1、第三章 十字板剪切試驗1主主 要要 內內 容容u 一、概述一、概述u 二、基本測試原理二、基本測試原理u 三、試驗設備與方法三、試驗設備與方法u 四、試驗資料整理四、試驗資料整理u 五、試驗成果的應用五、試驗成果的應用2一、概述一、概述u 1 1、定義定義u 2、十字板剪切試驗的發展、十字板剪切試驗的發展u 3、十字板剪切試驗的分類、十字板剪切試驗的分類u 4、十字板剪切試驗的應用、十字板剪切試驗的應用u 5、適用范圍、適用范圍u 6、十字板剪切試驗的優缺點、十字板剪切試驗的優缺點34 一、概述一、概述1、十字板剪切試驗：、十字板剪切試驗：十字板剪切試驗：十字板剪切試驗：全稱為野外十字板全稱為

2、野外十字板剪切試驗（剪切試驗（Field Vane Shear Test，簡，簡稱稱FVST）是用插入軟粘土中的十字）是用插入軟粘土中的十字板頭，以一定的速率旋轉，測出土的板頭，以一定的速率旋轉，測出土的抵抗力矩，換算地基土不排水抗剪強抵抗力矩，換算地基土不排水抗剪強度的現場試驗。度的現場試驗。5 一、概述一、概述 2 2、十字板剪切試驗的發展：十字板剪切試驗的發展： 此項技術最初由瑞典人在此項技術最初由瑞典人在1919年提出來的，到年提出來的，到40年代有年代有巨大進展。其間，英國巨大進展。其間，英國Skempton等人結合等人結合=0原理的概念在原理的概念在十字板剪切試驗的應用上作了很大貢

3、獻。此后，在世界范圍十字板剪切試驗的應用上作了很大貢獻。此后，在世界范圍內獲得廣泛應用。內獲得廣泛應用。 在我國，在我國，50年代由南京水利科學院引進，并在沿海諸省年代由南京水利科學院引進，并在沿海諸省及多條河流的沖積平原軟粘土地區得到廣泛應用及多條河流的沖積平原軟粘土地區得到廣泛應用, 歷時十余歷時十余年的工作奠定了在我國的應用基礎。此后，我國很多單位在年的工作奠定了在我國的應用基礎。此后，我國很多單位在設備的改進和應用實驗方面做了大量工作。設備的改進和應用實驗方面做了大量工作。 6 一、概述一、概述3、十字板剪切試驗的分類：、十字板剪切試驗的分類：p（1）根據十字板剪切儀的傳力方式不同，可

4、分為機械）根據十字板剪切儀的傳力方式不同，可分為機械式和電測式兩種，機械式又稱之為普通十字板剪切儀。式和電測式兩種，機械式又稱之為普通十字板剪切儀。p（2）根據貫入方式的不同，又可分為預鉆孔十字板剪）根據貫入方式的不同，又可分為預鉆孔十字板剪切試驗和自鉆式十字板剪切試驗。切試驗和自鉆式十字板剪切試驗。從技術發展和使用方便的角度，自鉆式電測十字板儀具有從技術發展和使用方便的角度，自鉆式電測十字板儀具有明顯的優勢。明顯的優勢。 7 一、概述一、概述4、十字板剪切試驗的應用：、十字板剪切試驗的應用：p 1、測定原位應力條件下軟粘土的不排水抗剪強度；、測定原位應力條件下軟粘土的不排水抗剪強度；p 2、

5、評定軟粘土的靈敏度；、評定軟粘土的靈敏度；p 3、計算地基的承載力；、計算地基的承載力；p 4、判斷軟粘土的固結歷史。、判斷軟粘土的固結歷史。 5、十字板剪切試驗的適用范圍：、十字板剪切試驗的適用范圍：p 適用范圍：適用范圍：在沿海軟土地區廣泛使用，適用于靈敏度在沿海軟土地區廣泛使用，適用于靈敏度St 10、固結系數、固結系數cv 100(m2/a)的均質飽和軟粘土。的均質飽和軟粘土。8 一、概述一、概述6、十字板剪切試驗的優缺點：、十字板剪切試驗的優缺點：p 優點：優點：（1 1）試驗在原位進行，）試驗在原位進行，不用取樣；不用取樣；（2 2）對無法取樣和很難進行室內試驗的）對無法取樣和很難

6、進行室內試驗的極軟粘土、巖土極軟粘土、巖土接觸面接觸面等，可以獲得必要的力學指標；等，可以獲得必要的力學指標；（3 3）能更好的反映）能更好的反映土的結構、構造特性土的結構、構造特性；（4 4）試驗中的邊界條件是）試驗中的邊界條件是實際的邊界條件實際的邊界條件；（5 5）所測得的強度能較好的反映土的）所測得的強度能較好的反映土的天然強度天然強度；（6 6）設備）設備簡單簡單、操作方便。、操作方便。9 一、概述一、概述6、十字板剪切試驗的優缺點：、十字板剪切試驗的優缺點：p 缺點：缺點：（1）對于不均勻土層，特別是）對于不均勻土層，特別是夾有薄層粉細砂或粉土的夾有薄層粉細砂或粉土的軟粘土軟粘土，

