巖土工程勘察第章十字板剪切試驗圖文豐富

第5章十字板剪切試驗主講：崔德山目錄1.概述2.十字板測試原理3.電測式十字板剪切試驗4.影響測試成果的主要因素5.成果的應(yīng)用6.新產(chǎn)品介紹7.試驗總結(jié)與要求8.下節(jié)預(yù)告1.概述十字板剪切試驗(VaneShearTest,簡稱VST)適用于原位測定飽水軟粘土的不排水抗剪強度。所測得的抗剪強度值，相當(dāng)于試驗深度處天然土層在原位壓力下固結(jié)的不排水抗剪強度;由于十字板剪切試驗不需要采取土樣，避免了土樣擾動及天然應(yīng)力狀態(tài)的改變，是一種有效的現(xiàn)場測試方法。根據(jù)十字板儀的不同，十字板剪切試驗可分為普通十字板和電測十字板;根據(jù)貫入方式的不同,又可分為預(yù)鉆孔十字板剪切試驗和自鉆式十字板剪切試驗(Self-BoringVaneShearTest,簡稱SBVST)。從技術(shù)發(fā)展和使用方便的角度，自鉆式電測十字板儀具有明顯的優(yōu)勢。十字板剪切試驗在我國沿海軟土地區(qū)被廣泛使用。它可在現(xiàn)場基本保持原位應(yīng)力條件下進行扭剪。適用于靈敏度小于10的均質(zhì)飽和軟粘土。對于不均勻土層，特別是夾有薄層粉細(xì)砂或粉土的軟粘土。十字板剪切試驗會有較大的誤差，使用時必須謹(jǐn)慎。試驗項目測定參數(shù)主要試驗?zāi)康氖职寮羟性囼灢慌潘辜魪姸确逯礳u(kPa)和殘余值c’u(kPa)1測求飽和粘性土的不排水抗剪強度和靈敏度；2估算地基土承載力和單樁承載力；3計算邊坡穩(wěn)定性；4判斷軟粘性土的應(yīng)力歷史。優(yōu)點和缺點VST主要用于測定飽水軟粘土的不排水抗剪強度。它具有下列優(yōu)點：(1)不用取樣，特別是對難以取樣的靈敏度高的粘性土，可以在現(xiàn)場對基本上處于天然應(yīng)力狀態(tài)下的土層進行扭剪。所求軟土抗剪強度指標(biāo)比其他方法都可靠。(2)野外測試設(shè)備輕便，操作容易。(3)測試速度較快，效率高，成果整理簡單。其缺點是僅適用于江河湖海的沿岸地帶的軟土，適應(yīng)范圍有限，對硬塑粘性土和含有礫石雜物的土不宜采用，否則會損傷十字板頭。2.十字板測試原理十字板剪切試驗的原理，即在鉆孔某深度的軟粘土中插入規(guī)定形狀和尺寸的十字板頭，施加扭轉(zhuǎn)力矩，將土體剪切破壞，測定土體抵抗扭損的最大力矩，通過換算得到土體不排水抗剪強度。