而是是在十字板板头上方连连接贴有电电阻应变片片的受扭力力柱的传感感器。在地地面上用电电子仪器直直接测十字字扳头的剪剪切扭力，，可不必进进行探杆及及轴杆的摩摩擦校正。。因此，电电测式十字字板剪切仪仪操作简单单、试验成成果比较稳稳定，因而而应用广泛泛。河南城建学学院岩土工程测测试技术第三节试试验方法法及技术要要求一、试验的的技术要求求根据《岩土工程勘勘察规范》（GB50021－2001），十字板板试验应满满足以下主主要技术要要求：钻孔十字板板剪切试验验时，十字字板头插入入孔底以下下的深度不不应小于3～5倍钻孔直径径，以保证证十字板能能在未扰动动土中进行行剪切试验验。一般，在同同一孔内进进行不同深深度点的剪剪切试验时时，试验间间距不小于于0.75～1.0m。为保证十字字极头旋转转时不发生生摆动，试试验所用探探杆必须平平直，前5m的探杆要求求更高些。。对钢环式式十字板试试验，探杆杆上应装导导轮，在上上、下部各各装一导轮轮，试验深深度较大时时，导轮间间距不宜大大于10m。河南城建学学院岩土工程测测试技术十字板头插插入土中试试验深度后后，应静置置2～3min，方可开始始剪切试验验。因为插插入时在十十字板头四四周产生超超孔隙水压压力，静置置时间过长长，孔隙压压力消散会会使有效应应力增长，，使不排水水抗剪强度度增大；若若静置时间间过短，土土稍稍被扰扰动还来不不及恢复，，测出的强强度值可能能偏低。扭剪速率应应力求均匀匀，并控制制在一定值值。剪切速速率过慢，，由于排水水导致强度度增长。剪剪切速率过过快，对于于饱和软粘粘性土，由由于粘滞效效应，也使使强度增长长。扭剪速速率宜采用用(1°～2°)／10s，以此作为为统一的标标准速率，，以便能在在不排水条条件下进行行剪切试验验。测记每每扭转1°的扭矩，当当扭矩出现现峰值或稳稳定值后．．要继续测测读1min．以便确认认峰值或稳稳定扭矩。。河南城建学学院岩土工程测测试技术在峰值强度度或稳定值值测试完毕毕后，顺时时针方向连连续转动6圈，使十字字板头周围围土体充分分扰动，然然后测定重重塑土的不不排水强度度。对于开口钢钢环十字板板剪切仪、、应进行轴轴杆与土之之间摩擦阻阻力影响的的修正．对对于电测十十字板剪切切仪，不需需进行此项项修正。扭力传感器器应定期标标定，一般般应三个月月标定一次次，如使用用过程中出出现异常．．也应重新新标定。标标定时所用用的传感器器、导线和和测量仪器器应与试验验时相同。。河南城建学学院岩土工程测测试技术二、十字板板剪切试验验方法与步步骤河南城建学学院岩土工程测测试技术注意事项：：应先将电缆缆穿过施加加扭力装置置的中心孔孔，然后再再穿入探杆杆；在扭剪前，，应读取初初始读数或或将仪器调调零；匀速转动手手摇柄，摇摇柄每转一一圈，十字字板头旋转转一度。测试重塑土土时，用扳扳手或管钳钳快速将探探杆顺时针针方向旋转转6圈，使十字字板头周围围的土充分分扰动后，，立即拧紧紧钻杆夹具具。河南城建学学院岩土工程测测试技术对于自钻式式电测十字字板剪切仪仪．可以采采用静力触触探的贯入入机具将十十字板头压压入到试验验深度，则则不存在下下套管和钻钻孔护壁问问题。电测式十字字板剪切仪仪在进行重重塑土剪切切试验时也也存在问题题。按《岩土工程勘勘察规范》（GB50021－2001）的技术要要求，在原原状土峰值值强度测试试完毕后，，应连续转转动6圈，使十字字板头周围围土体充分分扰动。但但由于电测测法中电缆缆的存在，，当探杆、、扭力柱与与十字板头头一起连续续转动时，，电缆的缠缠绕，甚至至接头处被被扭断，使使该项技术术要求难以以很好地执执行。河南城建学学院岩土工程测测试技术第四节试试验资料整整理及影响响因素分析析一、试验资资料的整理理十字板剪切切试验的资资料整理应应包括以下下内容：（1）计算各试试验点原状状土的不排排水抗剪强强度、重塑塑土抗剪强强度和土的的灵敏度；；（2）绘制各个个单孔土的的不排水抗抗剪强度、、重塑土抗抗剪强度和和灵敏度随随深度的变变化曲线。。（3）根据需要要绘制各试试验点土的的抗剪强度度与扭转角角的关系曲曲线；（4）应根据地地区经验和和土层条件件，对实测测的不排水水抗剪强度度进行必要要的修正。。河南城建学学院岩土工程测测试技术一般，饱和和软粘土的的十字板抗抗剪强度存存在随深度度的增加而而增长的规规律。对于同一土土层，可以以采用统计计分析的方方法对试验验数据进行行统计。在在统计中应应剔除个别别的异常数数据。