岩土工程勘察第章十字板剪切试验图文丰富

第5章十字板剪切试验主讲：崔德山目录1.概述2.十字板测试原理3.电测式十字板剪切试验4.影响测试成果的主要因素5.成果的应用6.新产品介绍7.试验总结与要求8.下节预告1.概述十字板剪切试验(VaneShearTest,简称VST)适用于原位测定饱水软粘土的不排水抗剪强度。所测得的抗剪强度值，相当于试验深度处天然土层在原位压力下固结的不排水抗剪强度;由于十字板剪切试验不需要采取土样，避免了土样扰动及天然应力状态的改变，是一种有效的现场测试方法。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;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(Self-BoringVaneShearTest,简称SBVST)。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。十字板剪切试验在我国沿海软土地区被广泛使用。它可在现场基本保持原位应力条件下进行扭剪。适用于灵敏度小于10的均质饱和软粘土。对于不均匀土层，特别是夹有薄层粉细砂或粉土的软粘土。十字板剪切试验会有较大的误差，使用时必须谨慎。试验项目测定参数主要试验目的十字板剪切试验不排水抗剪强度峰值cu(kPa)和残余值c’u(kPa)1测求饱和粘性土的不排水抗剪强度和灵敏度；2估算地基土承载力和单桩承载力；3计算边坡稳定性；4判断软粘性土的应力历史。优点和缺点VST主要用于测定饱水软粘土的不排水抗剪强度。它具有下列优点：(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)野外测试设备轻便，操作容易。(3)测试速度较快，效率高，成果整理简单。其缺点是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。2.十字板测试原理十字板剪切试验的原理，即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。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，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+M2。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。CvCHVST是对压入粘土中的十字板头施加扭矩，使十字板头以一定速率旋转，在土层中形成圆柱形的破坏面，测定土剪切破坏时的最大扭矩，即可得到土的抗剪强度。3.十字板剪切试验分类开口钢环式十字板剪切仪轻便式十字板剪切仪电测式十字板剪切仪3.电测式十字板剪剪切试验压入主机十字板头扭力传感器量测扭力的仪表表施加扭力装置其它（探杆等））试验步骤平整场地，安装装机架，并固定定把板头压至测试试深度卡住钻杆，并调调零转动手柄，旋转转钻杆，使板头头产生扭矩(每每10秒使摇柄柄转动一圈，每每转动一圈测记记应变读数一次次。)测量扭矩直至峰峰值出现松动钻杆完全扰动测试土土体，重复2-5测量扰动土土的剪切强度。。注意事项应先将电缆穿过过施加扭力装置置的中心孔，然然后再穿入探杆杆；在扭剪前，应读读取初始读数或或将仪器调零；；匀速转动手摇柄柄，摇柄每转一一圈，十字板头头旋转一度。测试重塑土时，，用扳手或管钳钳快速将探杆顺顺时针方向旋转转6圈，使十字字板头周围的土土充分扰动后，，立即拧紧钻杆杆夹具4.试验条件和影响响因素4.1主要适用于饱和和软粘性土层，，但若土层含有有砂层、砾石、、贝壳、树根及及其他未分解有有机质时不宜采采用。测试深度度一般在30m以内，目前陆上上最大测试深度度已超过50m。1、十字板头的旋旋转速率

（1）剪切（旋转转）速率越大，，抗剪强度越大大，应规定一个个统一的旋转速速率（1°/10s）（2）对一般粘性土，，最大的抗剪强强度出现在20-30之间，，所用时间为3-5min，属不排水抗剪强强度2、土的各向异性性

