巖土工程勘察十字板剪切試驗

4.6十字板剪切試驗1.概述2.十字板測試原理3.電測式十字板剪切試驗4.影響測試成果的主要因素5.成果的應用6.新產品介紹7.試驗總結與要求8.下節(jié)預告目錄十字板剪切試驗(VaneShearTest,簡稱VST)適用于原位測定飽水軟粘土的不排水抗剪強度。所測得的抗剪強度值，相當于試驗深度處天然土層在原位壓力下固結的不排水抗剪強度;由于十字板剪切試驗不需要采取土樣，避免了土樣擾動及天然應力狀態(tài)的改變，是一種有效的現(xiàn)場測試方法。根據(jù)十字板儀的不同，十字板剪切試驗可分為普通十字板和電測十字板;根據(jù)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(Self-BoringVaneShearTest,簡稱SBVST)。從技術發(fā)展和使用方便的角度，自鉆式電測十字板儀具有明顯的優(yōu)勢。十字板剪切試驗在我國沿海軟土地區(qū)被廣泛使用。它可在現(xiàn)場基本保持原位應力條件下進行扭剪。適用于靈敏度小于10的均質飽和軟粘土。對于不均勻土層，特別是夾有薄層粉細砂或粉土的軟粘土。十字板剪切試驗會有較大的誤差，使用時必須謹慎。1.概述試驗項目測定參數(shù)主要試驗目的十字板剪切試驗不排水抗剪強度峰值cu(kPa)和殘余值c’u(kPa)1測求飽和粘性土的不排水抗剪強度和靈敏度；2估算地基土承載力和單樁承載力；3計算邊坡穩(wěn)定性；4判斷軟粘性土的應力歷史。VST主要用于測定飽水軟粘土的不排水抗剪強度。它具有下列優(yōu)點：(1)不用取樣，特別是對難以取樣的靈敏度高的粘性土，可以在現(xiàn)場對基本上處于天然應力狀態(tài)下的土層進行扭剪。所求軟土抗剪強度指標比其他方法都可靠。(2)野外測試設備輕便，操作容易。(3)測試速度較快，效率高，成果整理簡單。其缺點是僅適用于江河湖海的沿岸地帶的軟土，適應范圍有限，對硬塑粘性土和含有礫石雜物的土不宜采用，否則會損傷十字板頭。優(yōu)點和缺點十字板剪切試驗的原理，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，施加扭轉力矩，將土體剪切破壞，測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度。十字板頭旋轉過程中假設在土體中產生一個高度為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面和上、下底面上土的抗剪強度都相等。在剪損過程中，土體產生的最大抵抗力矩M由圓柱側表面的抵抗力矩M1、和圓柱上下面的抵抗力矩M2兩部分組成。即M＝M1+M2。2.十字板測試原理圖中所示為板頭側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，在土層中形成圓柱形的破壞面，測定土剪切破壞時的最大扭矩，即可得到土的抗剪強度。開口鋼環(huán)式十字板剪切儀輕便式十字板剪切儀電測式十字板剪切儀3.十字板剪切試驗分類3.電測式十字板剪切試驗壓入主機十字板頭扭力傳感器量測扭力的儀表施加扭力裝置其它（探桿等）平整場地，安裝機架，并固定把板頭壓至測試深度卡住鉆桿，并調零轉動手柄，旋轉鉆桿，使板頭產生扭矩(每10秒使搖柄轉動一圈，每轉動一圈測記應變讀數(shù)一次。)測量扭矩直至峰值出現(xiàn)松動鉆桿完全擾動測試土體，重復2-5測量擾動土的剪切強度。試驗步驟應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，應讀取初始讀數(shù)或將儀器調零；勻速轉動手搖柄，搖柄每轉一圈，十字板頭旋轉一度。測試重塑土時，用扳手或管鉗快速將探桿順時針方向旋轉6圈，使十字板頭周圍的土充分擾動后，立即擰緊鉆桿夾具注意事項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質時不宜采用。測試深度一般在30m以內，目前陸上最大測試深度已超過50m。4.試驗條件和影響因素1、十字板頭的旋轉速率

（1）剪切（旋轉）速率越大，抗剪強度越大，應規(guī)定一個統(tǒng)一的旋轉速率（1°/10s）

（2）對一般粘性土，最大的抗剪強度出現(xiàn)在20-30之間，所用時間為3-5min，屬不排水抗剪強度2、土的各向異性

（1）在板頭范圍內，土的非均一性

（2）天然土層的抗剪強度的非等向性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，板頭插入土中對土的擾動越大，抗剪強度越小

