第章十字板剪切試驗(yàn)

第5章十字板剪切試驗(yàn)主講：崔德山目錄1.概述2.十字板測(cè)試原理3.電測(cè)式十字板剪切試驗(yàn)4.影響測(cè)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(yàn)總結(jié)與要求8.下節(jié)預(yù)告1.概述十字板剪切試驗(yàn)(VaneShearTest,簡(jiǎn)稱VST)適用于原位測(cè)定飽水軟粘土的不排水抗剪強(qiáng)度。所測(cè)得的抗剪強(qiáng)度值，相當(dāng)于試驗(yàn)深度處天然土層在原位壓力下固結(jié)的不排水抗剪強(qiáng)度;由于十字板剪切試驗(yàn)不需要采取土樣，避免了土樣擾動(dòng)及天然應(yīng)力狀態(tài)的改變，是一種有效的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試方法。根據(jù)十字板儀的不同，十字板剪切試驗(yàn)可分為普通十字板和電測(cè)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(yàn)和自鉆式十字板剪切試驗(yàn)(Self-BoringVaneShearTest,簡(jiǎn)稱SBVST)。從技術(shù)發(fā)展和使用方便的角度，自鉆式電測(cè)十字板儀具有明顯的優(yōu)勢(shì)。十字板剪切試驗(yàn)在我國(guó)沿海軟土地區(qū)被廣泛使用。它可在現(xiàn)場(chǎng)基本保持原位應(yīng)力條件下進(jìn)行扭剪。適用于靈敏度小于10的均質(zhì)飽和軟粘土。對(duì)于不均勻土層，特別是夾有薄層粉細(xì)砂或粉土的軟粘土。十字板剪切試驗(yàn)會(huì)有較大的誤差，使用時(shí)必須謹(jǐn)慎。試驗(yàn)項(xiàng)目測(cè)定參數(shù)主要試驗(yàn)?zāi)康氖职寮羟性囼?yàn)不排水抗剪強(qiáng)度峰值cu(kPa)和殘余值c’u(kPa)1測(cè)求飽和粘性土的不排水抗剪強(qiáng)度和靈敏度；2估算地基土承載力和單樁承載力；3計(jì)算邊坡穩(wěn)定性；4判斷軟粘性土的應(yīng)力歷史。優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)VST主要用于測(cè)定飽水軟粘土的不排水抗剪強(qiáng)度。它具有下列優(yōu)點(diǎn)：(1)不用取樣，特別是對(duì)難以取樣的靈敏度高的粘性土，可以在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)基本上處于天然應(yīng)力狀態(tài)下的土層進(jìn)行扭剪。所求軟土抗剪強(qiáng)度指標(biāo)比其他方法都可靠。(2)野外測(cè)試設(shè)備輕便，操作容易。(3)測(cè)試速度較快，效率高，成果整理簡(jiǎn)單。其缺點(diǎn)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(duì)硬塑粘性土和含有礫石雜物的土不宜采用，否則會(huì)損傷十字板頭。2.十字板測(cè)試原理十字板剪切試驗(yàn)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(cè)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(qiáng)度。十字板頭旋轉(zhuǎn)過程中假設(shè)在土體中產(chǎn)生一個(gè)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(qiáng)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。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(duì)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(cè)定土剪切破壞時(shí)的最大扭矩，即可得到土的抗剪強(qiáng)度。3.十字板剪切試驗(yàn)分類開口鋼環(huán)式十字板剪切儀輕便式十字板剪切儀電測(cè)式十字板剪切儀3.電測(cè)式十字板剪切試驗(yàn)壓入主機(jī)十字板頭扭力傳感器量測(cè)扭力的儀表施加扭力裝置其它（探桿等）試驗(yàn)步驟平整場(chǎng)地，安裝機(jī)架，并固定把板頭壓至測(cè)試深度卡住鉆桿，并調(diào)零轉(zhuǎn)動(dòng)手柄，旋轉(zhuǎn)鉆桿，使板頭產(chǎn)生扭矩(每10秒使搖柄轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，每轉(zhuǎn)動(dòng)一圈測(cè)記應(yīng)變讀數(shù)一次。)測(cè)量扭矩直至峰值出現(xiàn)松動(dòng)鉆桿完全擾動(dòng)測(cè)試土體，重復(fù)2-5測(cè)量擾動(dòng)土的剪切強(qiáng)度。注意事項(xiàng)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(dòng)手搖柄，搖柄每轉(zhuǎn)一圈，十字板頭旋轉(zhuǎn)一度。測(cè)試重塑土?xí)r，用扳手或管鉗快速將探桿順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)6圈，使十字板頭周圍的土充分?jǐn)_動(dòng)后，立即擰緊鉆桿夾具4.試驗(yàn)條件和影響因素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(jī)質(zhì)時(shí)不宜采用。測(cè)試深度一般在30m以內(nèi)，目前陸上最大測(cè)試深度已超過50m。1、十字板頭的旋轉(zhuǎn)速率

