十字板剪切试验

6.十字板剪切试验(VaneShearTest)2023/1/1316.十字板剪切试验十字板剪切试验可用于测定饱和软粘性土(Φ≈0)的不排水抗剪强度和灵敏度。

十字板剪切试验点的布置，对均质土竖向间距可为1m，对非均质或夹薄层粉细砂的软粘性土，宜先作静力触探，结合土层变化，选择软粘土进行试验。

2023/1/1326.十字板剪切试验6.1概述1.定义：十字板剪切试验是将插入软土中的十字板头，以一定的速率旋转，测出土的抵抗力矩，从而换算土的抗剪强度。2.适应地层：软土，软粘土。3.种类：机械式，电测式。4.优点：可避免取土扰动而影响土的强度；土体保持在天然应力状态下；直观，简单，明了。2023/1/1336.2机械十字板剪切试验6.2.1仪器设备1.测力装置：开口钢环式测力装置；2.十字板头：常用50x100mm2，75x150mm2；3.轴杆：Φ204.钻机、百分表、秒表等。2023/1/1342023/1/1351手摇柄2齿轮3蜗轮4开口钢环5导杆6特制键7固定夹8量表9支座10压圈11平面弹子盘12锁紧轴13底座14固定套15横销16制紧轴17导轮2023/1/1366.2.2试验要点1.钻杆要平直，不弯曲，应配用Φ32或Φ42专用试验探杆；2.钻孔要求垂直；3.钢环每半年率定一次或每项工程进行前率定；4.对开口钢环式十字板剪切仪应修正轴杆与土体间的摩擦阻力。2023/1/137钢环的率定率定时应逐级加荷卸荷，测记相应的变形，至少重复三次，以三次量表读数的平均值为横坐标，荷重为纵坐标，绘制钢环率定曲线，按C=P/ε计算钢环率定系数。（其中P为某级荷重KN，ε为相应于P的钢环变形值。）2023/1/1386.3电测十字板剪切试验6.3.1仪器设备1.电阻应变仪2.电测十字板头3.探杆4.电缆线5.压入主机。2023/1/1392023/1/13102023/1/13116.3.2十字板头的率定1.率定目的建立应变与力矩之间的关系。2.率定方法逐级加荷，稳定后读ε，进行三次平行试验。在弹性范围内扭力矩与应变成直线关系。扭力矩变应2023/1/1312tgａ=M/ε率定系数K=K’’tgａK’’=2/πD2H（1+D/3H）D；十字板宽度mK’’；十字板头系数π：3.1415927tgａ：率定直线斜率M；扭力矩，ε：应变。2023/1/13136.3.3试验要点1.选择十字板头2.探杆检查3.仪表调试4.按静探方法将十字板头贯入到试验深度5.使用旋转装置的卡盘卡住探杆6.记录初始读数7.缓慢均匀转动摇把，在1-3分钟内达到最大微应变值。十字板以1。/10S的速率旋转，每转1度读数一次，直到破坏后，仍继续读1分钟，得出原状土的应变值,从而得到原状土剪损的总作用力pf。2023/1/13146.3.3试验要点8.完成原状土的十字板剪切试验后，用摇把将探杆连续转6圈，然后重复第7项操作，读出扰动土的破坏最大应变值,从而得到重塑土剪损的总作用力pf’。9.完成一个深度试验以后，松开卡盘，继续下压十字板头到试验的各个深度，重复上述操作，继续各次试验。2023/1/1315对于离合式十字板头，拨下特制键，上提导杆2-3cm，使离合齿脱离，再插上特制键，匀速转动手摇柄，测记轴杆与土摩擦的量表稳定读数。对于牙嵌式十字板头，逆时针快速转动手柄10余圈，使轴杆与十字板头脱离,再顺时针方向匀速转动手柄，测记轴杆与土摩擦时的量表读数。2023/1/1316

