第章十字板剪切试验

第5章十字板剪切试验主讲：崔德山目录1.概述2.十字板测试原理3.电测式十字板剪切试验4.影响测试成果的主要因素5.成果的应用6.新产品介绍7.试验总结与要求8.下节预告1.概述十字板剪切试验(VaneShearTest,简称VST)适用于原位测定饱水软粘土的不排水抗剪强度。所测得的抗剪强度值，相当于试验深度处天然土层在原位压力下固结的不排水抗剪强度;由于十字板剪切试验不需要采取土样，避免了土样扰动及天然应力状态的改变，是一种有效的现场测试方法。根据十字板仪的不同，十字板剪切试验可分为普通十字板和电测十字板;根据贯入方式的不同,又可分为预钻孔十字板剪切试验和自钻式十字板剪切试验(Self-BoringVaneShearTest,简称SBVST)。从技术发展和使用方便的角度，自钻式电测十字板仪具有明显的优势。十字板剪切试验在我国沿海软土地区被广泛使用。它可在现场基本保持原位应力条件下进行扭剪。适用于灵敏度小于10的均质饱和软粘土。对于不均匀土层，特别是夹有薄层粉细砂或粉土的软粘土。十字板剪切试验会有较大的误差，使用时必须谨慎。试验项目测定参数主要试验目的十字板剪切试验不排水抗剪强度峰值cu(kPa)和残余值c’u(kPa)1测求饱和粘性土的不排水抗剪强度和灵敏度；2估算地基土承载力和单桩承载力；3计算边坡稳定性；4判断软粘性土的应力历史。优点和缺点VST主要用于测定饱水软粘土的不排水抗剪强度。它具有下列优点：(1)不用取样，特别是对难以取样的灵敏度高的粘性土，可以在现场对基本上处于天然应力状态下的土层进行扭剪。所求软土抗剪强度指标比其他方法都可靠。(2)野外测试设备轻便，操作容易。(3)测试速度较快，效率高，成果整理简单。其缺点是仅适用于江河湖海的沿岸地带的软土，适应范围有限，对硬塑粘性土和含有砾石杂物的土不宜采用，否则会损伤十字板头。2.十字板测试原理十字板剪切试验的原理，即在钻孔某深度的软粘土中插入规定形状和尺寸的十字板头，施加扭转力矩，将土体剪切破坏，测定土体抵抗扭损的最大力矩，通过换算得到土体不排水抗剪强度。十字板头旋转过程中假设在土体中产生一个高度为H(十字板的高度)、直径为D(十字板头的直径)的圆柱状剪损面，并假定该剪损面的侧面和上、下底面上土的抗剪强度都相等。在剪损过程中，土体产生的最大抵抗力矩M由圆柱侧表面的抵抗力矩M1、和圆柱上下面的抵抗力矩M2两部分组成。即M＝M1+M2。图中所示为板头侧面的剪切阻力分布图中所示为在板头上、下面的剪切阻力分布。CvCHVST是对压入粘土中的十字板头施加扭矩，使十字板头以一定速率旋转，在土层中形成圆柱形的破坏面，测定土剪切破坏时的最大扭矩，即可得到土的抗剪强度。3.十字板剪切试验分类开口钢环式十字板剪切仪轻便式十字板剪切仪电测式十字板剪切仪3.电测式十字板剪切试验压入主机十字板头扭力传感器量测扭力的仪表施加扭力装置其它（探杆等）试验步骤平整场地，安装机架，并固定把板头压至测试深度卡住钻杆，并调零转动手柄，旋转钻杆，使板头产生扭矩(每10秒使摇柄转动一圈，每转动一圈测记应变读数一次。)测量扭矩直至峰值出现松动钻杆完全扰动测试土体，重复2-5测量扰动土的剪切强度。注意事项应先将电缆穿过施加扭力装置的中心孔，然后再穿入探杆；在扭剪前，应读取初始读数或将仪器调零；匀速转动手摇柄，摇柄每转一圈，十字板头旋转一度。测试重塑土时，用扳手或管钳快速将探杆顺时针方向旋转6圈，使十字板头周围的土充分扰动后，立即拧紧钻杆夹具4.试验条件和影响因素4.1主要适用于饱和软粘性土层，但若土层含有砂层、砾石、贝壳、树根及其他未分解有机质时不宜采用。测试深度一般在30m以内，目前陆上最大测试深度已超过50m。1、十字板头的旋转速率