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

（2）對(duì)一般粘性土，最大的抗剪強(qiáng)度出現(xiàn)在20-30之間，所用時(shí)間為3-5min，屬不排水抗剪強(qiáng)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(qiáng)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(duì)土的擾動(dòng)越大，抗剪強(qiáng)度越小

75mm×150mm，厚3mm，軸徑16mm，60

50mm×100mm，厚2mm，軸徑13mm，604、排水條件

測(cè)定的結(jié)果為土的不排水抗剪強(qiáng)度（=0時(shí)的C值），但實(shí)際測(cè)試中，已有部分排水，所測(cè)Cu值偏大，應(yīng)修正

5、剪應(yīng)力的分布土體扭剪破壞時(shí)，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(duì)計(jì)算抗剪強(qiáng)度Cu的公式進(jìn)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(yàn)發(fā)現(xiàn)，抗剪強(qiáng)度峰值發(fā)生在扭剪角不大時(shí)。隨著扭剪角增大，強(qiáng)度降低，直至達(dá)到殘余強(qiáng)度為止。當(dāng)扭剪角超過45度時(shí)，才發(fā)展成完整的圓柱破壞面，而且剪切破壞面實(shí)際為帶狀，其直徑比十字板葉片直徑大5%，這使計(jì)算所得抗剪強(qiáng)度值偏大。7、觸變效應(yīng)

Flaate(1966)首先提出，試驗(yàn)前十字板頭插人土中靜置的時(shí)間延長(zhǎng)時(shí)，測(cè)得的抗剪強(qiáng)度往往會(huì)增加。這與插人十字板頭所產(chǎn)生的孔隙壓力的消散和勃性土觸變強(qiáng)度的恢復(fù)有關(guān)。為增加資料的可比性，有必要對(duì)十字板插入土中和試驗(yàn)之間規(guī)定一個(gè)統(tǒng)一的延遲時(shí)間。

8、試驗(yàn)方法采用不同的試驗(yàn)設(shè)備、鉆進(jìn)方式或操作方法也都會(huì)影響所測(cè)試土層的抗剪強(qiáng)度。電測(cè)式十字板比非電測(cè)式的試驗(yàn)結(jié)果往往偏小15-20%(當(dāng)控制剪切速率等條件相同時(shí))。這是由于電測(cè)裝置從根本上消除了機(jī)械安裝、鉆桿彎曲、軸桿摩擦等因素的影響。5.數(shù)據(jù)的處理與應(yīng)用計(jì)算土的抗剪強(qiáng)度計(jì)算土的靈敏度繪制抗剪強(qiáng)度與試驗(yàn)深度的關(guān)系曲線繪制抗剪強(qiáng)度與回轉(zhuǎn)角的關(guān)系曲線計(jì)算土的抗剪強(qiáng)度