7、會有較大誤差，使用時必須謹慎。，會有較大誤差，使用時必須謹慎。（2）僅適用于江河湖海的沿岸地帶的軟土僅適用于江河湖海的沿岸地帶的軟土，適應范圍有，適應范圍有限，對限，對硬塑粘性土和含有礫石雜物的土不宜采用硬塑粘性土和含有礫石雜物的土不宜采用，否則會，否則會損傷十字板頭。損傷十字板頭。1 1、十字板剪切試驗的原理表述：、十字板剪切試驗的原理表述： 在鉆孔中某深度的軟粘土中插入規在鉆孔中某深度的軟粘土中插入規定形狀和尺寸的十字板頭，施加扭轉力定形狀和尺寸的十字板頭，施加扭轉力矩，將土體剪切破壞，測定土體抵抗扭矩，將土體剪切破壞，測定土體抵抗扭損的最大力矩，根據力矩平衡條件，通損的最大力矩，根據力矩

8、平衡條件，通過換算得到土體不排水抗剪強度過換算得到土體不排水抗剪強度C Cu u值值( (假假定定=0=0) )。 二、基本測試原理二、基本測試原理102 2、十字板剪切試驗原理基本假定：、十字板剪切試驗原理基本假定： 二、基本測試原理二、基本測試原理 十字板頭旋轉過程中假設在土體中產十字板頭旋轉過程中假設在土體中產生生個高度為個高度為H( (十字板的高度十字板的高度) )、直徑為、直徑為D( (十字板頭的直徑十字板頭的直徑) )的圓柱狀剪損面，如右的圓柱狀剪損面，如右圖；并假定該剪損面的側面和上、下底面上圖；并假定該剪損面的側面和上、下底面上土的土的抗剪強度都相等抗剪強度都相等。在剪損過程中

9、，土體。在剪損過程中，土體產生的最大抵抗力矩產生的最大抵抗力矩M由圓柱側表面的抵抗由圓柱側表面的抵抗力矩力矩M1和圓柱上下面的抵抗力矩和圓柱上下面的抵抗力矩M2兩部分兩部分組成。即組成。即MM1十十M2。其中：。其中： HDM11HDcDDHcMuu21212 3u2u2Dc612D32D41c2 M H3DDc21MMM2u21 )H3D(D2Mc2u 則則式中，式中， cu 十字板抗剪強度；十字板抗剪強度； D 十字板頭直徑；十字板頭直徑； H 十字板頭高度。十字板頭高度。 12（1 1）普通十字板儀）普通十字板儀 對于普通十字板儀，上式中的對于普通十字板儀，上式中的M值應等于試驗測得值應

10、等于試驗測得的總力矩減去軸桿與土體間的摩擦力矩和儀器機械摩阻的總力矩減去軸桿與土體間的摩擦力矩和儀器機械摩阻力矩，即：力矩，即： pf剪損土體的總作用力；剪損土體的總作用力； f軸桿與土體間的摩擦力和儀器機械阻力，試驗軸桿與土體間的摩擦力和儀器機械阻力，試驗時通過使十字板儀與軸桿脫離進行測定；時通過使十字板儀與軸桿脫離進行測定； R施力轉盤半徑。施力轉盤半徑。將上式代入將上式代入c cu u表達式，得：表達式，得： 二、基本測試原理二、基本測試原理R)fp(Mf13前面的系數對于一定規格的十字板儀來說為一常量，稱前面的系數對于一定規格的十字板儀來說為一常量，稱為十字板常數為十字板常數k，即，即

11、 )H3D(D2Rk2 則有：則有： )fp(kcfu )fp()H3D(D2Rcf2u 14（2 2）電測十字板儀）電測十字板儀 對于電測十字板儀，由于在十字板頭和軸桿之間對于電測十字板儀，由于在十字板頭和軸桿之間有貼電阻應變片的有貼電阻應變片的扭力柱扭力柱連接，扭力柱測定的只是作用連接，扭力柱測定的只是作用在在十字板頭上的扭力十字板頭上的扭力。因此，在計算土的抗剪強度時，。因此，在計算土的抗剪強度時，不必進行軸桿與土體間的摩擦力和儀器機械摩阻力修正。不必進行軸桿與土體間的摩擦力和儀器機械摩阻力修正。 二、基本測試原理二、基本測試原理15三、試驗測備與方法三、試驗測備與方法u （一）試驗設備

12、（一）試驗設備u （二）試驗的技術要求（二）試驗的技術要求u （三）試驗方法與步驟（三）試驗方法與步驟16u 十字板剪切試驗所需儀器設備包括：十字板剪切試驗所需儀器設備包括：壓入主機、十字板壓入主機、十字板頭、軸桿、測力裝置、扭力裝置頭、軸桿、測力裝置、扭力裝置等試驗儀器。等試驗儀器。u 目前使用的十字板剪切儀主要有目前使用的十字板剪切儀主要有機械式十字板剪切儀機械式十字板剪切儀，采用采用開口鋼環測力裝置開口鋼環測力裝置；電測式十字板剪切儀電測式十字板剪切儀，采用，采用電阻應電阻應變式量測裝置變式量測裝置。p（1 1）壓入主機）壓入主機 能將十字板頭垂直壓入土中，可采用觸探主機或其它壓能將十字

