DB21∕T 1564.5-2007 岩土工程勘察技术规程 十字板剪切试验规程

辽宁省地方标准

五、f字板剪切试验规程

Specificationsforvanesheartest

DB21/T1564.5-2007

主编单位:辽宁有色勘察研究院

批准部门:辽宁省建设厅

施行日期:2008年01月12日

2007沈阳

1总则

1.0.1为规范统一十字板剪切试验(VST)的工作方法和

技术要求，实现标准化，提高勘察成果质量，促进岩土工程的友

展，恃制定本规程。

1.O.2十字板剪切试验适用于测定饱和软粘性土('1'=0)

的不排水抗剪强度和灵敏度。

1.O.3本规程适用于各种岩土工程勘察的软土测试，使用

时尚应符合国家和行业有关规定的要求o

2术语、符号

2.1术语

2.1.1十字板剪切试验(VST)

是用插人士中的标准十字板探头，以一定速率扭转，量测土

破坏时的抵抗力矩，测定土的不排水抗剪强度，适用于软士的一

种尿位测试方法。

2.1.2灵敏度

是指原状土的元侧限抗压强度与其重塑土的元侧限抗压强度

之比。

2.2符号

Cu一一土的不排水抗剪强度

C:，一一重塑土的不排水抗剪强度

K一一十字板常数

S，一一灵敏度

C一一钢环率定系数

￡一一传感器率定系数

.108.

3试验设备

3.0.1十字板头规格和结构

1常用十字扳头为两块矩形薄铜(厚2-3mm)翼片成十

字交叉构成对称式，板头顶部十字交叉处焊接轴杆;十字板头翼

片也有采用与水平面成不同角度β的三角形，以测定与水平面成

β角的剪切面上的水平向平均抗剪强度。板头要率定，率定方法

见附录Bc

2目前国际上通用的矩形十字板头规格，采用直径D与高

H之比为1:2。国内常用板头规格和十字板常数K值如表

3.0.1。

国内常用十字饭头规格表3.0.1

十字板规格十字板头尺寸(mm)转盘半径十字板常数

类型

DxH(mm)直径D高度H厚厚(BR(mm)K(m-2)

200436.76

50x1∞502-3

1∞250545.95

200181.17

机械式75x1∞752-3

l∞250226.47

200156.19

75x120751202-3

250195.23

50x1∞501002∞436.78

电测式

75x1∞751002∞118.17

注:软士采用大尺寸板头，稍硕士采用小尺寸板头。

3.0.2测试设备

十字板剪力仪测试设备，主要由施力装置、测力设备和十字

板头组成。按测力方式分为两类:

1机械式十字板剪力仪

需与成套钻探设备配合使用。仪器主要由以下i部分组成:

(1)测力装置:开口钢环式测力装置，借助钢环的拉伸变

形(百分表、秒表测记)来反映施加扭力的大小;

•109•

(2)十字扳头:规格见表3.0.1;

(3)辅杆:按轴杆与十字板的联接方式有离合式和牙嵌式

两种。一般使用的轴杆直径为20nuno

2电测式十字板剪力仪

(1)十字板头:由十字板、扭力柱、测量电桥和套筒等组

成;

(2)回转系统:由涡轮、蜗杆、卡盘、摇把和插头等组成;

(3)加力系统、量测系统、反力系统与静力触探仪共用。

4测试方法

4.0.1机械式十宁板剪切试验

l普通十字板测试方法和步骤(高合式板头)

(1)在试验地点，按钻探程序用回转法或冲击法将套管F

至欲试验深度以上3-5倍套管直径处:

(2)清除孔内残土至试验探度，采用空心螺旋钻清孔效果

更好:

(3)将板头、铀杆、钻杆逐节接好，并用牙钳上紧，然后

下入孔内至披头与孔底接触;

(4)先用摇把套在导杆上，向左转动，使十字板头离合齿

咬合，再将十字板头徐徐压人士中主预定试验探度(如压人有

困难，可轻轻用锤击人);

(5)装上十字版剪力仪底座和加力、测力装置(开口钢

环)，并将底座与套管之间用制紧轴拧紧;装上测微哀，以

00

(10_2)/108的速F唾转转盘，每转1测记钢环变形读数l

次，记录测表最大读二Ry值;

