巖土工程測試十字板剪切試驗

巖土工程測試技術(shù)第六章十字板剪切試驗第一節(jié)概述第二節(jié)試驗的原理與儀器設(shè)備第三節(jié)試驗方法與技術(shù)要求第四節(jié)試驗資料整理及影響因素分析第五節(jié)試驗成果應(yīng)用巖土工程測試技術(shù)第一節(jié)概述一、定義十字板剪切試驗（VaneShearTest簡稱VST）是一種通過對插入地基土中的規(guī)定形狀和尺寸的十字板頭施加扭矩，使十字板頭在土體中等速扭轉(zhuǎn)形成圓柱狀破壞面，經(jīng)過換算評定地基土不排水抗剪強(qiáng)度的現(xiàn)場試驗。巖土工程測試技術(shù)二、十字板剪切試驗的發(fā)展

此項技術(shù)最初由瑞典人在1919年提出來的，到40年代有巨大進(jìn)展。其間，英國Skempton等人結(jié)合φ=0原理（φ=0theory）的概念及應(yīng)用上作了很大貢獻(xiàn)。此后，在世界范圍內(nèi)獲得廣泛應(yīng)用。在我國，50年代由南京水利科學(xué)院引進(jìn)，并在沿海諸省及多條河流的沖積平原軟粘土地區(qū)得到廣泛應(yīng)用。歷時十余年的工作奠定了在我國的應(yīng)用基礎(chǔ)。此后，我國很多單位在設(shè)備的改進(jìn)和應(yīng)用實驗方面做了大量工作。巖土工程測試技術(shù)三、十字板剪切試驗的分類

（1）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；（2）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。（3）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。

巖土工程測試技術(shù)四、優(yōu)缺點及適用性

適用土性：被沿海軟土地區(qū)廣泛使用，適用于靈敏度St<=10、固結(jié)系數(shù)cv<=100(m2/a)的均質(zhì)飽和軟粘土。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(jìn)行扭剪。所求軟土抗剪強(qiáng)度指標(biāo)比其他方法都可靠；（2）所測得的強(qiáng)度能較好的反映土的天然強(qiáng)度；（3）設(shè)備簡單、操作方便。缺點：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，會有較大誤差，使用時必須謹(jǐn)慎。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。

巖土工程測試技術(shù)五、十字板剪切試驗的應(yīng)用

測定原位應(yīng)力條件下軟粘土的不排水抗剪強(qiáng)度；評定軟粘性土的靈敏度；計算地基的承載力；判斷軟粘土的固結(jié)歷史。河南城建學(xué)院巖土工程測試技術(shù)第二節(jié)試驗的原理與儀器設(shè)備十字板剪切試驗的原理表述：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(qiáng)度Cu值(假定φ=0)。一、試驗基本原理

河南城建學(xué)院巖土工程測試技術(shù)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。CvCH河南城建學(xué)院巖土工程測試技術(shù)

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，如圖6－1；并假定該剪損面的側(cè)面和上、下底面上土的抗剪強(qiáng)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＝M1十M2。其中：

河南城建學(xué)院巖土工程測試技術(shù)則式中，cu——十字板抗剪強(qiáng)度；

D——十字板頭直徑；

H——十字板頭高度。

河南城建學(xué)院巖土工程測試技術(shù)（1）普通十字板儀對于普通十字板儀，上式中的M值應(yīng)等于試驗測得的總力矩減去軸桿與土體間的摩擦力矩和儀器機(jī)械摩阻力矩，即：pf——剪損土體的總作用力；f——軸桿與土體間的摩擦力和儀器機(jī)械阻力，試驗時通過使十字板儀與軸桿脫離進(jìn)行測定；R——施力轉(zhuǎn)盤半徑。將上式代入cu表達(dá)式，得：河南城建學(xué)院巖土工程測試技術(shù)前面的系數(shù)對于一定規(guī)格的十字板儀來說為一常量，稱為十字板常數(shù)k，即則有：河南城建學(xué)院巖土工程測試技術(shù)（2）電測十字板儀對于電測十字板儀，由于在十字板頭和軸桿之間有貼電阻應(yīng)變片的扭力柱連接，扭力柱測定的只是作用在十字板頭上的扭力。因此，在計算土的抗剪強(qiáng)度時，不必進(jìn)行軸桿與土體間的摩擦力和儀器機(jī)械摩阻力修正。河南城建學(xué)院巖土工程測試技術(shù)二、試驗的儀器設(shè)備壓入主機(jī)十字板頭扭力傳感器量測扭力的儀表施加扭力裝置其它（探桿等）河南城建學(xué)院巖土工程測試技術(shù)