13、板頭垂直壓入土中，可采用觸探主機或其它壓入設備。入設備。 三、試驗設備與方法三、試驗設備與方法（一）試驗設備（一）試驗設備17p（2 2）十字板頭）十字板頭u 常用的十字板頭為矩形，國外使用的十字板板頭與國常用的十字板頭為矩形，國外使用的十字板板頭與國內不一樣，有矩形、菱形、半圓形等。內不一樣，有矩形、菱形、半圓形等。u 一般十字板是橫斷面呈十字形、帶刃口的金屬板，高一般十字板是橫斷面呈十字形、帶刃口的金屬板，高度為度為101012cm12cm，轉動直徑為，轉動直徑為5 57.5cm7.5cm，板厚，板厚2 23cm3cm，刃口，刃口為為6060。u 對于不同的土類，應選用不同尺寸的十字板頭。

14、對于不同的土類，應選用不同尺寸的十字板頭。般般在軟粘土中，選擇在軟粘土中，選擇75mm75mm150mm150mm的十字板頭較為合適，在的十字板頭較為合適，在稍硬土中，可用稍硬土中，可用50mm50mm100mm100mm的十字板頭。的十字板頭。1819各種規格的十字板頭各種規格的十字板頭p（3 3）軸桿）軸桿 般使用的軸桿直徑為般使用的軸桿直徑為20mm20mm。對于普通十字板儀，。對于普通十字板儀，軸軸桿與十字板頭的連接方式桿與十字板頭的連接方式，有國內廣泛使用的，有國內廣泛使用的離合式離合式，也，也有有牙嵌式（套筒式）牙嵌式（套筒式）的。的。十字板裝配示意十字板裝配示意 20u離合式軸桿

15、是利用一離合器裝置，使軸桿與十字板離合式軸桿是利用一離合器裝置，使軸桿與十字板頭能夠離合，以便分別作十字板總剪力試驗和軸桿摩頭能夠離合，以便分別作十字板總剪力試驗和軸桿摩擦校正試驗。擦校正試驗。u套筒式套筒式軸軸桿是在軸桿外套上一個帶有彈子盤、可以桿是在軸桿外套上一個帶有彈子盤、可以自由轉動的鋼管。使軸桿不與土接觸，從而避免了二自由轉動的鋼管。使軸桿不與土接觸，從而避免了二者的摩擦力。套筒下端者的摩擦力。套筒下端10 cm10 cm與軸桿間的間隙內涂以黃與軸桿間的間隙內涂以黃油，上端間隙灌以機油，以防泥漿進入油，上端間隙灌以機油，以防泥漿進入 。21p（3 3）軸桿）軸桿p （4 4）測力裝置

16、）測力裝置 測力裝置有測力裝置有開口鋼環測力裝置開口鋼環測力裝置和和電阻應變式測力裝置電阻應變式測力裝置。u 鋼環測力裝置鋼環測力裝置是通過鋼環的拉伸變形來反映施加扭力的是通過鋼環的拉伸變形來反映施加扭力的大小。大小。u 電阻應變式測力裝置電阻應變式測力裝置是通過扭力傳感器將十字板頭與軸是通過扭力傳感器將十字板頭與軸桿相連接。扭力柱的外圍有外套筒，用來保護傳感器的。桿相連接。扭力柱的外圍有外套筒，用來保護傳感器的。 22開口鋼環測力裝置開口鋼環測力裝置電阻應變式測力裝置電阻應變式測力裝置 p （5 5）鋼環式十字板剪切儀）鋼環式十字板剪切儀 鋼環式十字板剪切儀是以鋼環式十字板剪切儀是以蝸蝸輪旋

17、轉輪旋轉已插入土中的十字板頭，已插入土中的十字板頭，借借開口鋼環測出抵抗力矩開口鋼環測出抵抗力矩，計算，計算土的抗剪強度。由于十字板頭上土的抗剪強度。由于十字板頭上部有探桿插入土中，而測力裝置部有探桿插入土中，而測力裝置在地面以上，所以在設備的設計在地面以上，所以在設備的設計及操作方法等方面要想法消除探及操作方法等方面要想法消除探桿與土之間的摩擦力。桿與土之間的摩擦力。2324四種消除探干與土摩擦的裝置四種消除探干與土摩擦的裝置p （6 6）電測式十字板剪切儀）電測式十字板剪切儀 該儀器與鋼環式的主要區別在于，其測力設備不用鋼環，該儀器與鋼環式的主要區別在于，其測力設備不用鋼環，而是在十字板頭

