巖土工程勘察十字板剪切試驗

4.6十字板剪切試驗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)告目錄十字板剪切試驗(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。1.概述試驗項目測定參數(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。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。優(yōu)點和缺點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。2.十字板測試原理圖中所示為板頭側(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。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3.十字板剪切試驗分類3.電測式十字板剪切試驗壓入主機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）平整場地，安裝機架，并固定把板頭壓至測試深度卡住鉆桿，并調(diào)零轉(zhuǎn)動手柄，旋轉(zhuǎn)鉆桿，使板頭產(chǎn)生扭矩(每10秒使搖柄轉(zhuǎn)動一圈，每轉(zhuǎn)動一圈測記應(yīng)變讀數(shù)一次。)測量扭矩直至峰值出現(xiàn)松動鉆桿完全擾動測試土體，重復(fù)2-5測量擾動土的剪切強度。試驗步驟應(yīng)先將電纜穿過施加扭力裝置的中心孔，然后再穿入探桿；在扭剪前，應(yīng)讀取初始讀數(shù)或?qū)x器調(diào)零；勻速轉(zhuǎn)動手搖柄，搖柄每轉(zhuǎn)一圈，十字板頭旋轉(zhuǎn)一度。測試重塑土?xí)r，用扳手或管鉗快速將探桿順時針方向旋轉(zhuǎn)6圈，使十字板頭周圍的土充分?jǐn)_動后，立即擰緊鉆桿夾具注意事項4.1主要適用于飽和軟粘性土層，但若土層含有砂層、礫石、貝殼、樹根及其他未分解有機質(zhì)時不宜采用。測試深度一般在30m以內(nèi)，目前陸上最大測試深度已超過50m。4.試驗條件和影響因素1、十字板頭的旋轉(zhuǎn)速率

（1）剪切（旋轉(zhuǎn)）速率越大，抗剪強度越大，應(yīng)規(guī)定一個統(tǒng)一的旋轉(zhuǎn)速率（1°/10s）

（2）對一般粘性土，最大的抗剪強度出現(xiàn)在20-30之間，所用時間為3-5min，屬不排水抗剪強度2、土的各向異性

（1）在板頭范圍內(nèi)，土的非均一性

（2）天然土層的抗剪強度的非等向性4.2影響因素3、十字板頭的規(guī)格

指十字板頭的形狀、板厚及軸桿直徑

板厚及軸桿直徑越大，板頭插入土中對土的擾動越大，抗剪強度越小

75mm×150mm，厚3mm，軸徑16mm，60

50mm×100mm，厚2mm，軸徑13mm，604、排水條件

測定的結(jié)果為土的不排水抗剪強度（=0時的C值），但實際測試中，已有部分排水，所測Cu值偏大，應(yīng)修正

5、剪應(yīng)力的分布土體扭剪破壞時，破壞面上剪應(yīng)力的分布并不是均勻的，剪應(yīng)力近邊緣處(水平面及垂直面上)均有應(yīng)力集中現(xiàn)象。Jackson(1969)提出，對計算抗剪強度Cu的公式進行修正，表示為:6、圓柱破壞面的形成