(6)在完成原状土的试验后，拔下连接导忏与测力装置的

特制键，套上摇把连续转动导杆、轴杆等6转，使主体完全扰

动，再插入特制键，按步骤⑤记录重塑士的测徽表最大读数Rc

值;

.110•

(7)拔持特制键，将十字板轴抨向上提3-5c风使连接轴

杆与十字板头的离合器脱离，再插上特制键，按步骤⑥测得轴杆

与土层间的摩阻力，记录测微表读数稳定值Rg;

(8)完成上述试验步骤后，拔出十字板，继续钻进，下人

套管，再进行F一深度的试验。今般每隔0.75-1m测定1次，

或根据静力触探贯入阻力均匀层选定试验深度。

当采用址二嵌式板头时，轴杆校正不需提起导杆，逆时针快速

转动摇手柄30余圃，再顺时针方向转动摇手柄，1则记士对轴杆

摩擦之稳定值。其余操作步骤与离合式相同。

2轻便型十字板测试方法和步骤

该仪器适用于中小型工程使用，携带方便，操作简单。

(1)在预定孔位用螺旋钻清除表士，将十字板压人孔内预

定探度;

(2)以2-58/度的速度均匀地顺时针方向旋转，记录测微

表最大度数Rr;

(3)将钻轩t提3cm使离合器脱开，再继续顺时针方向旋

转，测定轴杆与土层间的摩阻力，记录测微表稳定读数几;

(4)再将「宇板下压进行下层试验。继续深度达5m后，用

螺旋钻消除孔内废士，再压人十字板继续试验，最大试验探度可

达lOmo

4.O.2电测十字板测试方法和步骤

1按静力触探贯入方法将十字板直接贯入到预定试验深度，

使用旋转装置的卡盘卡住钻杆，用摇把以(P_20)/108的匀

速旋转涡轮蜗杆，每转1。测记1次，当读数出现峰值或稳定值

后，再继续1min，记录其峰值或稳定值读数;

2完成原状土剪切试验后，再测试亘塑士的抗剪强度。拔

出特ifi!j键，在导轩上端装上旋转手柄，顺时针方向旋转6圈，使

土充分扰动，再取下旋转手柄，插上旋转特制键重复上条规定的

试验，测记重塑土剪切破坏的读数:

3完成一个试验深度后，松开卡盘，继续贯人十字板头至

.111.

下一个试验探度进行试验;

4全孔各层试验完成后，上拔钻杆，将十字板头清洗干净

待F次再用。

4.0.3十字板测试的记录

1用自动记录仪记录

用自动记录仪的操作要遵守下列规定:

(1)试验前要正确连接十字板头、电缆和记录仪、通电预

热10-ISmin;用于逆时针转动十字板头，观察记录仪显示，若

反向显示，应调换接线;使用桥压可调的自动记录仪时，必须按

十字板头率定的要求，调准桥压值，然后调零:使用双笔自动记

录仪时，可用上笔记录试验过程。

(2)试验开始后，应用于匀速转动自动记录仪走纸机构的

齿轮。

(3)当曲线出现峰值或稳定值后，均可视为其抗剪抗强度

值，可停止试验。

(的重塑土试验可重复2、3条的过程。

2用微机记录

用原位测试微机记录的操作应遵守下列规定:

(1)试验前要正确连接十字板头、屏蔽电缆、微机，然后

开机;选择调零下的通道、设置初值，使初值在40-80左右;

用于逆时针转动十字扳头，观察数据是否由小变大，若由大变

小，应调换连线。

(2)试验时要按顺序输入有关参数、率定系数的输入应与

原率定条件相一致;进入试验状态，输入韧值深度参数;试验每

隔lOs采样1次，当曲线开始下降或稳定不变时，结束试验，储

存资料。

(3)重塑土试验要把周围土充分破坏，然后重复上述试验

步骤。

3用静态电阻应变仪记录

(1)试验前应将十字板头、传输电缆、静态电阻应变仪连

.112.