18、上方連接貼有電阻應變片的受扭力柱的傳感而是在十字板頭上方連接貼有電阻應變片的受扭力柱的傳感器。在地面上器。在地面上用電子儀器直接測十字扳頭的剪切扭力用電子儀器直接測十字扳頭的剪切扭力，可不，可不必進行探桿及軸桿的摩擦校正。因此，電測式十字板剪切儀必進行探桿及軸桿的摩擦校正。因此，電測式十字板剪切儀操作簡單、試驗成果比較穩定，因而應用廣泛。操作簡單、試驗成果比較穩定，因而應用廣泛。25根據規范，十字板試驗應滿足以下主要技術要求：根據規范，十字板試驗應滿足以下主要技術要求：p 1.1.鉆孔十字板剪切試驗時，十字板頭插入孔底以下的深度鉆孔十字板剪切試驗時，十字板頭插入孔底以下的深度不應小不應小于于5

19、 5倍鉆孔直徑倍鉆孔直徑，以保證十字板能在未擾動土中進行剪切試驗。，以保證十字板能在未擾動土中進行剪切試驗。p 2. 2.一般，在同一孔內進行不同深度點的剪切試驗時，試驗點間距一般，在同一孔內進行不同深度點的剪切試驗時，試驗點間距不小于不小于1.0m1.0m。p 3. 3.為保證十字板頭旋轉時不發生擺動，試驗所用探桿必須平直，為保證十字板頭旋轉時不發生擺動，試驗所用探桿必須平直，前前5m5m的探桿要求更高些。對鋼環式十字板試驗，探桿上應裝導輪，在的探桿要求更高些。對鋼環式十字板試驗，探桿上應裝導輪，在上、下部各裝一導輪，試驗深度較大時，導輪間距不宜大于上、下部各裝一導輪，試驗深度較大時，導輪間

20、距不宜大于10m10m。26（二）試驗的技術要求（二）試驗的技術要求p 4.4.十字板頭插入土中試驗深度后，十字板頭插入土中試驗深度后，應靜置應靜置2 23min3min，方可開始剪，方可開始剪切試驗。因為插入時在十字板頭四周產生超孔隙水壓力，切試驗。因為插入時在十字板頭四周產生超孔隙水壓力，靜置時間靜置時間過長過長，孔隙壓力消散會使有效應力增長，使不排水抗剪強度增大；，孔隙壓力消散會使有效應力增長，使不排水抗剪強度增大；若靜置時間過短若靜置時間過短，土稍稍被擾動還來不及恢復，測出的強度值可能，土稍稍被擾動還來不及恢復，測出的強度值可能偏低。偏低。 p 5. 5.扭剪扭剪速率應力求均勻速率應力

21、求均勻，并控制在一定值。剪切速率過慢，由于，并控制在一定值。剪切速率過慢，由于排水導致強度增長。剪切速率過快，對于飽和軟粘性土，由于粘滯排水導致強度增長。剪切速率過快，對于飽和軟粘性土，由于粘滯效應，也使強度增長。扭剪速率宜效應，也使強度增長。扭剪速率宜采用采用(1(12 2) )10 s10 s，以此作，以此作為統一的標準速率，以便能在不排水條件下進行剪切試驗。測記每為統一的標準速率，以便能在不排水條件下進行剪切試驗。測記每扭轉扭轉1 1的扭矩，當扭矩出現峰值或穩定值后要繼續測讀的扭矩，當扭矩出現峰值或穩定值后要繼續測讀1min1min以便以便確認峰值或穩定扭矩。確認峰值或穩定扭矩。27（二

22、）試驗的技術要求（二）試驗的技術要求p 6. 6.在峰值強度或穩定值測試完畢后，在峰值強度或穩定值測試完畢后，順時針方向連續轉動順時針方向連續轉動6 6圈，圈，使十字板頭周圍土體充分擾動，然后測定重塑土的不排水強度。使十字板頭周圍土體充分擾動，然后測定重塑土的不排水強度。p 7. 7.對于開口鋼環十字板剪切儀、應進行對于開口鋼環十字板剪切儀、應進行軸桿與土之間摩擦阻力軸桿與土之間摩擦阻力影響的修正；影響的修正；對于電測十字板剪切儀，不需進行此項修正。對于電測十字板剪切儀，不需進行此項修正。p 8. 8.扭力傳感器應定期標定扭力傳感器應定期標定，一般應三個月標定一次，如使用過，一般應三個月標定一

23、次，如使用過程中出現異常，也應重新標定。標定時所用的傳感器、導線和測量程中出現異常，也應重新標定。標定時所用的傳感器、導線和測量儀器應與試驗時相同。儀器應與試驗時相同。28（二）試驗的技術要求（二）試驗的技術要求（三）試驗方法與步驟（三）試驗方法與步驟 用普通十字板剪切儀于現場測定軟粘性土的不排水抗用普通十字板剪切儀于現場測定軟粘性土的不排水抗剪強度和殘余強度等的基本方法和要求如下：剪強度和殘余強度等的基本方法和要求如下：p 1.1.先鉆探開孔，下直徑為先鉆探開孔，下直徑為127mm127mm套管至預定試驗深度以上套管至預定試驗深度以上75cm75cm再再用提土器逐段清孔至套管底部以上用提土器