十字板剪切试验的主要技术要求应符合下列规定：

1

十字板板头形状宜为矩形，径高比1:2，板厚宜为2~3mm；

2

十字板头插入钻孔底的深度不应小于钻孔或套管直径的3～5倍；

3

十字板插入至试验深度后，至少应静止2～3min，方可开始试验；

2023/1/1317

4

扭转剪切速率宜采用(1度～2度)/10s，并应在测得峰值强度后继续测记1min；

5

在峰值强度或稳定值测试完后，顺扭转方向连续转动6圈后，测定重塑土的不排水抗剪强度；

6

对开口钢环十字板剪切仪，应修正轴杆与土间的摩阻力的影响。

2023/1/13186.3.4注意事项1.试验用的探杆一定要平直，不能弯曲，保证三点一线；（剪力仪、钻孔、机身园孔中心）2.十字板头贯入土中后，应静止2-3分钟方可开始试验；3.遇到夹砂、贝壳，应变值偏大时，将板头穿过夹砂、贝壳，或者下压20-30cm补做试验；4.十字板剪切试验抗剪强度精度应达到1-2kPa。2023/1/13192023/1/13206.4资料整理6.4.1基本理论当转动插入土层中的十字板头时，在土层中产生的破坏状态接近一个圆柱体，假定圆柱体四周上下两个端面上的各点强度相等，则土体破坏时所产生的抵抗力矩M为：M=M1+M2M1=Cu*Л*D*H*1/2*DM2=2Cu*1/4*Л*D*D*0.5D*2/3M：土体破坏时的抵抗力矩KN.mM1：圆柱体的园柱面所产生的抵抗力矩KN.mM2：圆柱体的上下两个端面所产生的抵抗力矩KN.m2023/1/1321Cu：饱和粘土的不排水抗剪强度kpa；D：圆柱体直径，对于软黏土，她相当于十字板的直径m；H：圆柱体高度，对于软黏土，她相当于十字板的高度m。Cu=2M/ЛD2H（1+D/3H）6.4.2十字板抗剪强度计算Cu=K（ε-T）T：初始读数，可以是正数也可以是负数。2023/1/1322成果分析十字板剪切试验成果分析应包括下列内容：

1计算各试验点土的不排水抗剪峰值强度、残余强度和灵敏度；

2绘制单孔十字板剪切试验土的不排水抗剪峰值强度、残余强度、重塑土强度和灵敏度随深度的变化曲线，需要时绘制抗剪强度与扭转角度的关系曲线；

3根据土层条件和地区经验，对实测的十字板不排水抗剪强度进行修正。

2023/1/1323抗剪强度随深度变化曲线1-原状土2-扰动土2023/1/1324抗剪强度与转角关系曲线

1-原状土2-扰动土

2023/1/13256.5成果应用十字板剪切试验成果可按地区经验，确定地基承载力、单桩承载力、计算边坡稳定，判定软粘性土的固结历史。6.5.1现场不排水抗剪强度(Cu)f=R*Cu式中(Cu)f

:土的现场不排水抗剪强度,KpaCu:十字板不排水抗剪强度,KpaR:修正系数,按下表查询:IP10152025R0.910.880.850.822023/1/13266.5.2承载力计算6.5.2.1饱和软粘土上浅基础地基承载力1.极限压力法qu=5.14Cu+γh式中qu:极限承载力;Cu:修正后的十字板不排水抗剪强度,Kpa;h:基础埋深;γ:土的重度。2.中国建科院和华东电力院经验：fk=2Cu+γhfk：地基承载力标准值。2023/1/13276.5.2承载力计算6.5.2.2估算单桩极限承载力估算桩侧极限摩阻力Pf=aCua为折减系数：当Cu＜25Kpa时a=1.0,Cu

＞75

Kpa时a=0.5。其余采用内插法。估算桩端极限承载力Pb=9Cu2023/1/13286.5.3计算土的灵敏度灵敏度反映土的强度由于结构受到破坏而降低的程度。St=cu/cu’