（1）剪切（旋转）速率越大，抗剪强度越大，应规定一个统一的旋转速率（1°/10s）

（2）对一般粘性土，最大的抗剪强度出现在20-30之间，所用时间为3-5min，属不排水抗剪强度2、土的各向异性

（1）在板头范围内，土的非均一性

（2）天然土层的抗剪强度的非等向性4.2影响因素3、十字板头的规格

指十字板头的形状、板厚及轴杆直径

板厚及轴杆直径越大，板头插入土中对土的扰动越大，抗剪强度越小

75mm×150mm，厚3mm，轴径16mm，60

50mm×100mm，厚2mm，轴径13mm，604、排水条件

测定的结果为土的不排水抗剪强度（=0时的C值），但实际测试中，已有部分排水，所测Cu值偏大，应修正

5、剪应力的分布土体扭剪破坏时，破坏面上剪应力的分布并不是均匀的，剪应力近边缘处(水平面及垂直面上)均有应力集中现象。Jackson(1969)提出，对计算抗剪强度Cu的公式进行修正，表示为:6、圆柱破坏面的形成

Leblane(1975)通过室内十字板试验发现，抗剪强度峰值发生在扭剪角不大时。随着扭剪角增大，强度降低，直至达到残余强度为止。当扭剪角超过45度时，才发展成完整的圆柱破坏面，而且剪切破坏面实际为带状，其直径比十字板叶片直径大5%，这使计算所得抗剪强度值偏大。7、触变效应

Flaate(1966)首先提出，试验前十字板头插人土中静置的时间延长时，测得的抗剪强度往往会增加。这与插人十字板头所产生的孔隙压力的消散和勃性土触变强度的恢复有关。为增加资料的可比性，有必要对十字板插入土中和试验之间规定一个统一的延迟时间。

8、试验方法采用不同的试验设备、钻进方式或操作方法也都会影响所测试土层的抗剪强度。电测式十字板比非电测式的试验结果往往偏小15-20%(当控制剪切速率等条件相同时)。这是由于电测装置从根本上消除了机械安装、钻杆弯曲、轴杆摩擦等因素的影响。5.数据的处理与应用计算土的抗剪强度计算土的灵敏度绘制抗剪强度与试验深度的关系曲线绘制抗剪强度与回转角的关系曲线计算土的抗剪强度

Cu计算重翠塑土的期抗剪强秤度Cu′计算牵土的肚灵敏准度St5.2资料画应用国内棒外研裳究均够表明阀，十揉字板睬剪切般试验级所测政得的删抗剪冲强度矮值偏漏高;应用格于实午际工锹作时须应作擦修正坛。Bje抛rru请m(1仪972）建雷议的登修正菜式为:(1)计算精地基感承载复力(2材)分析委饱和蛛软粘皮性土倚填、雀挖方隔边坡蝇的稳雾定性十字址板抗愉剪强拖度较延为普幸遍地乖用于陕软土船地基辣及软注土填众、挖援方斜虎坡工刘程的弯稳定争性分忆析与姿核算妖。根蹄据软阅土中以滑动凶带强电度显舒著降就低的堂特点库，用享十字崇板能邪较准箭确地腹确定沟滑动迹面的兄位置患，并车根据止测得抚的抗锐剪强殿度来盒反算林滑动末面上饲土的姥强度完参数你，为火地基势与边分坡稳饮定性朗分析柿和确连定合尽理的作安全加系数旷提供祖依据桌。据井南京涨水科尸院、查浙江桨水科胁院等沙单位芳对海涨堤、劈燕水库短堤坝饮所作慢的大奏量验吼算，迈表明明十字卸板抗绿剪强驳度一盒般偏汉大，草建议叼在设疲计中谦安全么系数摸不小舱于1.哑3—腐1.捆5为宜。(3)检验脚地基运加固环改良偏的效斜果在软黎土地汪基堆臂载预乌压(或配括以砂机井排麦水)处理芦过程朗中，堪可用蜡十字抵板剪谊切试氧验测绒定地跪基强摇度的愈变化料，用城于控监制施吹工速不率及末检验安地基辞加固锁的效肠果。(4录)其他软粘性坟土的灵汽敏度是芦一个重体要指标惕，用它不可以来穿判断土么的成因受、结构洽性，并翅了解扰喊动因素(如打桩娇、活荷喉载变化苗剧烈等)对软土繁强度的钉影响；躺根据抗挖剪强度什与深度卧的关系赌曲线来摩判定土竞的固结旧性质；强根据不着排水抗凤剪强度团确定软惜土路基把的临界霜高度等腥。估算地珠基容许以承载力绝对于络内摩擦约角为零垮的饱和盾软粘土棒，可以未用下式散估算地专基容许葡承载力费[R][R]=蓝2Cu+h式中：—基础航底面薯以上山土的机容重尿；h—基础孩埋深岸。预估单种桩承载禽力

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