24、逐段清孔至套管底部以上15cm15cm處，并在套管內灌水，以防止處，并在套管內灌水，以防止軟土在孔底涌起及盡可能保持試驗土層的天然結構和應力狀態。軟土在孔底涌起及盡可能保持試驗土層的天然結構和應力狀態。p 2. 2.將十字板頭、離合器、軸桿與試驗鉆桿及導桿等逐節接好下入將十字板頭、離合器、軸桿與試驗鉆桿及導桿等逐節接好下入孔內至十字板與孔底接觸。各桿件要直，各接頭必須擰緊以減少不孔內至十字板與孔底接觸。各桿件要直，各接頭必須擰緊以減少不必要的扭力損耗。必要的扭力損耗。30（三）試驗方法與步驟（三）試驗方法與步驟p 3. 3.用手搖套在導桿上向右轉動，使十字板離合齒咬合。再將十字板徐用手搖套在導

25、桿上向右轉動，使十字板離合齒咬合。再將十字板徐徐壓入土中至預定試驗深度，并靜置徐壓入土中至預定試驗深度，并靜置2 23min3min。p 4. 4.裝好底座和加力、測力裝置，以約裝好底座和加力、測力裝置，以約110 s速度旋轉轉盤，速度旋轉轉盤，每轉每轉1 1，測記鋼環變形讀數一次，測記鋼環變形讀數一次，直至讀數不再增大或開始減小時即表示直至讀數不再增大或開始減小時即表示土體己被剪損。此時，施于鋼環的作用力土體己被剪損。此時，施于鋼環的作用力( (以鋼環變形值乘以鋼環變形系以鋼環變形值乘以鋼環變形系數算得數算得) )就是就是把原狀土剪損的總作用力把原狀土剪損的總作用力pf值值。p 5. 5.拔

26、下連接導桿與測力裝置的特制鍵，套上搖把，按順時針方向連續拔下連接導桿與測力裝置的特制鍵，套上搖把，按順時針方向連續轉動導桿、軸桿和十字板頭轉動導桿、軸桿和十字板頭6 6轉，使土完全擾動，再按步驟轉，使土完全擾動，再按步驟4 4以同樣的剪以同樣的剪切速度進行試驗，切速度進行試驗，可得重塑土的總作用力可得重塑土的總作用力pf值值。31（三）試驗方法與步驟（三）試驗方法與步驟p 6. 6.拔下控制軸桿與十字板頭連接的特制鍵，將十字板軸桿向上提拔下控制軸桿與十字板頭連接的特制鍵，將十字板軸桿向上提3 35cm5cm，使連接軸桿與十字板頭的離合器處于離開狀態，然后仍按，使連接軸桿與十字板頭的離合器處于離

27、開狀態，然后仍按步驟步驟4 4可測可測得軸桿與土間的摩擦力和儀器機械阻力值得軸桿與土間的摩擦力和儀器機械阻力值f。 則試驗深度處原狀土不排水抗剪強度為：則試驗深度處原狀土不排水抗剪強度為： 重型土不排水抗剪強度重型土不排水抗剪強度( (或稱殘余強度或稱殘余強度) )為：為： 土的靈敏度土的靈敏度StSt為：為： fpkcfu fpkcfu uutccS 32（三）試驗方法與步驟（三）試驗方法與步驟7 7完成上述基本試驗步驟后，拔出十字板，繼續鉆進至下完成上述基本試驗步驟后，拔出十字板，繼續鉆進至下深度的深度的試驗。試驗。對于自鉆式電測十字板剪切儀可以采用靜力觸探的貫入機具將十字對于自鉆式電測十

28、字板剪切儀可以采用靜力觸探的貫入機具將十字板頭壓入到試驗深度，則不存在下套管和鉆孔護壁問題。板頭壓入到試驗深度，則不存在下套管和鉆孔護壁問題。電測式十字板剪切儀在進行重塑土剪切試驗時也存在問題。按電測式十字板剪切儀在進行重塑土剪切試驗時也存在問題。按巖土巖土工程勘察規范工程勘察規范（GB50021GB5002120012001）的技術要求，在原狀土峰值強度）的技術要求，在原狀土峰值強度測試完畢后，應連續轉動測試完畢后，應連續轉動6 6圈，使十字板頭周圍土體充分擾動。但由圈，使十字板頭周圍土體充分擾動。但由于電測法中電纜的存在，當探桿、扭力柱與十字板頭一起連續轉動時，于電測法中電纜的存在，當探桿