十字板頭旋轉(zhuǎn)過程中假設(shè)在土體中產(chǎn)生一個高度為H(十字板的高度)、直徑為D(十字板頭的直徑)的圓柱狀剪損面，并假定該剪損面的側(cè)面和上、下底面上土的抗剪強度都相等。在剪損過程中，土體產(chǎn)生的最大抵抗力矩M由圓柱側(cè)表面的抵抗力矩M1、和圓柱上下面的抵抗力矩M2兩部分組成。即M＝M1+M2。圖中所示為板頭側(cè)面的剪切阻力分布圖中所示為在板頭上、下面的剪切阻力分布。CvCHVST是對壓入粘土中的十字板頭施加扭矩，使十字板頭以一定速率旋轉(zhuǎn)，在土層中形成圓柱形的破壞面，測定土剪切破壞時的最大扭矩，即可得到土的抗剪強度。3.十字板剪切試驗分類開口鋼環(huán)式十字板剪切儀輕便式十字板剪切儀電測式十字板剪切儀3.電測式十字板剪剪切試驗壓入主機十字板頭扭力傳感器量測扭力的儀表表施加扭力裝置其它（探桿等））試驗步驟平整場地，安裝裝機架，并固定定把板頭壓至測試試深度卡住鉆桿，并調(diào)調(diào)零轉(zhuǎn)動手柄，旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)鉆桿，使板頭頭產(chǎn)生扭矩(每每10秒使搖柄柄轉(zhuǎn)動一圈，每每轉(zhuǎn)動一圈測記記應(yīng)變讀數(shù)一次次。)測量扭矩直至峰峰值出現(xiàn)松動鉆桿完全擾動測試土土體，重復(fù)2-5測量擾動土土的剪切強度。。注意事項應(yīng)先將電纜穿過過施加扭力裝置置的中心孔，然然后再穿入探桿桿；在扭剪前，應(yīng)讀讀取初始讀數(shù)或或?qū)x器調(diào)零；；勻速轉(zhuǎn)動手搖柄柄，搖柄每轉(zhuǎn)一一圈，十字板頭頭旋轉(zhuǎn)一度。測試重塑土?xí)r，，用扳手或管鉗鉗快速將探桿順順時針方向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)6圈，使十字字板頭周圍的土土充分?jǐn)_動后，，立即擰緊鉆桿桿夾具4.試驗條件和影響響因素4.1主要適用于飽和和軟粘性土層，，但若土層含有有砂層、礫石、、貝殼、樹根及及其他未分解有有機質(zhì)時不宜采采用。測試深度度一般在30m以內(nèi)，目前陸上上最大測試深度度已超過50m。1、十字板頭的旋旋轉(zhuǎn)速率