75mm×150mm，厚3mm，軸徑16mm，60

50mm×100mm，厚2mm，軸徑13mm，604、排水條件

測定的結果為土的不排水抗剪強度（=0時的C值），但實際測試中，已有部分排水，所測Cu值偏大，應修正

5、剪應力的分布土體扭剪破壞時，破壞面上剪應力的分布并不是均勻的，剪應力近邊緣處(水平面及垂直面上)均有應力集中現(xiàn)象。Jackson(1969)提出，對計算抗剪強度Cu的公式進行修正，表示為:6、圓柱破壞面的形成

Leblane(1975)通過室內十字板試驗發(fā)現(xiàn)，抗剪強度峰值發(fā)生在扭剪角不大時。隨著扭剪角增大，強度降低，直至達到殘余強度為止。當扭剪角超過45度時，才發(fā)展成完整的圓柱破壞面，而且剪切破壞面實際為帶狀，其直徑比十字板葉片直徑大5%，這使計算所得抗剪強度值偏大。7、觸變效應

Flaate(1966)首先提出，試驗前十字板頭插人土中靜置的時間延長時，測得的抗剪強度往往會增加。這與插人十字板頭所產生的孔隙壓力的消散和勃性土觸變強度的恢復有關。為增加資料的可比性，有必要對十字板插入土中和試驗之間規(guī)定一個統(tǒng)一的延遲時間。

8、試驗方法采用不同的試驗設備、鉆進方式或操作方法也都會影響所測試土層的抗剪強度。電測式十字板比非電測式的試驗結果往往偏小15-20%(當控制剪切速率等條件相同時)。這是由于電測裝置從根本上消除了機械安裝、鉆桿彎曲、軸桿摩擦等因素的影響。計算土的抗剪強度計算土的靈敏度繪制抗剪強度與試驗深度的關系曲線繪制抗剪強度與回轉角的關系曲線5.數(shù)據(jù)的處理與應用計算土的抗剪強度