Cu計(jì)算重翠塑土的期抗剪強(qiáng)秤度Cu′計(jì)算牽土的肚靈敏準(zhǔn)度St5.2資料畫應(yīng)用國(guó)內(nèi)棒外研裳究均夠表明閥，十揉字板睬剪切般試驗(yàn)級(jí)所測(cè)政得的刪抗剪沖強(qiáng)度矮值偏漏高;應(yīng)用格于實(shí)午際工鍬作時(shí)須應(yīng)作擦修正壇。Bje拋rru請(qǐng)m(1儀972）建雷議的登修正菜式為:(1)計(jì)算精地基感承載復(fù)力(2材)分析委飽和蛛軟粘皮性土倚填、雀挖方隔邊坡蠅的穩(wěn)霧定性十字址板抗愉剪強(qiáng)拖度較延為普幸遍地乖用于陜軟土船地基辣及軟注土填眾、挖援方斜虎坡工劉程的彎穩(wěn)定爭(zhēng)性分憶析與姿核算妖。根蹄據(jù)軟閱土中以滑動(dòng)兇帶強(qiáng)電度顯舒著降就低的堂特點(diǎn)庫(kù)，用享十字崇板能邪較準(zhǔn)箭確地腹確定溝滑動(dòng)跡面的兄位置患，并車根據(jù)止測(cè)得撫的抗銳剪強(qiáng)殿度來(lái)盒反算林滑動(dòng)末面上飼土的姥強(qiáng)度完參數(shù)你，為火地基勢(shì)與邊分坡穩(wěn)飲定性朗分析柿和確連定合盡理的作安全加系數(shù)曠提供祖依據(jù)桌。據(jù)井南京漲水科尸院、查浙江槳水科脅院等沙單位芳對(duì)海漲堤、劈燕水庫(kù)短堤壩飲所作慢的大奏量驗(yàn)吼算，邁表明明十字卸板抗綠剪強(qiáng)駁度一盒般偏漢大，草建議叼在設(shè)疲計(jì)中謙安全么系數(shù)摸不小艙于1.啞3—腐1.捆5為宜。(3)檢驗(yàn)?zāi)_地基運(yùn)加固環(huán)改良偏的效斜果在軟黎土地汪基堆臂載預(yù)烏壓(或配括以砂機(jī)井排麥水)處理蘆過程朗中，堪可用蠟十字抵板剪誼切試氧驗(yàn)測(cè)絨定地跪基強(qiáng)搖度的愈變化料，用城于控監(jiān)制施吹工速不率及末檢驗(yàn)安地基辭加固鎖的效腸果。(4錄)其他軟粘性墳土的靈汽敏度是蘆一個(gè)重體要指標(biāo)惕，用它不可以來(lái)穿判斷土么的成因受、結(jié)構(gòu)洽性，并翅了解擾喊動(dòng)因素(如打樁嬌、活荷喉載變化苗劇烈等)對(duì)軟土繁強(qiáng)度的釘影響；躺根據(jù)抗挖剪強(qiáng)度什與深度臥的關(guān)系賭曲線來(lái)摩判定土競(jìng)的固結(jié)舊性質(zhì)；強(qiáng)根據(jù)不著排水抗鳳剪強(qiáng)度團(tuán)確定軟惜土路基把的臨界霜高度等腥。估算地珠基容許以承載力絕對(duì)于絡(luò)內(nèi)摩擦約角為零垮的飽和盾軟粘土棒，可以未用下式散估算地?；菰S葡承載力費(fèi)[R][R]=藍(lán)2Cu+h式中：—基礎(chǔ)航底面薯以上山土的機(jī)容重尿；h—基礎(chǔ)孩埋深岸。預(yù)估單種樁承載禽力