（1）剪切（旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)）速率越大，，抗剪強度越大大，應(yīng)規(guī)定一個個統(tǒng)一的旋轉(zhuǎn)速速率（1°/10s）（2）對一般粘性土，，最大的抗剪強強度出現(xiàn)在20-30之間，，所用時間為3-5min，屬不排水抗剪強強度2、土的各向異性性

（1）在板板頭范圍內(nèi)，土土的非均一性（（2）天然土土層的抗剪強度度的非等向性4.2影響因素3、十字板頭的規(guī)規(guī)格

指十字板板頭的形狀、板板厚及軸桿直徑徑

板厚及軸桿桿直徑越大，板板頭插入土中對對土的擾動越大大，抗剪強度越越小

75mm×150mm，厚3mm，軸徑16mm，60

50mm×100mm，厚2mm，軸徑13mm，604、排水條件測測定的結(jié)果為土土的不排水抗剪剪強度（=0時的C值），但實際測測試中，已有部部分排水，所測測Cu值偏大，應(yīng)修正正5、剪應(yīng)力的分布布土體扭剪破壞時時，破壞面上剪剪應(yīng)力的分布并并不是均勻的，，剪應(yīng)力近邊緣緣處(水平面及垂直面面上)均有應(yīng)力集中現(xiàn)現(xiàn)象。Jackson(1969)提出，對計算抗抗剪強度Cu的公式進行修正正，表示為:6、圓柱破壞面的的形成Leblane(1975)通過室內(nèi)十字板板試驗發(fā)現(xiàn)，抗抗剪強度峰值發(fā)發(fā)生在扭剪角不不大時。隨著扭扭剪角增大，強強度降低，直至至達(dá)到殘余強度度為止。當(dāng)扭剪角超過45度時，才發(fā)展成成完整的圓柱破破壞面，而且剪切破壞面面實際為帶狀，，其直徑比十字字板葉片直徑大大5%，這使計算所得得抗剪強度值偏偏大。7、觸變效應(yīng)Flaate(1966)首先提出，試驗驗前十字板頭插插人土中靜置的的時間延長時，，測得的抗剪強強度往往會增加加。這與插人十十字板頭所產(chǎn)生生的孔隙壓力的的消散和勃性土土觸變強度的恢恢復(fù)有關(guān)。為增增加資料的可比比性，有必要對對十字板插入土土中和試驗之間間規(guī)定一個統(tǒng)一一的延遲時間。。8、試驗方法采用不同的試驗驗設(shè)備、鉆進方方式或操作方法法也都會影響所所測試土層的抗抗剪強度。電測測式十字板比非非電測式的試驗驗結(jié)果往往偏小小15-20%(當(dāng)控制剪切速率率等條件相同時時)。這是由于電測測裝置從根本上上消除了機械安安裝、鉆桿彎曲曲、軸桿摩擦等等因素的影響。。5.數(shù)據(jù)的處理與應(yīng)應(yīng)用計算土的抗剪強強度計算土的靈敏度度繪制抗剪強度與與試驗深度的關(guān)關(guān)系曲線繪制抗剪強度與與回轉(zhuǎn)角的關(guān)系系曲線計算土的抗剪強強度Cu計算重塑土的抗抗剪強度Cu′計算土的靈敏度度St5.2資料應(yīng)用國內(nèi)外研究均表表明，十字板剪剪切試驗所測得得的抗剪強度值值偏高;應(yīng)用于實際工作作時應(yīng)作修正。。Bjerrum(1972）建議的修正式式為:(1)計算地基承載力力(2)分析飽和軟粘性性土填、挖方邊邊坡的穩(wěn)定性十字板抗剪強度度較為普遍地用用于軟土地基及及軟土填、挖方方斜坡工程的穩(wěn)穩(wěn)定性分析與核核算。根據(jù)軟土土中滑動帶強度度顯著降低的特特點，用十字板板能較準(zhǔn)確地確確定滑動面的位位置，并根據(jù)測測得的抗剪強度度來反算滑動面面上土的強度參參數(shù)，為地基與與邊坡穩(wěn)定性分分析和確定合理理的安全系數(shù)提提供依據(jù)。據(jù)南南京水科院、浙浙江水科院等單單位對海堤、水水庫堤壩所作的的大量驗算，表表明十字板抗剪剪強度一般偏大大，建議在設(shè)計計中安全系數(shù)不不小于1.3—1.5為宜。(3)檢驗地基加固改改良的效果在軟土地基堆載載預(yù)壓(或配以砂井排水水)處理過程中，可可用十字板剪切切試驗測定地基基強度的變化，，用于控制施工工速率及檢驗地地基加固的效果果。(4)其他軟粘性土的靈敏敏度是一個重要要指標(biāo)，用它可可以來判斷土的的成因、結(jié)構(gòu)性性，并了解擾動動因素(如打樁、活荷載載變化劇烈等)對軟土強度的影影響；根據(jù)抗剪剪強度與深度的的關(guān)系曲線來判判定土的固結(jié)性性質(zhì)；根據(jù)不排排水抗剪強度確確定軟土路基的的臨界高度等。。估算地基容許承承載力

對于內(nèi)內(nèi)摩擦角為零的的飽和軟粘土，，可以用下式估估算地基容許承承載力[R][R]=2Cu+h式中：—基礎(chǔ)底面以上土土的容重；h—基礎(chǔ)埋深。預(yù)估單樁承載力力