29、、扭力柱與十字板頭一起連續轉動時，電纜的纏繞，甚至接頭處被扭斷，使該項技術要求難以很好地執行。電纜的纏繞，甚至接頭處被扭斷，使該項技術要求難以很好地執行。 33（三）試驗方法與步驟（三）試驗方法與步驟四、試驗資料的整理四、試驗資料的整理u （一）試驗資料整理的內容（一）試驗資料整理的內容u （二）試驗影響因素的分析（二）試驗影響因素的分析u （三）試驗結果修正方法（三）試驗結果修正方法34u（1 1）計算各試驗點原狀土的不排水抗剪強度、重塑土）計算各試驗點原狀土的不排水抗剪強度、重塑土抗剪強度和土的靈敏度；抗剪強度和土的靈敏度；35 四、試驗資料的整理四、試驗資料的整理（一）試驗資料整理的內容

30、（一）試驗資料整理的內容計算土的抗剪強度計算土的抗剪強度 Cu：)fp(kcfu 計算重塑土的抗剪強度計算重塑土的抗剪強度Cu： 計算土的靈敏度計算土的靈敏度St：)fp(kcfu uutCCS u（2 2）繪制各個單孔土的不排水抗剪強度、重塑土抗剪）繪制各個單孔土的不排水抗剪強度、重塑土抗剪強度和靈敏度強度和靈敏度隨深度的變化曲線隨深度的變化曲線。u（3 3）根據需要繪制各試驗點土的）根據需要繪制各試驗點土的抗剪強度與扭轉角的抗剪強度與扭轉角的關系曲線關系曲線；u（4 4）應根據地區經驗和土層條件，對實測的不排水抗）應根據地區經驗和土層條件，對實測的不排水抗剪強度剪強度進行必要的修正進行必要

31、的修正。 36 四、試驗資料的整理四、試驗資料的整理（一）試驗資料整理的內容（一）試驗資料整理的內容u 一般，飽和軟粘土的十字板一般，飽和軟粘土的十字板抗剪強度存在隨深度的增加而增抗剪強度存在隨深度的增加而增長的規律。長的規律。u 對于同一土層，可以采用統對于同一土層，可以采用統計分析的方法對試驗數據進行統計分析的方法對試驗數據進行統計。計。在統計中應剔除個別的異常在統計中應剔除個別的異常數據。數據。37（一）試驗資料整理的內容（一）試驗資料整理的內容十字板剪切試驗的影響因素表十字板剪切試驗的影響因素表 在十字扳剪切試驗方法及成果計算公式的推導中做了在十字扳剪切試驗方法及成果計算公式的推導中做

32、了些人為的假定。實際上影響十字板剪切試驗的因素很多，些人為的假定。實際上影響十字板剪切試驗的因素很多，各項因素對不排水抗剪強度的影響各項因素對不排水抗剪強度的影響38（二）試驗影響因素的分析（二）試驗影響因素的分析p 1. 1.十字板頭的旋轉速率十字板頭的旋轉速率旋轉速率對測試結果影響很大。由于顆粒之間存在粘滯旋轉速率對測試結果影響很大。由于顆粒之間存在粘滯阻力，旋轉越快，測得的強度越高；旋轉速率對不同性阻力，旋轉越快，測得的強度越高；旋轉速率對不同性質的土體影響也不同。目前，國內外大多采用質的土體影響也不同。目前，國內外大多采用1 110 10 s s的旋轉速率，此時基本屬于不排水狀態。的旋

33、轉速率，此時基本屬于不排水狀態。 （1 1）對高塑性粘土）對高塑性粘土( (IpIp40403030) )，剪切速率越大，剪切速率越大抗剪強度越大，增長的很快；抗剪強度越大，增長的很快；（2 2）對低塑性粘土）對低塑性粘土( (IpIp2020) )變化幅度不大。變化幅度不大。39（二）試驗影響因素的分析（二）試驗影響因素的分析高高IpIp粘土，轉速對現場十字板強度的影響粘土，轉速對現場十字板強度的影響 40低低IpIp粘土，轉速對現場十字板強度的影響粘土，轉速對現場十字板強度的影響 41p 2 2十字板頭的規格十字板頭的規格 十字板頭的規格是指十字板的高度十字板頭的規格是指十字板的高度H H

34、、徑寬、徑寬D D、板厚、板厚及軸桿直徑。這些尺寸對總扭矩測值、對周圍土體擾動及軸桿直徑。這些尺寸對總扭矩測值、對周圍土體擾動程度有直接影響。目前，國內外已有較統一的規格。程度有直接影響。目前，國內外已有較統一的規格。H HD D2 2，板厚，板厚t t2 23mm3mm、十字板的面積比、十字板的面積比12121313。此外，十字板及軸桿都采用高強度鋼，以保證十字。此外，十字板及軸桿都采用高強度鋼，以保證十字板頭具有足夠的剛度。板頭具有足夠的剛度。42（二）試驗影響因素的分析（二）試驗影響因素的分析p3 3土的各向異性土的各向異性u所謂所謂土的各向異性土的各向異性是指抗剪強度在土體空間的變化規