Leblane(1975)通過室內(nèi)十字板試驗發(fā)現(xiàn)，抗剪強度峰值發(fā)生在扭剪角不大時。隨著扭剪角增大，強度降低，直至達到殘余強度為止。當(dāng)扭剪角超過45度時，才發(fā)展成完整的圓柱破壞面，而且剪切破壞面實際為帶狀，其直徑比十字板葉片直徑大5%，這使計算所得抗剪強度值偏大。7、觸圖變效槳應(yīng)Fla陣ate堅(19慚66篇)首先提鼓出，試艷驗前十津字板頭旬插人土恐中靜置烤的時間餅延長時裳，測得婚的抗剪孔強度往敘往會增明加。這銹與插人蔑十字板推頭所產(chǎn)懶生的孔懸隙壓力沒的消散腰和勃性袋土觸變襯強度的慎恢復(fù)有餅關(guān)。為完增加資掙料的可茅比性，訴有必要于對十字丈板插入委土中和配試驗之陰間規(guī)定討一個統(tǒng)沉一的延瓜遲時間泥。8、試驗詠方法采用不堂同的試慮驗設(shè)備世、鉆進亦方式或它操作方以法也都崖會影響語所測試獻土層的響抗剪強笛度。電買測式十催字板比而非電測界式的試搞驗結(jié)果犁往往偏抱小15-盆20%崇(當(dāng)控疑制剪得切速拒率等記條件偉相同屠時)。這帖是由唇于電幻玉測裝萍置從求根本夫上消龜除了峰機械首安裝鴿、鉆屈桿彎凝曲、島軸桿爽摩擦泥等因籍素的抬影響煙。計算滲土的乳抗剪呢強度計算土肅的靈敏假度繪制抗鴉剪強度眉與試驗阿深度的糾關(guān)系曲祥線繪制抗誘剪強度歐與回轉(zhuǎn)冒角的關(guān)仰系曲線5.數(shù)據(jù)的逃處理與充應(yīng)用計算朝土的鐮抗剪魚強度Cu計算重豆塑土的踩抗剪強末度Cu′計算狠土的滾靈敏雅度St國內(nèi)外川研究均收表明，安十字板蹈剪切試醫(yī)驗所測芳得的抗繼剪強度賠值偏高;應(yīng)用沒于實稈際工娛作時殺應(yīng)作欄修正聽。Bje輸rru籌m(1謙972）建蜓議的推修正越式為:5.巴2資料減應(yīng)用(1芽)計算地晝基承載拆力(2免)分析飽殃和軟粘均性土填拳、挖方魯邊坡的脆穩(wěn)定性十字市板抗意剪強陷度較驅(qū)為普蜓遍地勤用于卵軟土生地基浪及軟甲土填槐、挖戶方斜野坡工寇程的醋穩(wěn)定炎性分范析與通核算暗。根灘據(jù)軟烤土中賭滑動掠帶強御度顯寇著降補低的流特點廁，用疤十字附板能潮較準(zhǔn)顏確地巾確定奧滑動葬面的歉位置雅，并璃根據(jù)裙測得摩的抗昌剪強秀度來勒反算蟻滑動莊面上工土的北強度很參數(shù)禽，為汽地基槳與邊皇坡穩(wěn)青定性診分析蘭和確訴定合技理的肆安全姻系數(shù)盆提供紅依據(jù)膜。據(jù)盞南京虜水科民院、糧浙江欠水科籌院等器單位已對海敵堤、錄水庫尊堤壩疊所作墾的大飾量驗孕算，戒表明羞十字懼板抗投剪強肉度一疫般偏更大，談建議臨在設(shè)浩計中唱安全做系數(shù)哈不小領(lǐng)于1.皮3—其1.米5為宜。(3)檢驗地沃基加固勻改良的餃效果在軟勻土地摩基堆海載預(yù)網(wǎng)壓(或配奇以砂鈴井排狹水)處理過丸程中，冤可用十占字板剪娘切試驗?zāi)_測定地腿基強度緊的變化循，用于芳控制施歇工速率禮及檢驗匯地基加岔固的效售果。(4據(jù))其他軟粘箱性土稻的靈混敏度種是一屆個重傭要指默標(biāo)，場用它誰可以嫌來判辯斷土否的成曠因、俊結(jié)構(gòu)咐性，在并了羅解擾球動因鎖素(如打羨樁、窩活荷洪載變亦化劇料烈等)對軟瓶土強港度的棚影響沫；根他據(jù)抗所剪強昆度與誼深度慕的關(guān)醉系曲蜂線來斬判定傻土的例固結(jié)村性質(zhì)辣；根之據(jù)不份排水興抗剪松強度扁確定撿軟土騾路基片的臨坑界高卡度等受。估算迎地基犯容許耍承載比力濟對于多內(nèi)摩束擦角蛾為零舅的飽北和軟酸粘土罩，可關(guān)以用撫下式坦估算秘地基闊容許荒承載累力[R][R]=2Cu+h式中：—基礎(chǔ)底葛面以上根土的容兔重；h—基礎(chǔ)姜埋深屠。預(yù)估陪單樁康承載都力釀在飽脾和軟袋粘土諒中，揮單樁默的極歇限端散阻力qp和極孕限側(cè)膝摩阻紐奉力qf可由下妥式計算求軟粘急土靈敏濃度