接后，开机调零。

(2)试验开始后，当十字板每转动10时，应调整应变仪相

应的旋钮，

(3)重塑土剪切试验可重复上述操作过程。

4.0.4试验深度按工程要求决定。试验段间距可根据地层

均匀情况确定，一般均匀土每隔1m试验1次，每一层土不少于

6次，最好在不同孔内试验。

4.O.5试验深度超过10m时，为防止探杆弯曲，可安装导

轮。试验土层太软时，为防止底部塌孔或孔底土上涌，除用护壁

装置外，还可向孔内注入清水。

4.0.6记录表格式见附录Ao

5资料整理

5.0.1机械式十字板剪切试验

1计算土的抗剪强度Cu

C.=K.C(Ry-R.)(5.0.1-1)

式中:Cu-土的不排水抗剪强度(kPa);

C←钢环率定系数(kN/O.Olmm);

Rf原状土剪损时百分表读数(0.01mm);

R5一轴杆与土问摩擦百分表的稳定读数(0.O1mm);

Py一原状士剪损时的扭力(kN);

f一轴轩与土间摩擦阻力(kN);

K一十字板常数(m-2)可按下式计算采用:

K=2平(5.O.1-2)

-一臂•D2(亏+的

R-转盘半径(m);

D一十字板头直径(m);

H一十字板头高度(m)。

•113•

2计算重塑土的抗剪强度C'丛

C'a=K.C(R,-R/{)(5.0.1-3)

式中C'μ一重塑土的不排水抗剪强度(kPa);

R，.一重塑土剪损时百分表读数(0.Olmm);

P，←重塑t剪损时的扭力(kN)。

3计算士的灵敏度

,)t去(5.O.1-4)

4绘制单孔十字饭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，需要时绘制剪

切强度与扭转角度的关系曲线。

5.O.2电测十字板剪切试验

l计算上的抗剪强度C"

C"=K•ç.Ry(5.O.2-1)

式中:cu一土的不排水抗剪强度(kPa);

5电测十字板头传感器的率定系数(kN/μ或kN/

μV);

RY-原状士剪损时仪器读数(μ或μV)c

2计算重塑士的抗剪强fîtc'u

C'"=K•ç.Rc(5.O.2-2)

式中C'也←重塑土的不排水抗剪强度(kPa);

Rc一重塑土剪损时仪器读数(με或μV)。

3计算士的灵敏度、绘制十字板抗剪强度与试验深度关系

曲线和抗剪强度与回转角的关系曲线，参照机械式十字板剪切试

验的规定。

5.O.3十字板剪切试验精度以1吁2kPa为宜。

.114•

附录A十字板剪切试验记录

十字板剪切试验记录表表A.0.1

工程名称:

试验编号:十字板常数K(m-2):

率定系数·试验日期:年月日

试验*状土重塑土

深度旋转角度剪损时i卖数旋转角度剪损时在数备注

(m)(0)Ry(0)R,

←一-一-

①机械

式十字板

时足和

民的单位

为O.Olmm

②电测

十字板剪

切试验时

R，和尺的

唯位为μE

或f.LV

一一一一一

试验:记录:检查:

•115•

附录B十字板头率定

B.0.1机械式十字板头率定

对机械式十字板头施加扭力的大小，是通过钢环(开口钢

环、量力环)的测微表(百分表)读数确定的，应对钢环进行

事先率定，求得钢环率定系数轧钢环率定一般每半年进行一

次，其率远方法为:

1用绳扎住钢环后座，将钢环垂直吊空，在钢环的下端挂

秤盘，秤盘内轻轻施加最大荷重O.3kN，重复2次，以消除钢环

的残余变形。

2然后逐级加荷，每级o.05kN，测记相应的钢环变形;加

至O.3kN后再逐级卸荷，每级O.05kN，测记相应的钢环变形R。

3如此至少重复3次，取每级荷重对应的百分表读数差值

不超过O.∞5mm的3个读数的平均值R为横坐标，荷重P为纵

坐标，绘制R-P散点图的连线，必须是通过原点的直线才算合

格。

4计算钢环率定系数C

C=f(BO1-1)

式中c一钢环率定系数，kN/O.Olmm;

P一某级荷载，kN;

R一相对应某级荷载的钢环变形即百分表读数，O.Olmmo

B.O.2电测十字板头率远

对电测十字板头扭力柱施加扭力P的大小，是通过应变仪

或数字测力仪测试应变g来确定的，一般3-6个月率定1次，

其率定方法是:

1将十字板头插入率定仪固定座内，通过施加扭矩的圆盘

用陆码反复加荷至最大扭力P，一般反复2-3次，以消除扭力

柱加工引起的残余应力，并观测仪器零位漂移情况，直至回零正

•116•

产y.