35、律。是指抗剪強度在土體空間的變化規律。u產生各向異性的原內產生各向異性的原內在于：土的成層性和土中應力狀態在于：土的成層性和土中應力狀態的不同。前面所講的圓柱剪切面的標準試驗計算公式，是的不同。前面所講的圓柱剪切面的標準試驗計算公式，是在均勻等向的前提下推導出來的。在均勻等向的前提下推導出來的。u對各向異性的影響應如何考慮，曾有不少學者進行過研對各向異性的影響應如何考慮，曾有不少學者進行過研究，其中最具代表性的測試技術為英國發展的究，其中最具代表性的測試技術為英國發展的鉆石型十字鉆石型十字板頭板頭( (或稱三角形十字板或稱三角形十字板) )，使用時可求出不同方向上土的，使用時可求出不同方向上土

36、的抗剪強度。抗剪強度。 43（二）試驗影響因素的分析（二）試驗影響因素的分析鉆石型十字板頭鉆石型十字板頭 44p 4 4插入土層的擾動影響插入土層的擾動影響 十字板厚度愈大、軸桿愈粗，則插入土中引起的十字板厚度愈大、軸桿愈粗，則插入土中引起的擾動愈大。一般用十字板面積比來衡量這種擾動的大擾動愈大。一般用十字板面積比來衡量這種擾動的大小：小： RAAv/Ac式中：式中：Av十字板頭十字板頭(包括軸桿包括軸桿)的橫截面積；的橫截面積； Ac受剪土圓柱體的橫截面積。受剪土圓柱體的橫截面積。 所以在實用上，總是在不影響十字板的剛度和強所以在實用上，總是在不影響十字板的剛度和強度的前提下，盡可能使度的前

37、提下，盡可能使RA取較小值。取較小值。45（二）試驗影響因素的分析（二）試驗影響因素的分析p 5 5逐漸破壞的影響逐漸破壞的影響 當十字板在土中旋轉時，不但板頭上下兩端面上應力和當十字板在土中旋轉時，不但板頭上下兩端面上應力和位移不均勻，而且位移不均勻，而且圓柱體側向剪切力和剪應變也不均勻圓柱體側向剪切力和剪應變也不均勻。所。所以，在剪切面上各點土的峰值強度不可能在同一轉角時發揮以，在剪切面上各點土的峰值強度不可能在同一轉角時發揮出來。會先在板緣土體薄弱位置產生應力集中，出現局部破出來。會先在板緣土體薄弱位置產生應力集中，出現局部破壞。隨著扭矩增大，剪損面逐漸向前方擴展，最終在整個圓壞。隨著扭

38、矩增大，剪損面逐漸向前方擴展，最終在整個圓柱體側圓形成完整的圓柱形剪損面。因此，柱體側圓形成完整的圓柱形剪損面。因此，試驗所得的扭矩試驗所得的扭矩峰值并不能反映土的真正峰值強度，僅僅是一種平均抗剪強峰值并不能反映土的真正峰值強度，僅僅是一種平均抗剪強度。度。46（二）試驗影響因素的分析（二）試驗影響因素的分析p 6 6剪切時排水的可能性與土的觸變性剪切時排水的可能性與土的觸變性 十字板剪切試驗雖被認為是不排水抗剪試驗，實際上是在十字板剪切試驗雖被認為是不排水抗剪試驗，實際上是在規定的規定的0.1/s的剪切速率下，的剪切速率下，存在著排水的可能性存在著排水的可能性，因此測，因此測得的抗剪強度通常

39、偏大。得的抗剪強度通常偏大。 試驗前十字板頭在土中靜置的時間較長時，測得的強度值試驗前十字板頭在土中靜置的時間較長時，測得的強度值會偏大，這與會偏大，這與土的觸變性和孔隙水壓力的消散有關土的觸變性和孔隙水壓力的消散有關。47（二）試驗影響因素的分析（二）試驗影響因素的分析p 7 7內摩擦角的影響內摩擦角的影響 十字板剪切試驗在理論上假定十字板剪切試驗在理論上假定0，但天然狀態下飽和軟，但天然狀態下飽和軟土的土的角并不等于角并不等于0，因此測得的抗剪強度通常偏大。因此測得的抗剪強度通常偏大。p 8 8圓柱破壞面假定的影響圓柱破壞面假定的影響 十字板剪切試驗的十字板剪切試驗的實際破壞面為帶狀實際破

40、壞面為帶狀，其直徑比十字板葉，其直徑比十字板葉片直徑大片直徑大5，因此測得的抗剪強度偏大。因此測得的抗剪強度偏大。48（二）試驗影響因素的分析（二）試驗影響因素的分析p 9 9試驗方式的影響試驗方式的影響 采用采用不同的試驗設備，鉆進方式和操作方法不同的試驗設備，鉆進方式和操作方法也會影響測試也會影響測試土層的抗剪強度，比如電測式比機械式的試驗結果往往偏小土層的抗剪強度，比如電測式比機械式的試驗結果往往偏小1520，這是由于電測，這是由于電測式式消除了機械安裝、鉆桿彎曲、軸消除了機械安裝、鉆桿彎曲、軸桿摩擦等因素的影響。桿摩擦等因素的影響。按解決問題的形式人為的分為兩種方法。按解決問題的形式人