（1）在板板头范围内，土土的非均一性（（2）天然土土层的抗剪强度度的非等向性4.2影响因素3、十字板头的规规格

指十字板板头的形状、板板厚及轴杆直径径

板厚及轴杆杆直径越大，板板头插入土中对对土的扰动越大大，抗剪强度越越小

75mm×150mm，厚3mm，轴径16mm，60

50mm×100mm，厚2mm，轴径13mm，604、排水条件测测定的结果为土土的不排水抗剪剪强度（=0时的C值），但实际测测试中，已有部部分排水，所测测Cu值偏大，应修正正5、剪应力的分布布土体扭剪破坏时时，破坏面上剪剪应力的分布并并不是均匀的，，剪应力近边缘缘处(水平面及垂直面面上)均有应力集中现现象。Jackson(1969)提出，对计算抗抗剪强度Cu的公式进行修正正，表示为:6、圆柱破坏面的的形成Leblane(1975)通过室内十字板板试验发现，抗抗剪强度峰值发发生在扭剪角不不大时。随着扭扭剪角增大，强强度降低，直至至达到残余强度度为止。当扭剪角超过45度时，才发展成成完整的圆柱破破坏面，而且剪切破坏面面实际为带状，，其直径比十字字板叶片直径大大5%，这使计算所得得抗剪强度值偏偏大。7、触变效应Flaate(1966)首先提出，试验验前十字板头插插人土中静置的的时间延长时，，测得的抗剪强强度往往会增加加。这与插人十十字板头所产生生的孔隙压力的的消散和勃性土土触变强度的恢恢复有关。为增增加资料的可比比性，有必要对对十字板插入土土中和试验之间间规定一个统一一的延迟时间。。8、试验方法采用不同的试验验设备、钻进方方式或操作方法法也都会影响所所测试土层的抗抗剪强度。电测测式十字板比非非电测式的试验验结果往往偏小小15-20%(当控制剪切速率率等条件相同时时)。这是由于电测测装置从根本上上消除了机械安安装、钻杆弯曲曲、轴杆摩擦等等因素的影响。。5.数据的处理与应应用计算土的抗剪强强度计算土的灵敏度度绘制抗剪强度与与试验深度的关关系曲线绘制抗剪强度与与回转角的关系系曲线计算土的抗剪强强度Cu计算重塑土的抗抗剪强度Cu′计算土的灵敏度度St5.2资料应用国内外研究均表表明，十字板剪剪切试验所测得得的抗剪强度值值偏高;应用于实际工作作时应作修正。。Bjerrum(1972）建议的修正式式为:(1)计算地基承载力力(2)分析饱和软粘性性土填、挖方边边坡的稳定性十字板抗剪强度度较为普遍地用用于软土地基及及软土填、挖方方斜坡工程的稳稳定性分析与核核算。根据软土土中滑动带强度度显著降低的特特点，用十字板板能较准确地确确定滑动面的位位置，并根据测测得的抗剪强度度来反算滑动面面上土的强度参参数，为地基与与边坡稳定性分分析和确定合理理的安全系数提提供依据。据南南京水科院、浙浙江水科院等单单位对海堤、水水库堤坝所作的的大量验算，表表明十字板抗剪剪强度一般偏大大，建议在设计计中安全系数不不小于1.3—1.5为宜。(3)检验地基加固改改良的效果在软土地基堆载载预压(或配以砂井排水水)处理过程中，可可用十字板剪切切试验测定地基基强度的变化，，用于控制施工工速率及检验地地基加固的效果果。(4)其他软粘性土的灵敏敏度是一个重要要指标，用它可可以来判断土的的成因、结构性性，并了解扰动动因素(如打桩、活荷载载变化剧烈等)对软土强度的影影响；根据抗剪剪强度与深度的的关系曲线来判判定土的固结性性质；根据不排排水抗剪强度确确定软土路基的的临界高度等。。估算地基容许承承载力