河南城建学学院岩土工程测测试技术二、测试数数据处理1、计算土的的抗剪强度度Cu2、计算重塑塑土的抗剪剪强度Cu′3、计算土的灵灵敏度St河南城建学学院岩土工程测测试技术十字板剪切切试验记录录表转角（度）原状土重塑土灵敏度St应变仪读数剪应力（kPa）应变仪读数剪应力（kPa）51020102225154732207436251013530108353510135409635458935508214.030.865.8103.6141.4151.2141.4134.4124.6114.8河南南城城建建学学院院岩土土工工程程测测试试技技术术十字字板板剪剪切切试试验验记记录录表表转角（度）原状土重塑土灵敏度St应变仪读数剪应力（kPa）应变仪读数剪应力（kPa）51020102225154732207436251013530108353510135409635458935508214.030.865.8103.6141.4151.2141.4134.4124.6114.828.035.044.850.449.049.049.049.049.0河南南城城建建学学院院岩土土工工程程测测试试技技术术十字字板板剪剪切切试试验验记记录录表表转角（度）原状土重塑土灵敏度St应变仪读数剪应力（kPa）应变仪读数剪应力（kPa）51020102225154732207436251013530108353510135409635458935508214.030.865.8103.6141.4151.2141.4134.4124.6114.828.035.044.850.449.049.049.049.049.03.0河南南城城建建学学院院岩土土工工程程测测试试技技术术绘制制抗抗剪剪强强度度与与转转角角的的关关系系曲曲线线绘制制抗抗剪剪强强度度与与深深度度的的关关系系曲曲线线河南南城城建建学学院院岩土土工工程程测测试试技技术术三、、试试验验结结果果修修正正方方法法1、不不排排水水抗抗剪剪强强度度修修正正将现现场场实实测测土土的的十十字字板板抗抗剪剪用用于于工工程程设设计计时时，，可可按按下下式式进进行行修修正正：：式中中，，μ为修修正正系系数数。。（1）我我国国《铁路路工工程程地地质质原原位位测测试试规规程程》（TB10041－2003）的的建建议议，，当当Ip≤≤20时，，取取μ＝1；当当20<Ip≤≤40，取取μ＝0.9。河南南城城建建学学院院岩土土工工程程测测试试技技术术（2）Bjerrum（1973）发发现现土土的的十十字字板板抗抗剪剪强强度度受受土土的的稠稠度度的的影影响响，，μ可依依据据图图6－10取值值。。修正正系系数数μ（Bjerrum，1973）河南南城城建建学学院院岩土土工工程程测测试试技技术术（3）Johnson等(1988)根据据墨墨西西哥哥海海湾湾的的深深水水软软土土十十字字板板剪剪切切试试验验的的经经验验，，μ取值值如如下下：：当20≤≤Ip≤80时，，或当当0.2≤≤IL≤1.3时，，式中中，，Ip———塑性性指指数数；；IL———液性性指指数数。。河南南城城建建学学院院岩土土工工程程测测试试技技术术第五五节节试试验验成成果果应应用用一、、评评定定软软土土地地基基承承载载力力承载载力力的的计计算算主主要要取取决决于于土土的的不不排排水水抗抗剪剪强强度度。。如如中中国国建建筑筑科科学学研研究究院院的的经经验验：：式中中，，fk———地基基承承载载力力标标准准值值；；γ———土的的重重度度；；h———基础础埋埋置置深深度度。。河南南城城建建学学院院岩土土工工程程测测试试技技术术十字字板板剪剪切切试试验验主主要要用用途途就就是是确确定定天天然然不不排排水水抗抗剪剪强强度度。。该该法法主主要要适适用用于于饱饱和和软软粘粘土土，，砂砂性性土土或或粉粉性性土土要要慎慎重重使使用用，，对对含含有有夹夹层层的的地地基基应应剔剔除除偏偏大大的的数数值值，，之之后后分分层层取取平平均均值值。。十字字板板试试验验的的最最大大优优点点是是强强度度值值比比较较稳稳定定，，数数值值的的可可靠靠性性较较大大。。在在使使用用时时，，可可按按第第四四节节介介绍绍的的方方法法进进行行修修正正。。河南南城城建建学学院院岩土土工工程程测测试试技技术术二、、估估算算单单桩桩极极限限承承载载力力按美美国国石石油油协协会会(1980)相关关规规程程，，桩侧侧极极限限摩摩阻阻力力pf，可按按下下式式估估计计：：pf＝αcu式中中α为折折减减系系数数．．根根据据下下列列条条件件取取值值：：当cu＜=25kPa时，，α＝1.0；当cu>=75kPa时，，α＝0.5；当25kPa<cu＜75kPa时，，α在0.5~1.0之间间线线性性插插值值。。桩端极限限端端承承力力pb近似似取取为为：：pb＝9cu根据据这这两两式式，，可可估估算算单单桩桩的的极极限限承承载载力力。。河南南城城建建学学院院岩土土工工程程测测试试技技术术三、、评评价价地地基基土土的的原原位位状状态态1、估估算算地地基基土土的的液液性性指指数数Johnson（1988）对对大大量量试试验验结结果果进进行行了了统统计计，，得得到到如如下下经经验验关关系系式式：：式中中，，cu———原状状土土的的十十字字板板抗抗剪剪强强度度；；σ’’v———土中中竖竖向向有有效效应应力力。。河南城建学院院岩土工程测试试技术2、评价地基土土的应力历史史（1）利用十字板板不排水抗剪剪强度与深度度的关系曲线线，可判断土土的固结应力力历史。如图图所示。土的十字板不不排水抗剪强强度随深度的的变化河南城建学院院岩土工程测试