十字板剪切试验

工程地质学术语

十字板剪切试验是一种用十字板测定饱和软粘性土不排水抗剪强度和灵敏度的试验，属于土体原位测试试验的一种。它是将十字板头由钻孔压入孔底软土中，以均匀的速度转动，通过一定的测量系统，测得其转动时所需之力矩，直至土体破坏，从而计算出土的抗剪强度。由十字板剪力试验测得之抗剪强度代表孔内土体的天然强度（不排水抗剪强度）。

试验原理与计算

原理

根据十字板仪的不同，试验可分为普通十字板剪切试验和电测十字板剪切试验；根据贯入土体的不同方式，可分为预钻孔十字板剪切试验和自钻孔十字板剪切试验。

但其原理是，对土体施加一定扭矩，将土体剪坏，测定土体因抗剪对试验仪产生的最大扭矩，通过还算得到土体抗剪强度值。

计算

试验假设：

1、土体是各向同性介质。

2、破坏土体的高度为十字板高度，直径为十字板头直径。

设剪切破坏时所施加的扭矩为M，则它与土体抗剪时的抵抗力矩相等，即

式中：

D为十字板直径(m );Dl为十字板的轴杆直径（m），H为十字板高度（m）。

当轴杆直径Dl足够小时，多项式最后一项忽略不计，上述公式简化为:

取Cv=Ch，以Cu（待测土体抗剪强度）代替两个参数时，上述公式进一步简化:

技术要求

1、十字板插入深度不应小于钻孔或套管直径的3-5倍；孔间距大于0.75-1米。

2、十字板插入土后应停留2-3分钟，太短或太长会使强度减小或增大。

3、剪切速度一般为1°-2°/10秒，过快（粘滞性）过慢（固结）会使强度增加。一般3-10分钟会出现峰值后应继续剪切1分钟。

4、测出峰值后应快速转动6周，测重塑土的不排水抗剪强度。

注意事项

1、十字板的规格：形状宜为矩形，板高/板宽=2，板厚2mm~3mm，刃角60°，面积比=13%-14%（板越小对土体扰动越小，测量值越好）。对于钻孔十字板剪切试验，十字板插入孔底以下的深度应大于5倍钻孔径，以保证十字板能在不扰动土中进行剪切试验

2、由于圆柱侧面和顶面达到剪切破坏不是同时的，因此强度并不是真正的峰值，是一种平均抗剪强度。

3、十字板插入土中与开始扭剪的间歇时间应小于5min。因为插入时产生的超孔隙水压力的消散，会使侧向有效应力增长。拖斯坦桑(Torstensson(1977))发现间歇时间为1h和7d的，试验所得不排水抗剪强度比间歇时间为5min的，约分别增长9%和19%。

4、扭剪速率也应很好控制。剪切速率过慢，由于排水导致强大增长。剪切速率过快，对饱和软粘性土由于粘滞效应也使强度增长。一般应控制扭剪速率为1。～2。/10s，并以此作为统一的标准速率，以便能在不排水条件下进行剪切试验。测记每扭转1。的扭矩，当扭矩出现峰值或稳定值后，要继续测读1min，以便确认峰值或稳定扭矩。

5、重塑土的不排水抗剪强度，应在峰值强度或稳定值强度出现后，顺剪切扭转方向连续转动6圈后测定。

6、十字板剪切板试验抗剪强度的测定精度应达到1～2kPa。

7、为测定软粘性土不排水抗剪强随深度的变化，试验点竖向间距应取为1m，或根据静力触探等资料布置验点。

成果应用

1、饱和软粘土的抗剪强度和灵敏度。

2、地基加固效果和强度变化规律。

3、测定地基或边坡滑动位置。

4、可计算地基容许承载力。

5、计算单桩承载力。

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