岩土工程测试十字板剪切试验

岩土工程测试技术第六章十字板剪切试验第一节概述第二节试验的原理与仪器设备第三节试验方法与技术要求第四节试验资料整理及影响因素分析第五节试验成果应用岩土工程测试技术第一节概述一、定义十字板剪切试验（VaneShearTest简称VST）是一种通过对插入地基土中的规定形状和尺寸的十字板头施加扭矩，使十字板头在土体中等速扭转形成圆柱状破坏面，经过换算评定地基土不排水抗剪强度的现场试验。岩土工程测试技术二、十字板剪切试验的发展

此项技术最初由瑞典人在1919年提出来的，到40年代有巨大进展。其间，英国Skempton等人结合φ=0原理（φ=0theory）的概念及应用上作了很大贡献。此后，在世界范围内获得广泛应用。在我国，50年代由南京水利科学院引进，并在沿海诸省及多条河流的冲积平原软粘土地区得到广泛应用。历时十余年的工作奠定了在我国的应用基础。此后，我国很多单位在设备的改进和应用实验方面做了大量工作。岩土工程测试技术三、十字板剪切试验的分类

（1）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；（2）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。（3）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。

岩土工程测试技术四、优缺点及适用性

适用土性：被沿海软土地区广泛使用，适用于灵敏度St<=10、固结系数cv<=100(m2/a)的均质饱和软粘土。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）所测得的强度能较好的反映土的天然强度；（3）设备简单、操作方便。缺点：对于不均匀土层，特别是夹有薄层粉细砂或粉土的软粘土，会有较大误差，使用时必须谨慎。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。

岩土工程测试技术五、十字板剪切试验的应用

测定原位应力条件下软粘土的不排水抗剪强度；评定软粘性土的灵敏度；计算地基的承载力；判断软粘土的固结历史。河南城建学院岩土工程测试技术第二节试验的原理与仪器设备十字板剪切试验的原理表述：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Cu值(假定φ=0)。一、试验基本原理

河南城建学院岩土工程测试技术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。CvCH河南城建学院岩土工程测试技术

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，如图6－1；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＝M1十M2。其中：

河南城建学院岩土工程测试技术则式中，cu——十字板抗剪强度；

D——十字板头直径；

H——十字板头高度。

河南城建学院岩土工程测试技术（1）普通十字板仪对于普通十字板仪，上式中的M值应等于试验测得的总力矩减去轴杆与土体间的摩擦力矩和仪器机械摩阻力矩，即：pf——剪损土体的总作用力；f——轴杆与土体间的摩擦力和仪器机械阻力，试验时通过使十字板仪与轴杆脱离进行测定；R——施力转盘半径。将上式代入cu表达式，得：河南城建学院岩土工程测试技术前面的系数对于一定规格的十字板仪来说为一常量，称为十字板常数k，即则有：河南城建学院岩土工程测试技术（2）电测十字板仪对于电测十字板仪，由于在十字板头和轴杆之间有贴电阻应变片的扭力柱连接，扭力柱测定的只是作用在十字板头上的扭力。因此，在计算土的抗剪强度时，不必进行轴杆与土体间的摩擦力和仪器机械摩阻力修正。河南城建学院岩土工程测试技术二、试验的仪器设备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）河南城建学院岩土工程测试技术

常用的十字板头为矩形，高径比(H/D)为2。一般在软粘土中，选择75mm×150mm的十字板头较为合适，在稍硬土中，可用50mm×100mm的十字板头。

使用的轴杆直径为20mm。对于普通十字板仪，轴杆与十字板头的连接方式，有国内广泛使用的离合式和套筒式。测力装置有开口钢环测力装置和电阻应变式测力装置。

电测式十字板剪切仪与钢环式的主要区别在于，其测力设备不用钢环，而是在十字板头上方连接贴有电阻应变片的受扭力柱的传感器。在地面上用电子仪器直接测十字扳头的剪切扭力，可不必进行探杆及轴杆的摩擦校正。因此，电测式十字板剪切仪操作简单、试验成果比较稳定，因而应用广泛。河南城建学院岩土工程测试技术第三节试验方法及技术要求

一、试验的技术要求根据《岩土工程勘察规范》（GB50021－2001），十字板试验应满足以下主要技术要求：钻孔十字板剪切试验时，十字板头插入孔底以下的深度不应小于3～5倍钻孔直径，以保证十字板能在未扰动土中进行剪切试验。一般，在同一孔内进行不同深度点的剪切试验时，试验间距不小于0.75～1.0m。为保证十字极头旋转时不发生摆动，试验所用探杆必须平直，前5m的探杆要求更高些。对钢环式十字板试验，探杆上应装导轮，在上、下部各装一导轮，试验深度较大时，导轮间距不宜大于10m。河南城建学院岩土工程测试技术

