十字板剪切實(shí)驗(yàn)

1、高等土力學(xué)22頁(yè)將十字鋼板插入土中，施加扭矩達(dá)到最大值T=時(shí)，十字板在上中被扭動(dòng)（如高土圖 1-29）,通過這個(gè)扭矩來(lái)計(jì)算上的抗剪強(qiáng)度，對(duì)于野外試驗(yàn)，板高與外徑之比一般為H/D二2。 對(duì)于各向同性的土：T =9 Tmax1 7 nD3實(shí)際上，現(xiàn)場(chǎng)上常常是各向異性的，對(duì)于正常固結(jié)丄，水平而上的抗剪強(qiáng)度一般大于垂 直面上的抗剪強(qiáng)度。用上述公式計(jì)算的-一般偏大，常經(jīng)過修正后使用。適用于軟塑到硬塑狀態(tài)的粘土，對(duì)于飽和軟粘上，它測(cè)得的抗剪強(qiáng)度相當(dāng)于不排水抗剪 強(qiáng)度Z十字板対切試驗(yàn)是在鉆孔中進(jìn)行的.其目的是測(cè)定飽水軟粘土的抗剪強(qiáng)度：十字板明切試驗(yàn)工程適用條件：（1）沿海軟土分布地區(qū)但不會(huì)有砂層、礫石.貝殼

2、等成分的軟粘土（2）會(huì)冇粉砂夾層者.其測(cè)定結(jié)果往往偏大.可以獲得的物理力學(xué)性質(zhì)參數(shù)軟土的不排水抗明強(qiáng)度（Cu）：計(jì)算重塑土不排水抗眄強(qiáng)（Cu ）.繪制抗明強(qiáng)度隨試驗(yàn)深度的變化曲線；計(jì)夠出的靈敬度（S） 估計(jì)地基容許承我力R及確定軟土路堤的臨界高度或極限甬度和變形模址（E0。主要試驗(yàn)?zāi)康?. 測(cè)求飽和粘性土的不排水抗剪強(qiáng)度和靈敏度；不排水抗剪強(qiáng)度峰2. 估算地基土承載力和單樁十字板剪值cu（kPa）和殘余值承載力；3. 切試驗(yàn)c u （kPa） 3計(jì)算邊坡穩(wěn)定性；4. 判斷軟粘性土的應(yīng)力歷史。注意事項(xiàng)：1試驗(yàn)過程中，插入不同深度、十字板插入深度不應(yīng)小于鉆孔或套管直徑的3-5倍；孔間距 大于0.

3、75-1米。2、十字板插入土后應(yīng)停留2-3分鐘，太短或太長(zhǎng)會(huì)使強(qiáng)度減小或增大。3、剪切速度一般為1 -2 /10秒，過快（粘滯性）過慢（固結(jié)）會(huì)使強(qiáng)度增加。一般3-10 分鐘會(huì)岀現(xiàn)峰值后應(yīng)繼續(xù)剪切1分鐘。4、測(cè)出峰值后應(yīng)快速轉(zhuǎn)動(dòng)6周，測(cè)重塑土的不排水抗剪強(qiáng)度。5、十字板的規(guī)格：板高/板寬二2,刃角60 ,面積比=13%-14% （越小越好）。6、山于圓柱側(cè)面和頂面達(dá)到剪切破壞不是同時(shí)的，因此強(qiáng)度并不是真正的峰值, 是一種平均抗剪強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)3：十字板剪切試驗(yàn)這是一種原位測(cè)試土抗剪強(qiáng)度的方法。室內(nèi)的抗剪強(qiáng)度測(cè)試要求収得原狀土樣。但由干試樣在采取.運(yùn)送、 保存和制備等方而不可避免地受到擾動(dòng)，含水雖也很