在境飽和軟杏粘土中幟，單樁局的極限昏端阻力qp和極抹限側(cè)石摩阻態(tài)力qf可由鵝下式抖計(jì)算求軟拉粘土拿靈敏碑度爪野外兵十字飽板剪鏈切實(shí)誰(shuí)驗(yàn)是贊確定次軟粘為土靈蹄敏度偽的最然可靠恨的方暫法十字板蒜剪切試丈驗(yàn)記錄險(xiǎn)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.棍030.僚865爛.810餅3.喊614恒1.虛415鐵1.蹦2141王.4134釀.412討4.類611貍4.禁8十字脾板剪猾切試率驗(yàn)記錄錄表轉(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真.030.預(yù)865環(huán).8103跳.6141秘.415鐮1.碧2141臂.413磚4.私4124轟.611住4.紋828廣.035.古044.安850.把449材.049.糕049.紋049嶺.049幫.0十字榨板剪廊切試灣驗(yàn)記劣錄表轉(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占.030.觸865吼.8103辯.6141璃.415刊1.嚷2141浪.413瘋4.碼4124吼.6114屬.828征.035頃.044吹.850紗.449.伐049撈.049傲.049.缸049.疲03.位06.新產(chǎn)品革介紹1、電姿動(dòng)室護(hù)內(nèi)十宵字板秒剪切宋儀符合AS未TM轉(zhuǎn)D由46劃48規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)型禍電動(dòng)十貼字板剪膠切儀旋軍轉(zhuǎn)速度隨恒定，10°妖/分鐘，趨包含有滅標(biāo)準(zhǔn)的袖十字板喊頭。AS嬸TM特殊橡版S23宰01，旋送轉(zhuǎn)速棗度更削快，60籍°-解90說(shuō)°/分鐘，宿帶有可旦選擇的貌十字板摘頭，直雙徑12.俱7mm，高徹度25視.4淋mm。設(shè)備積由四個(gè)軟彈簧中妨的一個(gè)炭進(jìn)行加炮載。S2釣30燒2型為幅室內(nèi)引手動(dòng)曠十字儉板剪釋切儀樣。手動(dòng)便東攜式十聰字板剪再切儀用于初圣步測(cè)試彈軟粘土漿和中等突強(qiáng)度硬剝粘土的巧天然不河排水抗退剪強(qiáng)度使用快戴速簡(jiǎn)單形，重量屋輕手動(dòng)沫直接鋸鉆孔盤，深翼度可象達(dá)3米三種首十字疲板尺紀(jì)寸：跡量程棵從0到200常kPa微型艱十字跡板剪輛切儀標(biāo)準(zhǔn)十葡字板基云座刻度斗范圍0-1杰kg/蛛cm2，最小槳刻度為0.匠05匙k蟲g/醋cm2，這樣絨目視精部度接近0.盒01對(duì)kg堵/m2，除了費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)十作字板頭部外，另萄外兩個(gè)票十字板緞?lì)^范圍號(hào)分別為0-2對(duì).5和0-動(dòng)0.莊2福kg邪/c繪m2。十字卻板剪床切儀咳和貫花入儀護(hù)同時(shí)衰使用露，可染以快斧速對(duì)森土體塔的內(nèi)碗摩擦坡角進(jìn)弟行評(píng)巨估，鐘或者按用來(lái)華判定缺土體擊是否嬸是粘輔性的刃。重量任：0.及5公斤E-2勒86十字板膜剪切E-2缺86十字板禿剪切儀槳緊湊小帶巧，可要放置于氏攜帶箱懶中，能套快速測(cè)旬試土體都的基礎(chǔ)義、掘進(jìn)跑、坑槽扎的穩(wěn)定械性?？?cè)莘秶?-2屢60k漿Pa。手梳柄上漿的刻輕度讀冶數(shù)能短保持異最大聚值，稀直到衛(wèi)重新零復(fù)位繞。精卸度10市%。包含陽(yáng)有三沃種尺吊寸的賄十字碰板頭唐：。有效測(cè)競(jìng)試范圍0-圣26刑0k淚Pa；0-1屑30k江Pa；0-6辨5kP罵a。可選十拼字板頭坑用來(lái)測(cè)拍試非常僻敏感性枕土體，查測(cè)試范趣圍：0-論8.和12夕5k漿Pa，一咐個(gè)模氧擬板狡頭用屋來(lái)標(biāo)里定延隆長(zhǎng)桿傷和土肆體摩辦擦。延長(zhǎng)昨桿共6根，每妻根長(zhǎng)0.5米。分隔障放置緣瑞攜帶閣箱并橋帶有盒兩個(gè)柏小扳傻手重量漁：3公斤序號(hào)產(chǎn)品規(guī)格單位數(shù)量單價(jià)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(yàn)1S057現(xiàn)場(chǎng)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(zhǎng)，測(cè)量范圍：0-200kPa,包裝箱尺寸規(guī)格：500*300*100mm,重4kg。pc111046110462S057-1延長(zhǎng)桿，每根500mm長(zhǎng)。pc1130013003S075便攜式十字板儀。包括1個(gè)測(cè)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(gè)測(cè)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電動(dòng)野粥外十字驅(qū)板剪切扇儀EF捉-1復(fù)00貼4歐洲標(biāo)龜準(zhǔn)型:十字菌板(Φ勝xh怖,量程):霉65蠻x1售30杜mm,敘20尸0k鏟Pa刀刃恐形狀:頂端全神部直角十字謙板保親護(hù)鞘:外徑Φ7姥5,長(zhǎng)度82棗0路mm延長(zhǎng)攪管:外徑Φ42延長(zhǎng)儀桿:Φ拋22狼x1殘000駱mm滑動(dòng)母接口:存15順時(shí)針片方向標(biāo)準(zhǔn)房誠(chéng)型:十字板(Φ臉x堅(jiān)h器,量程):摟50急x1瞧10比mm,蒼20貴0k往Pa65欄x1銹30辯mm,羅10效0k餅Pa80報(bào)x1決72粗mm,籍50樓kP擋a刀刃形飽狀：廳頂采端全部暈錐形延長(zhǎng)桿:啞Φ22牛x把100弓0m惰m滑動(dòng)接液口:師1戴5匯cl競(jìng)oc港kw膏is仗e序號(hào)產(chǎn)品規(guī)格單位數(shù)量單價(jià)金額RE:ELE（UK）（人民幣）（人民幣）室內(nèi)和現(xiàn)場(chǎng)十字板剪切試驗(yàn)