常用的十字板頭為矩形，高徑比(H/D)為2。一般在軟粘土中，選擇75mm×150mm的十字板頭較為合適，在稍硬土中，可用50mm×100mm的十字板頭。

使用的軸桿直徑為20mm。對于普通十字板儀，軸桿與十字板頭的連接方式，有國內(nèi)廣泛使用的離合式和套筒式。測力裝置有開口鋼環(huán)測力裝置和電阻應(yīng)變式測力裝置。

電測式十字板剪切儀與鋼環(huán)式的主要區(qū)別在于，其測力設(shè)備不用鋼環(huán)，而是在十字板頭上方連接貼有電阻應(yīng)變片的受扭力柱的傳感器。在地面上用電子儀器直接測十字扳頭的剪切扭力，可不必進(jìn)行探桿及軸桿的摩擦校正。因此，電測式十字板剪切儀操作簡單、試驗成果比較穩(wěn)定，因而應(yīng)用廣泛。河南城建學(xué)院巖土工程測試技術(shù)第三節(jié)試驗方法及技術(shù)要求

一、試驗的技術(shù)要求根據(jù)《巖土工程勘察規(guī)范》（GB50021－2001），十字板試驗應(yīng)滿足以下主要技術(shù)要求：鉆孔十字板剪切試驗時，十字板頭插入孔底以下的深度不應(yīng)小于3～5倍鉆孔直徑，以保證十字板能在未擾動土中進(jìn)行剪切試驗。一般，在同一孔內(nèi)進(jìn)行不同深度點的剪切試驗時，試驗間距不小于0.75～1.0m。為保證十字極頭旋轉(zhuǎn)時不發(fā)生擺動，試驗所用探桿必須平直，前5m的探桿要求更高些。對鋼環(huán)式十字板試驗，探桿上應(yīng)裝導(dǎo)輪，在上、下部各裝一導(dǎo)輪，試驗深度較大時，導(dǎo)輪間距不宜大于10m。河南城建學(xué)院巖土工程測試技術(shù)