野冶外十字期板剪切噸實驗是辜確定軟染粘土靈睜敏度的趟最可靠斑的方法十字絕板剪哈切試撿驗記跳錄表轉(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摟.030貫.865.開8103勞.6141奮.415演1.仍2141阿.413腸4.籠412稠4.穩(wěn)6114嬸.8十字板耐剪切試氧驗記錄母表轉(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.裳030我.865.旺810魄3.題6141階.4151白.2141剩.413抖4.覺412澤4.芳6114攔.828項.035列.044.尿850.對449.輔049.懲049.伐049述.049.咸0十字板猛剪切試杜驗記錄柿表轉(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塘.030皮.865甜.810避3.民6141蹤蝶.415俗1.機2141喊.4134炊.4124壁.611石4.呼828.給035.悠044.凍850.曾449金.049.潤049短.049捕.049賭.03.01、電糧動室萌內(nèi)十膝字板猶剪切餓儀符合AS骨TM烏D暈46型48規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)型失電動十隨字板剪猛切儀旋棒轉(zhuǎn)速度短恒定，10°土/分鐘嚼，包浮含有澆標(biāo)準(zhǔn)臥的十蘿字板僻頭。AS幫TM特殊練版S23業(yè)01，旋必轉(zhuǎn)速努度更紅快，60瓦°-熄90駱°/分鐘，姨帶有可斜選擇的已十字板坑頭，直史徑12扁.7貧mm，高度25.照4mm。設(shè)備效由四個放彈簧中保的一個祥進行加哀載。S23果02型為揮室內(nèi)哲手動客十字煉板剪損切儀柴。6.新產(chǎn)戲品介凈紹手動便脊攜式十賞字板剪京切儀用于初冶步測試崇軟粘土寸和中等樣強度硬盼粘土的列天然不府排水抗沃剪強度使用肆快速奪簡單凝，重炸量輕手動雅直接香鉆孔揀，深喜度可林達3米三種十割字板尺句寸：量知程從0到200唱kPa標(biāo)準(zhǔn)十件字板基表座刻度更范圍0-1主kg/尸cm2，最渡小刻伯度為0.0集5k黃g/c梢m2，這樣飾目視精替度接近0.滲01困kg照/m2，除儀了標(biāo)拆準(zhǔn)十睬字板留頭外汁，另闖外兩偶個十帥字板屑頭范見圍分輩別為0-2驗.5和0-呼0.氧2歐kg悲/c鮮m2。十字板朽剪切儀錄和貫入餐儀同時滔使用，處可以快菊速對土餓體的內(nèi)捕摩擦角異進行評債估，或漆者用來布判定土雜體是否墻是粘性城的。重量：0.5公斤微型十尚字板剪濁切儀E-2柏86十字包板剪穩(wěn)切儀江緊湊引小巧熟，可嫩放置稠于攜刑帶箱墳中，婦能快足速測港試土丹體的凍基礎(chǔ)俘、掘浩進、果坑槽驅(qū)的穩(wěn)蓮定性意?？偮敺秶?-昌26踏0k飾Pa。手鹿柄上蹈的刻域度讀斤數(shù)能鑒保持執(zhí)最大虎值，怨直到閱重新葡復(fù)位冤。精平度10古%。包含有鋸三種尺叫寸的十罩字板頭叔：。有效測抽試范圍0-2峽60k腹Pa；0-直13蜘0k如Pa；0-僻65姨kP伐a?？蛇x末十字遣板頭譜用來克測試姜非常鎖敏感接性土金體，訂測試翻范圍合：0-職8.唯12溜5k眠Pa，一個春模擬板科頭用來喘標(biāo)定延廳長桿和提土體摩字擦。延長籍桿共6根，每雕根長0.5米。分隔擁放置毒攜帶禽箱并燭帶有狼兩個倒小扳臂手重量活：3公斤E-2腳86十字板相剪切序號產(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歐洲標(biāo)憐準(zhǔn)型:十字板(Φ血xh兩,量程):蛛65扭x1胃30世m(xù)m,扛20御0k勝Pa刀刃右形狀:頂端粱全部蘋直角十字視板保匹護鞘:外徑Φ75惠,長度820愉mm延長管:外徑Φ4猜2延長桿:新Φ2這2碑x班10蒼00窄m廳m滑動搜接口:恨15順時懼針方烘向標(biāo)準(zhǔn)型:十字農(nóng)板(Φ殘xh姥,量程):震50著x1責(zé)10暗mm,桿20鍬0k肝Pa65宮x蠅1兔30厘m峰m,號1輝00冶k季Pa80慰x聚1忠72蓋m妥m,顆5智0援kP槽a刀刃攀形狀仇：開頂端繳全部蘇錐形延長桿:防Φ2慚2嫌x器10霸00俘m甜m滑動接跑口:奮1近5c云loc弓kwi棚se電動染野外溝十字滲板剪漏切儀EF適-1終00幟4