Cu計算三重塑三土的三抗剪三強度Cu′計算三土的三靈敏三度St國內三外研三究均三表明三，十三字板三剪切三試驗三所測三得的三抗剪三強度三值偏三高;應用三于實三際工三作時三應作三修正三。Bj三er三ru三m(三19三72）建三議的三修正三式為:5.三2資料三應用(1三)計算三地基三承載三力(2三)分析三飽和三軟粘三性土三填、三挖方三邊坡三的穩(wěn)三定性十字三板抗三剪強三度較三為普三遍地三用于三軟土三地基三及軟三土填三、挖三方斜三坡工三程的三穩(wěn)定三性分三析與三核算三。根三據(jù)軟三土中三滑動三帶強三度顯三著降三低的三特點三，用三十字三板能三較準三確地三確定三滑動三面的三位置三，并三根據(jù)三測得三的抗三剪強三度來三反算三滑動三面上三土的三強度三參數(shù)三，為三地基三與邊三坡穩(wěn)三定性三分析三和確三定合三理的三安全三系數(shù)三提供三依據(jù)三。據(jù)三南京三水科三院、三浙江三水科三院等三單位三對海三堤、三水庫三堤壩三所作三的大三量驗三算，三表明三十字三板抗三剪強三度一三般偏三大，三建議三在設三計中三安全三系數(shù)三不小三于1.三3—三1.三5為宜三。(3三)檢驗三地基三加固三改良三的效三果在軟三土地三基堆三載預三壓(或配三以砂三井排三水)處理三過程三中，三可用三十字三板剪三切試三驗測三定地三基強三度的三變化三，用三于控三制施三工速三率及三檢驗三地基三加固三的效三果。(4三)其他軟粘三性土三的靈三敏度三是一三個重三要指三標，三用它三可以三來判三斷土三的成三因、三結構三性，三并了三解擾三動因三素(如打三樁、三活荷三載變三化劇三烈等)對軟三土強三度的三影響三；根三據(jù)抗三剪強三度與三深度三的關三系曲三線來三判定三土的三固結三性質三；根三據(jù)不三排水三抗剪三強度三確定三軟土三路基三的臨三界高三度等三。估算三地基三容許三承載三力三對于三內摩三擦角三為零三的飽三和軟三粘土三，可三以用三下式三估算三地基三容許三承載三力[R][R]=三2Cu+h式中三：—基礎三底面三以上三土的三容重三；h—基礎三埋深三。預估三單樁三承載三力三在飽三和軟三粘土三中，三單樁三的極三限端三阻力qp和極三限側三摩阻三力qf可由三下式三計算求軟三粘土三靈敏三度三野外三十字三板剪三切實三驗是三確定三軟粘三土靈三敏度三的最三可靠三的方三法十字三板剪三切試三驗記三錄表轉角（度）原狀土重塑土靈敏度St應變儀讀數(shù)剪應力（kPa）應變儀讀數(shù)剪應力（kPa）51020102225154732207436251013530108353510135409635458935508214三.030三.865三.810三3.三614三1.三415三1.三214三1.三413三4.三412三4.三611三4.三8十字三板剪三切試三驗記三錄表轉角（度）原狀土重塑土靈敏度St應變儀讀數(shù)剪應力（kPa）應變儀讀數(shù)剪應力（kPa）51020102225154732207436251013530108353510135409635458935508214三.030三.865三.810三3.三614三1.三415三1.三214三1.三413三4.三412三4.三611三4.三828三.035三.044三.850三.449三.049三.049三.049三.049三.0十字三板剪三切試三驗記三錄表轉角（度）原狀土重塑土靈敏度St應變儀讀數(shù)剪應力（kPa）應變儀讀數(shù)剪應力（kPa）51020102225154732207436251013530108353510135409635458935508214三.030三.865三.810三3.三614三1.三415三1.三214三1.三413三4.三412三4.三611三4.三828三.035三.044三.850三.449三.049三.049三.049三.049三.03.三01、電三動室三內十三字板三剪切三儀符合AS三TM三D三46三48規(guī)范標準三型電三動十三字板三剪切三儀旋三轉速三度恒三定，10三°/分鐘三，包三含有三標準三的十三字板三頭。AS三TM特殊三版S2三30三1，旋三轉速三度更三快，60三°-三90三°/分鐘三，帶三有可三選擇三的十三字板三頭，三直徑12三.7三mm，高三度25三.4三mm。設三備由三四個三彈簧三中的三一個三進行三加載三。S2三30三2型為三室內三手動三十字三板剪三切儀三。6.新產三品介三紹手動三便攜三式十三字板三剪切三儀用于三初步三測試三軟粘三土和三中等三強度三硬粘三土的三天然三不排三水抗三剪強三度使用三快速三簡單三，重三量輕手動三直接三鉆孔三，深三度可三達3米三種三十字三板尺三寸：三量程三從0到20三0k三Pa標準三十字三板基三座刻三度范三圍0-三1k三g/三cm2，最三小刻三度為0.三05三k三g/三cm2，這三樣目三視精三度接三近0.三01三kg三/m2，除三了標三準十三字板三頭外三，另三外兩三個十三字板三頭范三圍分三別為0-三2.三5和0-三0.三2三kg三/c三m2。十字三板剪三切儀三和貫三入儀三同時三使用三，可三以快三速對三土體三的內三摩擦三角進三行評三估，三或者三用來三判定三土體三是否三是粘三性的三。重量三：0.三5公斤微型三十字三板剪三切儀E-三28三6十字三板剪三切儀三緊湊三小巧三，可三放置三于攜三帶箱三中，三能快三速測三試土三體的三基礎三、掘三進、三坑槽三的穩(wěn)三定性三?？側秶?-三26三0k三Pa。手三柄上三的刻三度讀三數(shù)能三保持三最大三值，三直到三重新三復位三。精三度10三%。包含三有三三種尺三寸的三十字三板頭三：。有效三測試三范圍0-三26三0k三Pa；0-三13三0k三Pa；0-三65三kP三a?？蛇x三十字三板頭三用來三測試三非常三敏感三性土三體，三測試三范圍三：0-三8.三12三5k三Pa，一三個模三擬板三頭用三來標三定延三長桿三和土三體摩三擦。延長三桿共6根，三每根三長0.三5米。分隔三放置三攜帶三箱并三帶有三兩個三小扳三手重量三：3公斤E-三28三6十字三板剪三切序號產品規(guī)格單位數(shù)量單價金額RE:MARTEST（意大利）19154元（人民幣）（人民幣）便攜式十字板剪切試驗1S057現(xiàn)場勘查便攜式十字板。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，測量范圍：0-200kPa,包裝箱尺寸規(guī)格：500*300*100mm,重4kg。pc111046110462S057-1延長桿，每根500mm長。pc1130013003S075便攜式十字板儀。包括1個測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個測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歐洲三標準三型:十字三板(三Φx三h三,量程):三6三5三x三13三0三mm三,三20三0三kP三a刀刃三形狀:頂端三全部三直角十字三板保三護鞘:外徑Φ7三5,長度82三0三mm延長三管:外徑Φ4三2延長三桿:三Φ2三2三x三10三00三m三m滑動三接口:三15順時三針方三向標準三型:十字三板(Φ三x三h三,量程):三5三0三x三11三0三mm三,三20三0三kP三a65三x三1三30三m三m,三1三00三k三Pa80三x三1三72三m三m,三5三0三kP三a刀刃三形狀三：三頂端三全部三錐形延長三桿:三Φ2三2三x三10三00三m三m滑動三接口:三1三5三cl三oc三kw三is三e電動三野外三十字三板剪三切儀EF三-1三00三4序號