十字板頭插入土中試驗深度后，應(yīng)靜置2～3min，方可開始剪切試驗。因為插入時在十字板頭四周產(chǎn)生超孔隙水壓力，靜置時間過長，孔隙壓力消散會使有效應(yīng)力增長，使不排水抗剪強(qiáng)度增大；若靜置時間過短，土稍稍被擾動還來不及恢復(fù)，測出的強(qiáng)度值可能偏低。扭剪速率應(yīng)力求均勻，并控制在一定值。剪切速率過慢，由于排水導(dǎo)致強(qiáng)度增長。剪切速率過快，對于飽和軟粘性土，由于粘滯效應(yīng)，也使強(qiáng)度增長。扭剪速率宜采用(1°～2°)／10s，以此作為統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)速率，以便能在不排水條件下進(jìn)行剪切試驗。測記每扭轉(zhuǎn)1°的扭矩，當(dāng)扭矩出現(xiàn)峰值或穩(wěn)定值后．要繼續(xù)測讀1min．以便確認(rèn)峰值或穩(wěn)定扭矩。河南城墊建學(xué)院巖土工錯程測試申技術(shù)在峰值浙強(qiáng)度或腥穩(wěn)定值享測試完衫畢后，程順時針閱方向連故續(xù)轉(zhuǎn)動6圈，圣使十裁字板差頭周能圍土燈體充飯分?jǐn)_豈動，間然后諸測定扭重塑鳴土的院不排黃水強(qiáng)必度。對于聯(lián)開口教鋼環(huán)驢十字饞板剪塌切儀氧、應(yīng)擇進(jìn)行菠軸桿粗與土叨之間閉摩擦眼阻力喝影響罵的修販正．壟對于已電測梁十字茶板剪超切儀制，不萄需進(jìn)服行此涂項修眼正。扭力傳射感器應(yīng)漸定期標(biāo)驢定，一歐般應(yīng)三稿個月標(biāo)階定一次迫，如使貪用過程調(diào)中出現(xiàn)喜異常．勻也應(yīng)重羅新標(biāo)定著。標(biāo)定婚時所用郊的傳感斥器、導(dǎo)溜線和測帶量儀器預(yù)應(yīng)與試攻驗時相熟同。河南槳城建俯學(xué)院巖土工敗程測試刷技術(shù)二、十丘字板剪腳切試驗森方法與爺步驟河南城底建學(xué)院巖土棗工程豈測試效技術(shù)注意事繭項：應(yīng)先喬將電脊纜穿喬過施根加扭課力裝膨置的侵中心披孔，就然后門再穿急入探根桿；在扭剪差前，應(yīng)員讀取初老始讀數(shù)遼或?qū)x謙器調(diào)零李；勻速轉(zhuǎn)紙動手搖脂柄，搖票柄每轉(zhuǎn)統(tǒng)一圈，有十字板閉頭旋轉(zhuǎn)左一度。測試重復(fù)塑土?xí)r策，用扳順手或管咐鉗快速君將探桿撥順時針乞方向旋化轉(zhuǎn)6圈，使疼十字板向頭周圍病的土充棒分?jǐn)_動今后，立驕即擰緊曬鉆桿夾粒具。河南姓城建駱學(xué)院巖土工據(jù)程測試裕技術(shù)對于買自鉆甚式電曾測十麥字板加剪切繭儀．血可以恢采用絕靜力蛇觸探般的貫參入機(jī)倚具將魔十字思板頭扔壓入殃到試慕驗深北度，寸則不著存在夫下套尾管和磨鉆孔迅護(hù)壁穗問題餅。電測晨式十斗字板蘿剪切附儀在麻進(jìn)行效重塑鏈土剪花切試膏驗時導(dǎo)也存毅在問轉(zhuǎn)題。圍按《巖土四工程躬勘察爛規(guī)范》（GB5隱002河1－20旅01）的數(shù)技術(shù)馬要求聞，在腰原狀室土峰松值強(qiáng)握度測收試完斯畢后貴，應(yīng)朱連續(xù)舒轉(zhuǎn)動6圈，獻(xiàn)使十脹字板協(xié)頭周捎圍土斷體充滔分?jǐn)_疼動。卷但由鄉(xiāng)豐于電值測法泛中電遞纜的沈存在廈，當(dāng)姑探桿擔(dān)、扭林力柱吼與十討字板置頭一鞭起連燙續(xù)轉(zhuǎn)豆動時炊，電旦纜的旅纏繞跑，甚陶至接鐮頭處格被扭嚼斷，櫻使該勉項技慮術(shù)要耍求難普以很淡好地改執(zhí)行附。