十字板头插入土中试验深度后，应静置2～3min，方可开始剪切试验。因为插入时在十字板头四周产生超孔隙水压力，静置时间过长，孔隙压力消散会使有效应力增长，使不排水抗剪强度增大；若静置时间过短，土稍稍被扰动还来不及恢复，测出的强度值可能偏低。扭剪速率应力求均匀，并控制在一定值。剪切速率过慢，由于排水导致强度增长。剪切速率过快，对于饱和软粘性土，由于粘滞效应，也使强度增长。扭剪速率宜采用(1°～2°)／10s，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1min．以便确认峰值或稳定扭矩。河南城垫建学院岩土工错程测试申技术在峰值浙强度或腥稳定值享测试完衫毕后，程顺时针阅方向连故续转动6圈，圣使十裁字板差头周能围土灯体充饭分扰岂动，间然后诸测定扭重塑鸣土的院不排黄水强必度。对于联开口教钢环驴十字馋板剪塌切仪氧、应择进行菠轴杆粗与土叨之间闭摩擦眼阻力喝影响骂的修贩正．垄对于已电测梁十字茶板剪超切仪制，不萄需进服行此涂项修眼正。扭力传射感器应渐定期标驴定，一欧般应三稿个月标阶定一次迫，如使贪用过程调中出现喜异常．匀也应重罗新标定着。标定婚时所用郊的传感斥器、导溜线和测带量仪器预应与试攻验时相熟同。河南桨城建俯学院岩土工败程测试刷技术二、十丘字板剪脚切试验森方法与爷步骤河南城底建学院岩土枣工程岂测试效技术注意事茧项：应先乔将电脊缆穿乔过施根加扭课力装膨置的侵中心披孔，就然后门再穿急入探根杆；在扭剪差前，应员读取初老始读数辽或将仪谦器调零李；匀速转纸动手摇脂柄，摇票柄每转统一圈，有十字板闭头旋转左一度。测试重复塑土时策，用扳顺手或管咐钳快速君将探杆拨顺时针乞方向旋化转6圈，使疼十字板向头周围病的土充棒分扰动今后，立骄即拧紧晒钻杆夹粒具。河南姓城建骆学院岩土工据程测试裕技术对于买自钻甚式电曾测十麦字板加剪切茧仪．血可以恢采用绝静力蛇触探般的贯参入机倚具将魔十字思板头扔压入殃到试慕验深北度，寸则不着存在夫下套尾管和磨钻孔迅护壁穗问题饼。电测晨式十斗字板萝剪切附仪在麻进行效重塑链土剪花切试膏验时导也存毅在问转题。围按《岩土四工程躬勘察烂规范》（GB5隐002河1－20旅01）的数技术马要求闻，在腰原状室土峰松值强握度测收试完斯毕后贵，应朱连续舒转动6圈，献使十胀字板协头周捎围土断体充滔分扰疼动。卷但由乡丰于电值测法泛中电递缆的沈存在厦，当姑探杆担、扭林力柱吼与十讨字板置头一鞭起连烫续转豆动时炊，电旦缆的旅缠绕跑，甚陶至接镰头处格被扭嚼断，樱使该勉项技虑术要耍求难普以很淡好地改执行附。河南乡丰城建锋学院岩土工井程测试歌技术第四谨节塔试验兄资料休整理挽及影示响因丹素分熟析一、试殖验资料滨的整理十字邀板剪且切试梅验的井资料题整理借应包呢括以仿下内款容：（1）计算勾各试验漏点原状俭土的不坐排水抗弹剪强度艺、重塑忌土抗剪凳强度和妙土的灵深敏度；（2）绘缸制各侵个单详孔土情的不绝排水均抗剪那强度怀、重缝塑土挎抗剪闹强度则和灵掘敏度恶随深尾度的秋变化叫曲线社。（3）根据窃需要绘短制各试肃验点土宣的抗剪轰强度与标扭转角明的关系爆曲线；（4）应僵根据牲地区预经验盗和土芒层条连件，盈对实万测的突不排解水抗狮剪强浮度进烟行必甜要的请修正电。河南城笼建学院岩土工美程测试育技术一般捐，饱腰和软敢粘土恋的十迁字板妈抗剪蹲强度驱存在沾随深姜度的秀增加们而增遣长的泰规律涛。对于同遭一土层剧，可以秆采用统丝式计分析暖的方法胜对试验丘数据进晓行统计反。在统螺计中应迁剔除个熟别的异蔬常数据浩。河南城革建学院岩土冠工程肯测试菌技术二、测榜试数据剩处理1、计算慌土的抗仔剪强度Cu2、计筝算重惰塑土库的抗斜剪强吨度Cu′3、计算矛土的余灵敏丧度St河南城顺建学院岩土万工程夹测试腿技术十字缓板剪攻切试桌验记判录表转角（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.申030.疼865势.810爬3.救6141上.415笛1.皂214想1.接413您4.舒412挡4.蔑6114光.8河南念城建凭学院岩土工智程测试胳技术十字禁板剪诸切试烛验记普录表转角（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.隔030.巴865.警810托3.并6141挣.4151洒.214量1.警4134底.412烤4.痛6114抽.828拦.035策.044.柄850.牙449.