在飽和軟粘粘土中，單樁的的極限端阻力qp和極限側(cè)摩阻力力qf可由下式計算求軟粘土靈敏度度

野外十字板板剪切實驗是確確定軟粘土靈敏敏度的最可靠的的方法十字板剪切試驗驗記錄表轉(zhuǎn)角（度）原狀土重塑土靈敏度St應(yīng)變儀讀數(shù)剪應(yīng)力（kPa）應(yīng)變儀讀數(shù)剪應(yīng)力（kPa）51020102225154732207436251013530108353510135409635458935508214.030.865.8103.6141.4151.2141.4134.4124.6114.8十字板剪切試驗驗記錄表轉(zhuǎn)角（度）原狀土重塑土靈敏度St應(yīng)變儀讀數(shù)剪應(yīng)力（kPa）應(yīng)變儀讀數(shù)剪應(yīng)力（kPa）51020102225154732207436251013530108353510135409635458935508214.030.865.8103.6141.4151.2141.4134.4124.6114.828.035.044.850.449.049.049.049.049.0十字板剪切試驗驗記錄表轉(zhuǎn)角（度）原狀土重塑土靈敏度St應(yīng)變儀讀數(shù)剪應(yīng)力（kPa）應(yīng)變儀讀數(shù)剪應(yīng)力（kPa）51020102225154732207436251013530108353510135409635458935508214.030.865.8103.6141.4151.2141.4134.4124.6114.828.035.044.850.449.049.049.049.049.03.06.新產(chǎn)品介紹1、電動室內(nèi)十字字板剪切儀符合ASTMD4648規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)型電動十字字板剪切儀旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速度恒定，10°/分鐘，包含有標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)的12.7x12.7mm十字板頭。ASTM特殊版S2301，旋轉(zhuǎn)速度更快快，60°-90°°/分鐘，帶有可選選擇的十字板頭頭，直徑12.7mm，高度25.4mm。設(shè)備由四個彈彈簧中的一個進進行加載。S2302型為室內(nèi)手動十十字板剪切儀。。手動便攜式十字字板剪切儀用于初步測試軟軟粘土和中等強強度硬粘土的天天然不排水抗剪剪強度使用快速簡單，，重量輕手動直接鉆孔，，深度可達(dá)3米三種十字板尺寸寸：量程從0到200kPa微型十字板剪切切儀標(biāo)準(zhǔn)十字板基座座刻度范圍0-1kg/cm2，最小刻度為0.05kg/cm2，這樣目視精度度接近0.01kg/m2，除了標(biāo)準(zhǔn)十字字板頭外，另外外兩個十字板頭頭范圍分別為0-2.5和0-0.2kg/cm2。十字板剪切儀和和貫入儀同時使使用，可以快速速對土體的內(nèi)摩摩擦角進行評估估，或者用來判判定土體是否是是粘性的。重量：0.5公斤E-286十字板剪切E-286十字板剪切儀緊緊湊小巧，可放放置于攜帶箱中中，能快速測試試土體的基礎(chǔ)、、掘進、坑槽的的穩(wěn)定性?？偡斗秶?-260kPa。手柄上的刻度度讀數(shù)能保持最最大值，直到重重新復(fù)位。精度度10%。包含有三種尺寸寸的十字板頭：：16x32mm,20x40mm,25.4x50.8mm。有效測試范圍0-260kPa；0-130kPa；0-65kPa?？蛇x50.8x101.6mm十字板頭用來測測試非常敏感性性土體，測試范范圍：0-8.125kPa，一個模擬板頭頭用來標(biāo)定延長長桿和土體摩擦擦。延長桿共6根，每根長0.5米。分隔放置攜帶箱箱并帶有兩個小小扳手重量：3公斤序號產(chǎn)品規(guī)格單位數(shù)量單價金額RE:MARTEST（意大利）19154元（人民幣）（人民幣）便攜式十字板剪切試驗1S057現(xiàn)場勘查便攜式十字板。配備多種十字板剪切頭，及安裝工具。貫入深度：60mm，可通過500cm的延伸桿加長，測量范圍：0-200kPa,包裝箱尺寸規(guī)格：500*300*100mm,重4kg。pc111046110462S057-1延長桿，每根500mm長。pc1130013003S075便攜式十字板儀。包括1個測量表頭及袖珍十字板，表頭量程0-1KG,十字板探頭規(guī)格：10*20mm(直徑*高）pc1312931294S075便攜式十字板儀。包括1個測量表頭及袖珍十字板，表頭量程0-1KG,十字板探頭規(guī)格：10*20mm(直徑*高）pc1312931295S076-01不銹鋼十字板頭，規(guī)格：10*20mm(直徑*高）pc1550550電動野外十字板板剪切儀EF-1004歐洲標(biāo)準(zhǔn)型:十字板(Φxh,量程):65x130mm,200kPa刀刃形狀:頂端全部直角十字板保護鞘:外徑Φ75,長度820mm延長管:外徑Φ42延長桿:Φ22x1000mm滑動接口:15順時針方向標(biāo)準(zhǔn)型:十字板(Φxh,量程):50x110mm,200kPa65x130mm,100kPa80x172mm,50kPa刀刃形狀：頂頂端全部錐錐形延長桿:ΦΦ22x1000mm滑動接口:15clockwise序號產(chǎn)品規(guī)格單位數(shù)量單價金額RE:ELE（UK）（人民幣）（人民幣）室內(nèi)和現(xiàn)場十字板剪切試驗126-2270Laborator