4、難保持.特別是對(duì)于商靈敬度的軟粘上.室內(nèi)試驗(yàn)結(jié) 果的精度就受到影響C十字板剪切試驗(yàn)不需取原狀上樣，試驗(yàn)時(shí)的排水條件、受力狀態(tài)與土所處的天然狀 態(tài)比較接近，對(duì)于很難取樣的土.如軟粘上，也可以進(jìn)行測(cè)試。原理如下：試驗(yàn)時(shí)先將套管打到預(yù)定的深度.并將套管內(nèi)的丄清除。將十字板裝在鉆桿的下端后.通過套管壓入 土中.斥入深度約為750IEC1O然后由地面上的扭力設(shè)備對(duì)鉆桿施加扭矩，使埋在土中的十字板扭轉(zhuǎn).直至 上剪切破壞。破壞面為十字板旋轉(zhuǎn)所形成的圓柱而。設(shè)剪切破壞時(shí)所施加的扭矩為乩則它應(yīng)該與剪切破壞圓柱面(包括側(cè)而和上下面)上上的抗剪強(qiáng)度所 產(chǎn)生的抵抗力矩相等，即”“ D c 泌F DM = rd)H r

5、v + 2j2 v 43 H二丄也2刃 +丄辺尸2 6式中M剪切破壞時(shí)的扭力矩，kNXrn：%、S 一男切破壞時(shí)的惻柱體側(cè)浙和上下面丄的抗剪強(qiáng)度，kPa：H字板的島度，m：D字板的直徑，m嚴(yán)格地講.J 和廠耳是不同的。愛斯(Aas)曾利用不同的D/H的十字剪力儀測(cè)定飽和粘性上的抗剪強(qiáng)度。試驗(yàn)結(jié)果表明：對(duì)于所試驗(yàn)的正常固結(jié)飽和粘性七 J /曠1520對(duì)于稍超固結(jié)的飽和軟粘土. % / r*=l.l.實(shí)用上為了簡(jiǎn)化計(jì)算,目前在常規(guī)的十字板試驗(yàn)中仍假設(shè)將這一假設(shè) 代入式(3-15)中,得式中 J一一在現(xiàn)場(chǎng)由十字板測(cè)定的土的抗剪強(qiáng)度，kPa：其余符號(hào)同前。由十字板在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定的土的抗剪強(qiáng)度.屬干不排水剪

6、切的試驗(yàn)條件，因此其結(jié)果應(yīng)與無(wú)側(cè)限抗斥強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果接近即十字板剪切儀適用于飽和軟粘土，特別適用于難于取樣或試樣在自重作用下不能保持原有形狀的軟粘土。它的優(yōu)點(diǎn)是構(gòu)造簡(jiǎn)做，操作方便，試驗(yàn)時(shí)對(duì)上的結(jié)構(gòu)擾動(dòng)也較小，故在實(shí)際中廣泛得到應(yīng)用。（五）十字板剪切試驗(yàn)（VST）十字板剪切試驗(yàn)于1928年在瑞七奧爾桑（JOlsson）首先提岀。在我國(guó)于1954年開 始使用十字板剪切試驗(yàn)以來(lái)，在沿海軟上地區(qū)被廣泛使用。十字板剪切試驗(yàn)是快速測(cè)定飽和 軟粘上層快剪強(qiáng)度的一種簡(jiǎn)易而可靠的原位測(cè)試方法。這種方法側(cè)得的抗剪強(qiáng)度值，相當(dāng)于 試驗(yàn)深度處天然上層的不排水抗剪強(qiáng)度，在理論上它相肖于三軸不排水剪的總強(qiáng)度，或無(wú)側(cè) 限抗壓