吊o

2逐级加荷，→般每级O.OlkN，并测记仪器读数8;直至

扭力矩达到最大扭力，然后再逐级卸荷，测记相应的读数s。

3按上述方法重复3次，计算同级扭力r3次率定读数的

平均值(包括加荷和卸荷)。

4以扭力P为纵坐标，取每级扭力P对应的应变读数S的

平均值为横坐标，绘制P-8散点图，计算十字板扭力柱率定系

数苦。

f=2(BO2-1)

式中:t一率定系数，kN/μ或kN/mV;

P一率走曲线上直线段任一点扭力，kN;

8-相对应P的应变读数，με或mV。

•117•

附录C本规程用词说明

C.0.1为便于在执行本规程条文时区别对待，对要求严格

程度不同的用词说明如下:

(1)表示很严格，非这样做不可的用词:

正面词采用"必须

反面扣j采用"严禁"。

(2)表示严格，在正常情况下均应这样做的用词:

正面词采用"应

反面词采用"不应"或"不得"。

(3)表示允许稍有选择，在条件许可时，首先应这样做的

用词:

正面词采用"宜"

反面词采用"不宜"。

表示允许有选择，在一定条件下可以这样做的用词采用

"可"。

c.O.2规程中指定应按其他标准、规范执行时，写法为

"应符合……的规定"或"应按……执行"。

.118.

条文说明

1总则

1.0.1本规程是在《岩土工程勘察规范)(GB5∞21)的

基础上，充分利用工程实践中积累的经验，参考有关技术资料编

制而成的。

1.O.2十字板剪切试验的适用范围，大部分国家规定限于

饱和软粘性土问=0)，我国的工程经验也限于饱和软粘性土，

对于其他的土，十字板剪切试验会有相当大的误差。

1.O.3由于岩土工程的范围广泛性，本规程不可能将岩土

工程勘察中遇到的所有问题全部包括进来。勘察人员进行工作

时，还需遵守其他有关规范、规程的规定。

3仪器设备

3.0.1十字板头形状国外有矩形、菱形、半圆形等，但国

内均采用矩形，故本规范只列矩形。当需要测定不排水抗剪强度

的各向异性变化时，可以考虑采用不同菱角的菱形板头，也可以

采用不同径高比板头进行分析。矩形十字板头的径高比1:2为

通用标准。十字板头面积比，直接影响插入板头时对土的挤压扰

动，一般要求面积比小于15%;十字板头直径为50mm和

75mm，翼板厚度分别为2mm和3mm，相当的面积比为13%-

14l;l配。

3.0.2国内多采用电测十字板、静力触探轻型链式两用仪，

只需在静力触探的机架上附加一套旋转装置，用以十字板及进行

十字板剪切试验，该装置与机械式十字板的旋转装置原理相同。

4测试方法

4.0.1机械式十字板剪切试验

•120•

机J帧式十字板剪力仪是20世纪50-70年代常用的原位测试

设备，但现在较少采用。电测十字板剪力仪从80年代起，国内

开始普遍采用。

l十字板头插入孔底的深度影响测试成果，美国规定为日

(b为钻孔直径)，苏联规定为0.3-O.5m，德国规定为0.3m，

中国规远为(3-5)bo

2剪切速率的规寇，应考虑能满足在基本不排水条件下进

行剪切skempton认为用O.10/s的剪切速率得到的Cu误差最

小;实际上对不同渗透性的土，规是相应的不排水条件的剪切速

率是合理的;目前各国规程规定的剪切速率在O.IO/s-0.50/8,

00

如美国O.10/s，英国O.10/s-O.20/8，苏联O.2/8-O.3/s，德

国0.50/so

3机械式十字板剪切仪由于轴杆与土层间存在摩阻力，因

此应进行轴杆校正。由于原状士与重塑土的摩阻力是不同的，为

了使轴杆与土间的摩阻力戚到最低值，使进行原状土和扰动土不

排水抗剪强度试验时有同样的摩阻力值，在进行十字板试验前，

应将轴杆先快速旋转十余圈。

4.0.2电测十字板剪切试验，不必测试轴杆与土层间的摩

阻力。电测十字板工作的心脏是扭力柱(传感器)，在扭力柱表

面粘贴4片应变片构成全桥电路，当十字板头受到扭矩时，扭力

柱将产生变形，以电测仪器测定其微应变，