河南鄉(xiāng)豐城建鋒學(xué)院巖土工井程測試歌技術(shù)第四謹(jǐn)節(jié)塔試驗兄資料休整理挽及影示響因丹素分熟析一、試殖驗資料濱的整理十字邀板剪且切試梅驗的井資料題整理借應(yīng)包呢括以仿下內(nèi)款容：（1）計算勾各試驗漏點原狀儉土的不坐排水抗彈剪強(qiáng)度藝、重塑忌土抗剪凳強(qiáng)度和妙土的靈深敏度；（2）繪缸制各侵個單詳孔土情的不絕排水均抗剪那強(qiáng)度懷、重縫塑土挎抗剪鬧強(qiáng)度則和靈掘敏度惡隨深尾度的秋變化叫曲線社。（3）根據(jù)竊需要繪短制各試肅驗點土宣的抗剪轟強(qiáng)度與標(biāo)扭轉(zhuǎn)角明的關(guān)系爆曲線；（4）應(yīng)僵根據(jù)牲地區(qū)預(yù)經(jīng)驗盜和土芒層條連件，盈對實萬測的突不排解水抗獅剪強(qiáng)浮度進(jìn)煙行必甜要的請修正電。河南城籠建學(xué)院巖土工美程測試育技術(shù)一般捐，飽腰和軟敢粘土戀的十遷字板媽抗剪蹲強(qiáng)度驅(qū)存在沾隨深姜度的秀增加們而增遣長的泰規(guī)律濤。對于同遭一土層劇，可以稈采用統(tǒng)絲式計分析暖的方法勝對試驗丘數(shù)據(jù)進(jìn)曉行統(tǒng)計反。在統(tǒng)螺計中應(yīng)遷剔除個熟別的異蔬常數(shù)據(jù)浩。河南城革建學(xué)院巖土冠工程肯測試菌技術(shù)二、測榜試數(shù)據(jù)剩處理1、計算慌土的抗仔剪強(qiáng)度Cu2、計箏算重惰塑土庫的抗斜剪強(qiáng)噸度Cu′3、計算矛土的余靈敏喪度St河南城順建學(xué)院巖土萬工程夾測試腿技術(shù)十字緩板剪攻切試桌驗記判錄表轉(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.申030.疼865勢.810爬3.救6141上.415笛1.皂214想1.接413您4.舒412擋4.蔑6114光.8河南念城建憑學(xué)院巖土工智程測試胳技術(shù)十字禁板剪諸切試燭驗記普錄表轉(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.隔030.巴865.警810托3.并6141掙.4151灑.214量1.警4134底.412烤4.痛6114抽.828攔.035策.044.柄850.牙449.餃049敢.049.英049.肅049.發(fā)0河南城卸建學(xué)院巖土歉工程轎測試緣瑞技術(shù)十字板樓剪切試階驗記錄末表轉(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槽.030椒.865.右810春3.堅6141詠.4151阿.2141萬.4134濫.412隔4.江6114砍.828.牢035卷.044.禍850至.449.拳049傲.049支.049竿.049沖.03.圣0河南軋城建撇學(xué)院巖土工貪程測試盼技術(shù)繪制抗選剪強(qiáng)度否與轉(zhuǎn)角孔的關(guān)系慰曲線繪制抗剖剪強(qiáng)度渾與深度熄的關(guān)系雙曲線河南肅城建摩學(xué)院巖土渴工程舞測試制技術(shù)三、很試驗輸結(jié)果顧修正閥方法1、不排葬水抗剪肺強(qiáng)度修察正將現(xiàn)宗場實腐測土姜的十創(chuàng)字板眾抗剪做用于湯工程從設(shè)計傍時，聽可按挑下式抖進(jìn)行棕修正截：式中，μ為修購正系蔑數(shù)。（1）我國《鐵路工蠢程地質(zhì)晝原位測執(zhí)試規(guī)程》（TB1坡004拳1－20釘03）的屢建議供，當(dāng)Ip≤役20時，取μ＝1；當(dāng)20<圈Ip礙≤40，取μ＝0.納9。河南城詳建學(xué)院巖土工菌程測試綠技術(shù)（2）Bj緣瑞er冊ru醫(yī)m（197獨3）發(fā)旺現(xiàn)土盛的十冤字板蒼抗剪封強(qiáng)度他受土井的稠墓度的禁影響紡，μ可依據(jù)蜓圖6－10取值號。修正系滅數(shù)μ（Bj好er字ru崇m，197濱3）河南板城建忘學(xué)院巖土工輩程測試轉(zhuǎn)技術(shù)（3）Joh更nso炮n等(19姜88)根據(jù)剝墨西孝哥海冬灣的自深水齡軟土積十字刺板剪努切試訪驗的蝕經(jīng)驗堵，μ取值沈如下強(qiáng)：當(dāng)20申≤Ip≤8挑0時，或當(dāng)0.2豪≤IL≤1.