7、強(qiáng)度的一半（0二0）。由于十字板剪切試驗(yàn)不需采取丄樣，特別對(duì)于難以取樣的靈敏 性高的粘性土，它可以在現(xiàn)場(chǎng)基本保持天然應(yīng)力狀態(tài)下進(jìn)行扭剪。長(zhǎng)期以來(lái)十字板剪切試驗(yàn) 被認(rèn)為是一種較為有效的、可靠的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試方法，與鉆探取樣室內(nèi)試驗(yàn)相比，上體的擾動(dòng)較 小，而且試驗(yàn)簡(jiǎn)便。但在有些情況下已發(fā)現(xiàn)十字板剪切試驗(yàn)所測(cè)得的抗剪強(qiáng)度在地基不排水穩(wěn)左分析中偏 于不安全，對(duì)于不均勻上層，特別是夾有薄層粉細(xì)砂或粉上的軟粘性上，十字板剪切試驗(yàn)會(huì) 有較大的誤差。因此將十字板抗剪強(qiáng)度直接用于工程實(shí)踐中，要考慮到一些影響因素。1. 十字板剪切試驗(yàn)的基本技術(shù)要求使字板尺寸H (nun)D (mm)國(guó)內(nèi)10050231507523國(guó)外

8、125 12. 562. 5 12. 52十字板尺寸表8-33（1）十字板尺寸：常用的十字板尺寸 為矩形，髙徑比（/少為2）。國(guó)外使用的 十字板尺寸與國(guó)內(nèi)常用的十字板尺寸不 同，見表8-33。（2）對(duì)于鉆孔十字板剪切試驗(yàn)，十字 板插入孔底以下的深度應(yīng)大于5倍鉆孔 徑，以保證十字板能在不擾動(dòng)上中進(jìn)行剪切試驗(yàn)。(3) 十字板插入上中與開始扭剪的間歇時(shí)間應(yīng)小于5min。因?yàn)椴迦霑r(shí)產(chǎn)生的超孔隙水壓 力的消散，會(huì)使側(cè)向有效應(yīng)力增長(zhǎng)。拖斯坦桑(Torstensson(1977)發(fā)現(xiàn)間歇時(shí)間為1力和的，試驗(yàn)所得不排水抗剪強(qiáng)度比間歇時(shí)間為5min的，約分別增長(zhǎng)9%和19虬(4) 扭剪速率也應(yīng)很好控制。剪切速率

9、過慢，由于排水導(dǎo)致強(qiáng)大增長(zhǎng)。剪切速率過快， 對(duì)飽和軟粘性上由于粘滯效應(yīng)也使強(qiáng)度增長(zhǎng)。一般應(yīng)控制扭剪速率為12 /10s,并以此 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(yàn)。測(cè)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(cè)讀lmin,以便確認(rèn)峰值或穩(wěn)定扭矩。(5) 重塑上的不排水抗剪強(qiáng)度，應(yīng)在峰值強(qiáng)度或穩(wěn)定值強(qiáng)度出現(xiàn)后，順剪切扭轉(zhuǎn)方向連 續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)6圈后測(cè)定。(6) 十字板剪切板試驗(yàn)抗剪強(qiáng)度的測(cè)定精度應(yīng)達(dá)到12kPa。(7) 為測(cè)左軟粘性上不排水抗剪強(qiáng)隨深度的變化，試驗(yàn)點(diǎn)豎向間距應(yīng)取為lm,或根據(jù)靜 力觸探等資料布置驗(yàn)點(diǎn)。2. 十字板剪切試驗(yàn)的基本原理十字板剪切試驗(yàn)包括鉆孔十字班剪