饺049敢.049.英049.肃049.发0河南城卸建学院岩土歉工程轿测试缘瑞技术十字板楼剪切试阶验记录末表转角（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槽.030椒.865.右810春3.坚6141咏.4151阿.2141万.4134滥.412隔4.江6114砍.828.牢035卷.044.祸850至.449.拳049傲.049支.049竿.049冲.03.圣0河南轧城建撇学院岩土工贪程测试盼技术绘制抗选剪强度否与转角孔的关系慰曲线绘制抗剖剪强度浑与深度熄的关系双曲线河南肃城建摩学院岩土渴工程舞测试制技术三、很试验输结果顾修正阀方法1、不排葬水抗剪肺强度修察正将现宗场实腐测土姜的十创字板众抗剪做用于汤工程从设计傍时，听可按挑下式抖进行棕修正截：式中，μ为修购正系蔑数。（1）我国《铁路工蠢程地质昼原位测执试规程》（TB1坡004拳1－20钉03）的屡建议供，当Ip≤役20时，取μ＝1；当20<圈Ip碍≤40，取μ＝0.纳9。河南城详建学院岩土工菌程测试绿技术（2）Bj缘瑞er册ru医m（197独3）发旺现土盛的十冤字板苍抗剪封强度他受土井的稠墓度的禁影响纺，μ可依据蜓图6－10取值号。修正系灭数μ（Bj好er字ru崇m，197滨3）河南板城建忘学院岩土工辈程测试转技术（3）Joh更nso炮n等(19姜88)根据剥墨西孝哥海冬湾的自深水龄软土积十字刺板剪努切试访验的蚀经验堵，μ取值沈如下强：当20申≤Ip≤8挑0时，或当0.2豪≤IL≤1.敢3时，式中睁，Ip——塑性嗽指数户；IL——液性指穿数。河南免城建临学院岩土痒工程排测试摩技术第五置节踏试验失成果姐应用一、评房诚定软土圆地基承瓶载力承载力加的计算模主要取重决于土彼的不排筹水抗剪堡强度。哈如中国恨建筑科蚀学研究闲院的经炮验：式中，fk——地基演承载闷力标咳准值开；γ——土的艺重度离；h——基础埋搬置深度蒙。河南仆城建静学院岩土铸工程伪测试急技术十字板食剪切试北验主要她用途就奔是确定胀天然不男排水抗奥剪强度缎。该法年主要适由用于饱骨和软粘裕土，砂狐性土或耐粉性土娱要慎重谨使用，渣对含有稀夹层的牙地基应户剔除偏抽大的数咏值，之起后分层国取平均痛值。十字板妈试验的众最大优卫点是强胡度值比狮较稳定酿，数值庆的可靠唉性较大留。在使智用时，唇可按第寄四节介我绍的方仔法进行茶修正。河南城拣建学院岩土工饭程测试滨技术二、估胞算单桩资极限承泰载力按美瞎国石佣油协道会(1岩98泪0)相关规素程，桩侧极四限摩阻直力pf，可按下救式估计恶：pf＝αcu式中α为折秩减系扭数．明根据合下列疾条件遇取值季：当cu＜=2惩5k润Pa时，α＝1.0；当cu>=7侮5kP含a时，α＝0.5；当25炊kP月a<cu＜75k痰Pa时，α在0.盲5~琴1.形0之间线声性插值蚁。桩端极限端斤承力pb近似灶取为践：pb＝9cu根据这阔两式，男可估算泊单桩的土极限承待载力。河南城持建学院岩土工责程测试引技术三、评嘴价地基叔土的原盐位状态1、估幸算地肤基土纽奉的液扣性指兵数Joh高nso遍n（198草8）对大粥量试验踩结果进钞行了统免计，得底到如下乳经验关老系式：式中，cu——原状起土的即十字悲板抗旺剪强呢度；σ’v——土中辩竖向葬有效能应力寇。河南珠城建燥学院岩土工与程测试覆技术2、评披价地展基土岭的应挣力历葡史（1）利滨用十在字板机不排史水抗至剪强引度与混深度尼的关杰系曲何线，估可判态断土陈的固戒结应脊力历仿史。钱如图秀所示厚。土的十锡字板不万排水抗洒剪强度缎随深度萍的变化河南话城建委学院岩土伍工程鹿测试况技术（2）我踢国《铁路授工程户地质搜原位收测试乎规程》（TB攻10播04读1－20哭03）建鼓议的妻方法a)按回堂归直种线交火于d轴的截智距Δd的正健负进团行判吼断：Δd昼>0，为超匀固结土考；Δd＝0，为正掉常固结粪土；Δd既<0，为欠报固结土锈；b)土的禾超固徒结比爸采用May休ne（198羊8）提出缸的关系顷式进行恩估算：m——与土咐质地傅区特如性有销关的冷经验就系数不；可落取－0.4杠8；σ’nc——正常樱固结封土的殖有效过自重疏应力窜。河南稳城建郑学院岩土扛工程萌测试矩技术3、测秃定饱迟和粘法土的区灵敏谋度灵敏矛度对数工程拣设计亮与施护工工亲艺的毒确定竿是起跌很大游作用数的。碍在十求字板禁试验圆中可伶以很领方便秩的测挖定出悬来。律在测庭定原畏状土缓的天卸然强静度之忍后，痛