对于内内摩擦角为零的的饱和软粘土，，可以用下式估估算地基容许承承载力[R][R]=2Cu+h式中：—基础底面以上土土的容重；h—基础埋深。预估单桩承载力力

在饱和软粘粘土中，单桩的的极限端阻力qp和极限侧摩阻力力qf可由下式计算求软粘土灵敏度度

野外十字板板剪切实验是确确定软粘土灵敏敏度的最可靠的的方法十字板剪切试验验记录表转角（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）51020102225154732207436251013530108353510135409635458935508214.030.865.8103.6141.4151.2141.4134.4124.6114.8十字板剪切试验验记录表转角（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）51020102225154732207436251013530108353510135409635458935508214.030.865.8103.6141.4151.2141.4134.4124.6114.828.035.044.850.449.049.049.049.049.0十字板剪切试验验记录表转角（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）51020102225154732207436251013530108353510135409635458935508214.030.865.8103.6141.4151.2141.4134.4124.6114.828.035.044.850.449.049.049.049.049.03.06.新产品介绍1、电动室内十字字板剪切仪符合ASTMD4648规范标准型电动十字字板剪切仪旋转转速度恒定，10°/分钟，包含有标标准的12.7x12.7mm十字板头。ASTM特殊版S2301，旋转速度更快快，60°-90°°/分钟，带有可选选择的十字板头头，直径12.7mm，高度25.4mm。设备由四个弹弹簧中的一个进进行加载。S2302型为室内手动十十字板剪切仪。。手动便携式十字字板剪切仪用于初步测试软软粘土和中等强强度硬粘土的天天然不排水抗剪剪强度使用快速简单，，重量轻手动直接钻孔，，深度可达3米三种十字板尺寸寸：量程从0到200kPa微型十字板剪切切仪标准十字板基座座刻度范围0-1kg/cm2，最小刻度为0.05kg/cm2，这样目视精度度接近0.01kg/m2，除了标准十字字板头外，另外外两个十字板头头范围分别为0-2.5和0-0.2kg/cm2。十字板剪切仪和和贯入仪同时使使用，可以快速速对土体的内摩摩擦角进行评估估，或者用来判判定土体是否是是粘性的。重量：0.5公斤E-286十字板剪切E-286十字板剪切仪紧紧凑小巧，可放放置于携带箱中中，能快速测试试土体的基础、、掘进、坑槽的的稳定性。总范范围0-260kPa。手柄上的刻度度读数能保持最最大值，直到重重新复位。精度度10%。包含有三种尺寸寸的十字板头：：16x32mm,20x40mm,25.4x50.8mm。有效测试范围0-260kPa；0-130kPa；0-65kPa。可选50.8x101.6mm十字板头用来测测试非常敏感性性土体，测试范范围：0-8.125kPa，一个模拟板头头用来标定延长长杆和土体摩擦擦。延长杆共6根，每根长0.5米。分隔放置携带箱箱并带有两个小小扳手重量：3公斤序号产品规格单位数量单价金额RE:MARTEST（意大利）19154元（人民币）（人民币）便携式十字板剪切试验1S057现场勘查便携式十字板。配备多种十字板剪切头，及安装工具。贯入深度：60mm，可通过500cm的延伸杆加长，测量范围：0-200kPa,包装箱尺寸规格：500*300*100mm,重4kg。pc111046110462S057-1延长杆，每根500mm长。pc1130013003S075便携式十字板仪。包括1个测量表头及袖珍十字板，表头量程0-1KG,十字板探头规格：10*20mm(直径*高）pc1312931294S075便携式十字板仪。包括1个测量表头及袖珍十字板，表头量程0-1KG,十字板探头规格：10*20mm(直径*高）pc1312931295S076-01不锈钢十字板头，规格：10*20mm(直径*高）pc1550550电动野外十字板板剪切仪EF-1004欧洲标准型:十字板(Φxh,量程):65x130mm,200kPa刀刃形状:顶端全部直角十字板保护鞘:外径Φ75,长度820mm延长管:外径Φ42延长杆:Φ22x1000mm滑动接口:15顺时针方向标准型:十字板(Φxh,量程):50x110mm,200kPa65x130mm,100kPa80x172mm,50kPa刀刃形状：顶顶端全部锥锥形延长杆:ΦΦ22x1000mm滑动接口:15clockwise序号产品规格单位数量单价金额RE:ELE（UK）（人民币）（人民币）室内和现场十字板剪切试验126-2270Laborator