41、為的分為兩種方法。1不排水抗剪強度修正不排水抗剪強度修正 將現場實測土的十字板抗剪用于工程設計時，可按將現場實測土的十字板抗剪用于工程設計時，可按下式進行修正：下式進行修正：式中，式中，為修正系數為修正系數。 （1）我國）我國鐵路工程地質原位測試規程鐵路工程地質原位測試規程（TB100412003）的建議，當）的建議，當Ip20時，取時，取1；當；當20 Ip40，取取0.9。 u)u(cc 使使用用值值49（三）試驗結果修正方法（三）試驗結果修正方法（2）Bjerrum（1973）發現土的十字板抗剪強度受土的）發現土的十字板抗剪強度受土的稠度的影響，稠度的影響，可依據下圖取值。可依據下圖取值

42、。 修正系數修正系數（Bjerrum，1973） 50（三）試驗結果修正方法（三）試驗結果修正方法（3）Johnson等等(1988)根據墨西哥海灣的深水軟土十字根據墨西哥海灣的深水軟土十字板剪切試驗的經驗，板剪切試驗的經驗，取值如下：取值如下：當當20Ip80時，時，或當或當0.2IL1.3時，時，式中，式中，Ip塑性指數；塑性指數； IL液性指數。液性指數。2ppI000150I02060291. )I.(L0980077010 51（三）試驗結果修正方法（三）試驗結果修正方法2安全系數選值的修正安全系數選值的修正 對飽和軟粘土地基施工期的穩定問題，采用對飽和軟粘土地基施工期的穩定問題，采

43、用o分析方法，其抗剪強度應選天然強度，可選十字板強分析方法，其抗剪強度應選天然強度，可選十字板強度、無側限抗壓強度或三軸不固結不排水強度。度、無側限抗壓強度或三軸不固結不排水強度。 在在20世紀世紀5060年代，國內外都以破壞工程實例年代，國內外都以破壞工程實例總結使用十字板強度的經驗。總結使用十字板強度的經驗。（1）1953年，瑞典的年，瑞典的Cadling和和Odenstad根據根據11處滑處滑坡工程，以十字板強度計算安全系數，其平均值為坡工程，以十字板強度計算安全系數，其平均值為1.03。建議設計時應選取更高的安全系數。建議設計時應選取更高的安全系數。 52（三）試驗結果修正方法（三）試

44、驗結果修正方法（2）南京水利科學研究院在）南京水利科學研究院在20世紀世紀5060年代曾積累破年代曾積累破壞工程實例，有些是破壞試驗，在試驗前測十字板強度，壞工程實例，有些是破壞試驗，在試驗前測十字板強度，之后分級加荷直到破壞，以之后分級加荷直到破壞，以0分別估算安全系數；有些分別估算安全系數；有些是處于臨界狀態的工程是處于臨界狀態的工程(即土坡多處裂縫，或局部塌坍的即土坡多處裂縫，或局部塌坍的工程工程)，以十字板強度計算安全系數，列下表。建議設計，以十字板強度計算安全系數，列下表。建議設計時取值時取值1.3。（3）交通部港口工程規范：）交通部港口工程規范：1978年版本規定，當采用快年版本規

45、定，當采用快剪指標選剪指標選K1.01.2，采用十字板強度選，采用十字板強度選 K 1.11.3。TJT25098版，籠統提版，籠統提K1.11.3，仍意味著對不同強度，仍意味著對不同強度選不同的選不同的K值。值。53（三）試驗結果修正方法（三）試驗結果修正方法以十字板強度計算的安全系數以十字板強度計算的安全系數54五、試驗成果的應用五、試驗成果的應用u （一）評價軟土的地基承載力（一）評價軟土的地基承載力u （二）估算單樁極限承載力（二）估算單樁極限承載力u （三）評價地基土的原位狀態（三）評價地基土的原位狀態u （四）確定地基土強度的變化規律（四）確定地基土強度的變化規律u （五）檢測地基

46、加固效果（五）檢測地基加固效果55（一）評定軟土地基承載力（一）評定軟土地基承載力 承載力的計算主要取決于土的不排水抗剪強度。如中承載力的計算主要取決于土的不排水抗剪強度。如中國建筑科學研究院的經驗：國建筑科學研究院的經驗：式中，式中，fk地基承載力標準值；地基承載力標準值； 土的重度；土的重度； h基礎埋置深度。基礎埋置深度。 hc2fuk （使使用用值值）56五、試驗成果的應用五、試驗成果的應用注意事項：注意事項： 十字板剪切試驗主要用途就是確定天然不排水抗剪強度。十字板剪切試驗主要用途就是確定天然不排水抗剪強度。該法主要適用于飽和軟粘土，砂性土或粉性土要慎重使該法主要適用于飽和軟粘土，砂性土或粉性土要慎重使用，用，對含有夾層的地基應剔除偏大的數值對含有夾層的地基應剔除偏大的數值，之后分層取之后分層取平均值。平均值。 十字板試驗的最大優點是強度值比較穩定，數值的可十字板試驗的最大優點是強度值比較穩定，數值的可靠性較大。在使用時，可按前述方法進