十字板剪切試驗

6.十字板剪切試驗(VaneShearTest)2023/1/1316.十字板剪切試驗十字板剪切試驗可用于測定飽和軟粘性土(Φ≈0)的不排水抗剪強度和靈敏度。

十字板剪切試驗點的布置，對均質土豎向間距可為1m，對非均質或夾薄層粉細砂的軟粘性土，宜先作靜力觸探，結合土層變化，選擇軟粘土進行試驗。

2023/1/1326.十字板剪切試驗6.1概述1.定義：十字板剪切試驗是將插入軟土中的十字板頭，以一定的速率旋轉，測出土的抵抗力矩，從而換算土的抗剪強度。2.適應地層：軟土，軟粘土。3.種類：機械式，電測式。4.優(yōu)點：可避免取土擾動而影響土的強度；土體保持在天然應力狀態(tài)下；直觀，簡單，明了。2023/1/1336.2機械十字板剪切試驗6.2.1儀器設備1.測力裝置：開口鋼環(huán)式測力裝置；2.十字板頭：常用50x100mm2，75x150mm2；3.軸桿：Φ204.鉆機、百分表、秒表等。2023/1/1342023/1/1351手搖柄2齒輪3蝸輪4開口鋼環(huán)5導桿6特制鍵7固定夾8量表9支座10壓圈11平面彈子盤12鎖緊軸13底座14固定套15橫銷16制緊軸17導輪2023/1/1366.2.2試驗要點1.鉆桿要平直，不彎曲，應配用Φ32或Φ42專用試驗探桿；2.鉆孔要求垂直；3.鋼環(huán)每半年率定一次或每項工程進行前率定；4.對開口鋼環(huán)式十字板剪切儀應修正軸桿與土體間的摩擦阻力。2023/1/137鋼環(huán)的率定率定時應逐級加荷卸荷，測記相應的變形，至少重復三次，以三次量表讀數(shù)的平均值為橫坐標，荷重為縱坐標，繪制鋼環(huán)率定曲線，按C=P/ε計算鋼環(huán)率定系數(shù)。（其中P為某級荷重KN，ε為相應于P的鋼環(huán)變形值。）2023/1/1386.3電測十字板剪切試驗6.3.1儀器設備1.電阻應變儀2.電測十字板頭3.探桿4.電纜線5.壓入主機。2023/1/1392023/1/13102023/1/13116.3.2十字板頭的率定1.率定目的建立應變與力矩之間的關系。2.率定方法逐級加荷，穩(wěn)定后讀ε，進行三次平行試驗。在彈性范圍內扭力矩與應變成直線關系。扭力矩變應2023/1/1312tgａ=M/ε率定系數(shù)K=K’’tgａK’’=2/πD2H（1+D/3H）D；十字板寬度mK’’；十字板頭系數(shù)π：3.1415927tgａ：率定直線斜率M；扭力矩，ε：應變。2023/1/13136.3.3試驗要點1.選擇十字板頭2.探桿檢查3.儀表調試4.按靜探方法將十字板頭貫入到試驗深度5.使用旋轉裝置的卡盤卡住探桿6.記錄初始讀數(shù)7.緩慢均勻轉動搖把，在1-3分鐘內達到最大微應變值。十字板以1。/10S的速率旋轉，每轉1度讀數(shù)一次，直到破壞后，仍繼續(xù)讀1分鐘，得出原狀土的應變值,從而得到原狀土剪損的總作用力pf。2023/1/13146.3.3試驗要點8.完成原狀土的十字板剪切試驗后，用搖把將探桿連續(xù)轉6圈，然后重復第7項操作，讀出擾動土的破壞最大應變值,從而得到重塑土剪損的總作用力pf’。9.完成一個深度試驗以后，松開卡盤，繼續(xù)下壓十字板頭到試驗的各個深度，重復上述操作，繼續(xù)各次試驗。2023/1/1315對于離合式十字板頭，撥下特制鍵，上提導桿2-3cm，使離合齒脫離，再插上特制鍵，勻速轉動手搖柄，測記軸桿與土摩擦的量表穩(wěn)定讀數(shù)。對于牙嵌式十字板頭，逆時針快速轉動手柄10余圈，使軸桿與十字板頭脫離,再順時針方向勻速轉動手柄，測記軸桿與土摩擦時的量表讀數(shù)。2023/1/1316