敢3時，式中睜，Ip——塑性嗽指數(shù)戶；IL——液性指穿數(shù)。河南免城建臨學(xué)院巖土癢工程排測試摩技術(shù)第五置節(jié)踏試驗失成果姐應(yīng)用一、評房誠定軟土圓地基承瓶載力承載力加的計算模主要取重決于土彼的不排籌水抗剪堡強(qiáng)度。哈如中國恨建筑科蝕學(xué)研究閑院的經(jīng)炮驗：式中，fk——地基演承載悶力標(biāo)咳準(zhǔn)值開；γ——土的藝重度離；h——基礎(chǔ)埋搬置深度蒙。河南仆城建靜學(xué)院巖土鑄工程偽測試急技術(shù)十字板食剪切試北驗主要她用途就奔是確定脹天然不男排水抗奧剪強(qiáng)度緞。該法年主要適由用于飽骨和軟粘裕土，砂狐性土或耐粉性土娛要慎重謹(jǐn)使用，渣對含有稀夾層的牙地基應(yīng)戶剔除偏抽大的數(shù)詠值，之起后分層國取平均痛值。十字板媽試驗的眾最大優(yōu)衛(wèi)點是強(qiáng)胡度值比獅較穩(wěn)定釀，數(shù)值慶的可靠唉性較大留。在使智用時，唇可按第寄四節(jié)介我紹的方仔法進(jìn)行茶修正。河南城揀建學(xué)院巖土工飯程測試濱技術(shù)二、估胞算單樁資極限承泰載力按美瞎國石傭油協(xié)道會(1巖98淚0)相關(guān)規(guī)素程，樁側(cè)極四限摩阻直力pf，可按下救式估計惡：pf＝αcu式中α為折秩減系扭數(shù)．明根據(jù)合下列疾條件遇取值季：當(dāng)cu＜=2懲5k潤Pa時，α＝1.0；當(dāng)cu>=7侮5kP含a時，α＝0.5；當(dāng)25炊kP月a<cu＜75k痰Pa時，α在0.盲5~琴1.形0之間線聲性插值蟻。樁端極限端斤承力pb近似灶取為踐：pb＝9cu根據(jù)這闊兩式，男可估算泊單樁的土極限承待載力。河南城持建學(xué)院巖土工責(zé)程測試引技術(shù)三、評嘴價地基叔土的原鹽位狀態(tài)1、估幸算地膚基土紐奉的液扣性指兵數(shù)Joh高nso遍n（198草8）對大粥量試驗踩結(jié)果進(jìn)鈔行了統(tǒng)免計，得底到如下乳經(jīng)驗關(guān)老系式：式中，cu——原狀起土的即十字悲板抗旺剪強(qiáng)呢度；σ’v——土中辯豎向葬有效能應(yīng)力寇。河南珠城建燥學(xué)院巖土工與程測試覆技術(shù)2、評披價地展基土嶺的應(yīng)掙力歷葡史（1）利濱用十在字板機(jī)不排史水抗至剪強(qiáng)引度與混深度尼的關(guān)杰系曲何線，估可判態(tài)斷土陳的固戒結(jié)應(yīng)脊力歷仿史。錢如圖秀所示厚。土的十錫字板不萬排水抗灑剪強(qiáng)度緞隨深度萍的變化河南話城建委學(xué)院巖土伍工程鹿測試況技術(shù)（2）我踢國《鐵路授工程戶地質(zhì)搜原位收測試乎規(guī)程》（TB攻10播04讀1－20哭03）建鼓議的妻方法a)按回堂歸直種線交火于d軸的截智距Δd的正健負(fù)進(jìn)團(tuán)行判吼斷：Δd晝>0，為超勻固結(jié)土考；Δd＝0，為正掉常固結(jié)糞土；Δd既<0，為欠報固結(jié)土銹；b)土的禾超固徒結(jié)比爸采用May休ne（198羊8）提出缸的關(guān)系頃式進(jìn)行恩估算：m——與土咐質(zhì)地傅區(qū)特如性有銷關(guān)的冷經(jīng)驗就系數(shù)不；可落?。?.4杠8；σ’nc——正常櫻固結(jié)封土的殖有效過自重疏應(yīng)力竄。河南穩(wěn)城建鄭學(xué)院巖土扛工程萌測試矩技術(shù)3、測禿定飽遲和粘法土的區(qū)靈敏謀度靈敏矛度對數(shù)工程揀設(shè)計亮與施護(hù)工工親藝的毒確定竿是起跌很大游作用數(shù)的。礙在十求字板禁試驗圓中可伶以很領(lǐng)方便秩的測挖定出懸來。律在測庭定原畏狀土緩的天卸然強(qiáng)靜度之忍后，痛