10、切試驗(yàn)和貫入電測(cè)十字板剪切試驗(yàn)，其基本原理都 是：施加一立的扭轉(zhuǎn)力矩，將上體剪壞，測(cè)立上體對(duì)抗扭剪的最大力矩，通過換算得到土體 抗剪強(qiáng)度值(假左尹0)。假設(shè)上體是各向同性介質(zhì)，即水平而的不排水抗剪強(qiáng)度匕人與垂直 而上的不排水抗剪強(qiáng)度心，相同：必丿產(chǎn)幺兒。旋轉(zhuǎn)十字板頭時(shí)，在上體中形成一個(gè)直徑為 D,高為力的圓柱剪切破壞而。由于假設(shè)上體是各向同性的，因此該圓柱剪損而的側(cè)表而及 頂?shù)锥细鼽c(diǎn)的抗剪強(qiáng)度相等，則旋轉(zhuǎn)過程中，丄體產(chǎn)生的最大抗扭矩於由圓柱側(cè)表而的抵 抗扭矩也和圓柱底而的抵抗扭矩必組成。(8-45)M =M| +M2式中：M =Ci;rDH M. = 2C“ (丄初乍2 &42則：所以如創(chuàng)卄

11、扣“=掃妙(”自(8-46)2M(8-47)(HCD式中a 與圓柱頂?shù)锥魬?yīng)力的分布有關(guān)的系數(shù)，見表8-34：M 一一十字板穩(wěn)定最大扭轉(zhuǎn)矩(即上體的最大抵抗扭矩).a值表834惻柱頂?shù)籽魬?yīng)力分布均勻拋物線三角形a2/33/51/2影響十字板剪切試驗(yàn)的因素很多，有些因素，如十字板厚度、間歇時(shí)間和扭轉(zhuǎn)速率等。 已由技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)加以控制了，但有些因素是無(wú)法人為控制的。例如：上的各向異性，剪切面剪 應(yīng)力的非均勻分布，應(yīng)變軟化和剪切破壞圓柱直徑大于十字板直徑等等。所有這些因素的影 響大小，均與上類，上的塑性指數(shù)乙和靈敏度S,有關(guān)。當(dāng)乙高，9大，各因素的影響也大。 故對(duì)于高塑性的靈敏粘丄，對(duì)十字板剪切試驗(yàn)的

12、成果，要做慎重分析。3. 十字板剪切試驗(yàn)的適用范圍和目的十字板剪切試驗(yàn)適用于靈敏度SK10,固結(jié)系數(shù)CXIOOm3/年的均質(zhì)飽和軟粘性上。英 目的有：(1) 測(cè)怎原位應(yīng)力條件下軟粘上的不排水抗剪強(qiáng)度G：(2) 估算軟粘性土的靈敏度$。4. 十字板剪切試驗(yàn)成果的應(yīng)用十字板剪切試驗(yàn)成果主要有：十字板不排水抗剪強(qiáng)度G隨深度的變化曲線，即關(guān) 系曲線。十字板不排水抗剪強(qiáng)度一般偏高，要經(jīng)過修正以后，才能用于實(shí)際工程問題。其修正(8-48)(8-49)(8-50)方法有：(GJf式中(C“)/ 一一土的現(xiàn)場(chǎng)不排水抗剪強(qiáng)度(kPa)： (C“h 一一十字板實(shí)測(cè)不排水抗剪強(qiáng)度(KPa)； / 一一修正系數(shù)，按表

13、8-35選取。國(guó)外約翰遜(Johnson 1988)等對(duì)墨西哥海灣深水軟上的試驗(yàn):“ = 1.29-0.0206/ + 0.000156/; (20=Ip=80)“ =10-(0.(X)770.0981!.)(0.2 IL 1.3 )十字剪板修正系數(shù)表8-35液性指數(shù)兒10152025各向同性土0. 910. 880. 850. 82各向異性土0. 950. 920.900. 88經(jīng)過修正后的十字板不排水抗剪強(qiáng)度可用于平左地基丄的現(xiàn)場(chǎng)不排水抗剪強(qiáng)度，即式 (8-48)確定的(Cu .用(Cu).也可以確左軟上地基的承載力：根據(jù)中國(guó)建筑科學(xué)研究院，華東電力設(shè)計(jì)院的經(jīng)驗(yàn)，依據(jù)(Cj/評(píng)左軟丄地基承載力 標(biāo)準(zhǔn)值A(chǔ) (kPa)的公式為：A =