十字板剪切試驗的主要技術要求應符合下列規(guī)定：

1

十字板板頭形狀宜為矩形，徑高比1:2，板厚宜為2~3mm；

2

十字板頭插入鉆孔底的深度不應小于鉆孔或套管直徑的3～5倍；

3

十字板插入至試驗深度后，至少應靜止2～3min，方可開始試驗；

2023/1/1317

4

扭轉剪切速率宜采用(1度～2度)/10s，并應在測得峰值強度后繼續(xù)測記1min；

5

在峰值強度或穩(wěn)定值測試完后，順扭轉方向連續(xù)轉動6圈后，測定重塑土的不排水抗剪強度；

6

對開口鋼環(huán)十字板剪切儀，應修正軸桿與土間的摩阻力的影響。

2023/1/13186.3.4注意事項1.試驗用的探桿一定要平直，不能彎曲，保證三點一線；（剪力儀、鉆孔、機身園孔中心）2.十字板頭貫入土中后，應靜止2-3分鐘方可開始試驗；3.遇到夾砂、貝殼，應變值偏大時，將板頭穿過夾砂、貝殼，或者下壓20-30cm補做試驗；4.十字板剪切試驗抗剪強度精度應達到1-2kPa。2023/1/13192023/1/13206.4資料整理6.4.1基本理論當轉動插入土層中的十字板頭時，在土層中產生的破壞狀態(tài)接近一個圓柱體，假定圓柱體四周上下兩個端面上的各點強度相等，則土體破壞時所產生的抵抗力矩M為：M=M1+M2M1=Cu*Л*D*H*1/2*DM2=2Cu*1/4*Л*D*D*0.5D*2/3M：土體破壞時的抵抗力矩KN.mM1：圓柱體的園柱面所產生的抵抗力矩KN.mM2：圓柱體的上下兩個端面所產生的抵抗力矩KN.m2023/1/1321Cu：飽和粘土的不排水抗剪強度kpa；D：圓柱體直徑，對于軟黏土，她相當于十字板的直徑m；H：圓柱體高度，對于軟黏土，她相當于十字板的高度m。Cu=2M/ЛD2H（1+D/3H）6.4.2十字板抗剪強度計算Cu=K（ε-T）T：初始讀數(shù)，可以是正數(shù)也可以是負數(shù)。2023/1/1322成果分析十字板剪切試驗成果分析應包括下列內容：

1計算各試驗點土的不排水抗剪峰值強度、殘余強度和靈敏度；

2繪制單孔十字板剪切試驗土的不排水抗剪峰值強度、殘余強度、重塑土強度和靈敏度隨深度的變化曲線，需要時繪制抗剪強度與扭轉角度的關系曲線；

3根據(jù)土層條件和地區(qū)經驗，對實測的十字板不排水抗剪強度進行修正。

2023/1/1323抗剪強度隨深度變化曲線1-原狀土2-擾動土2023/1/1324抗剪強度與轉角關系曲線

1-原狀土2-擾動土

2023/1/13256.5成果應用十字板剪切試驗成果可按地區(qū)經驗，確定地基承載力、單樁承載力、計算邊坡穩(wěn)定，判定軟粘性土的固結歷史。6.5.1現(xiàn)場不排水抗剪強度(Cu)f=R*Cu式中(Cu)f

:土的現(xiàn)場不排水抗剪強度,KpaCu:十字板不排水抗剪強度,KpaR:修正系數(shù),按下表查詢:IP10152025R0.910.880.850.822023/1/13266.5.2承載力計算6.5.2.1飽和軟粘土上淺基礎地基承載力1.極限壓力法qu=5.14Cu+γh式中qu:極限承載力;Cu:修正后的十字板不排水抗剪強度,Kpa;h:基礎埋深;γ:土的重度。2.中國建科院和華東電力院經驗：fk=2Cu+γhfk：地基承載力標準值。2023/1/13276.5.2承載力計算6.5.2.2估算單樁極限承載力估算樁側極限摩阻力Pf=aCua為折減系數(shù)：當Cu＜25Kpa時a=1.0,Cu

＞75

Kpa時a=0.5。其余采用內插法。估算樁端極限承載力Pb=9Cu2023/1/13286.5.3計算土的靈敏度靈敏度反映土的強度由于結構受到破壞而降低的程度。St=cu/cu’