14.7十字板剪切试验记录(电测式)(09.09.07)
十字板剪切试验详细内容介绍
一、定义
十字板剪切试验 (FVST： field vane shear test)是用插入软 粘土中的十字板头， 以一定的速率旋转， 测出土的抵抗力矩， 然后换算成土的抗剪 强度的一种测试方法。
FVST主要用于测定饱水软粘土的不排水抗剪强 度。它具有下列优点：
(1) 不用取样，特别是对难以取样的灵敏度高的 粘性土，可以在现场对基本上处于天然应力状 态下的土层进行扭剪。所求软土抗剪强度指标 比其他方法都可靠。 (2) 野外测试设备轻便，操作容易。 (3) 测试速度较快，效率高，成果整理简单。
其缺点是仅适用于江河湖海的沿岸地带的软土， 适应范围有限，对硬塑粘性土和含有砾石杂物 的土不宜采用，否则会损伤十字板头。
二、测试原理
图中所示为板头侧 面的剪切阻力分布
Cv
CH
图中所示为在板 头上、下面的剪 切阻力分布。
圆柱体侧面的抗扭矩为 圆柱体底面的抗扭矩为 顶面的抗扭矩为： M
： M 1 DH ：M 2
103.6
141.4 151.2 141.4 134.4
30
35 40 45 50
108
101 96 89 82
35
35 35 35
3
124.6
114.8
K 0 . 00218 cm
C u 10 K R y
64 . 11 N cm / 单位读数
十字板剪切试验记录表
注意事项：
应先将电缆穿过施加扭力装置的中心孔，然后 再穿入探杆； 在扭剪前，应读取初始读数或将仪器调零； 匀速转动手摇柄，摇柄每转一圈，十字板头旋 转一度。 测试重塑土时，用扳手或管钳快速将探杆顺时 针方向旋转6圈，使十字板头周围的土充分扰 动后，立即拧紧钻杆夹具
十字板剪切试验.
v H
——分别为剪切破坏时圆柱体侧面和
上下面土的抗剪强度，kpa；
H——十字板的高度，m； D——十字板的直径，m； 天然状态的土体是各向异性的，但实用上为了简化计算， 假定土体为各向同性体，即剪切破坏时圆柱体侧面和上
下面土的抗剪强度相等，则有
2M D D2 H 3
• I-II段的界限压力相当于初始水平压力po,II-III段的 界限压力相当于临塑压力pf, III段末尾渐近线的压 力为极限压力Pl。 D
V
C B I A po II pf III
pl
p
P—V曲线
• 试验原理： 设土体剪切破坏时所施加的扭矩为M，则它应该 与剪切破坏圆柱面（包括侧面和上下面）上土 的抗剪强度所产生的抵抗力矩相等，即
D D2 D M DH v 2 H 2 4 3 1 1 2 D H v D 3 H 2 6
式中 M——剪切破坏时的扭矩，kN•m
旁压试验
• 旁压试验是在现场钻孔 中进行的一种水平向荷 载试验。具体试验方法 是将一个圆柱形的旁压 器放到钻孔内设计标高， 加压使得旁压器横向膨 胀，根据试验的读数可 以得到钻孔横向扩张的 体积-压力或应力-应变 关系曲线，据此可用来 估计地基承载力，测定 土的强度参数、变形参 数、基床系数，估算基 础沉降、单桩承载力与 沉降。
• 而十字板剪切试验可以解决这一问题。十
字板剪切试验是一种土的抗剪强度的原位 测试方法，这种试验方法适合于在现场测 定饱和粘性土的原位不排水抗剪强度，特 别适合于均匀饱和软粘土。
试验步骤：
实验时，先把套管打到要 求测试的深度以上75cm， 并将套管内的土清除，然 后通过套管将安装在钻杆 下的十字板压入土中至测 试的深度。由地面上的扭 力装置对钻杆施加扭矩， 使埋在土中的十字板扭转， 直至土体剪切破坏，破坏 面为十字板旋转所形成的 圆柱面。
14.7十字板剪切试验报告(10.01.28)
表号：铁建试报70 批准文号：铁建设函[2009]27号
委托单位 工程名称 试验地点 试验孔号 送 样 人 原状土 试验深度h （m） 抗剪强度C u（kPa）
报告编号 委托编号 记录编号 试验日期 送样见证人 重塑土 试验深度h （m） 抗剪强度C' u（kPa）
C u—h 曲线：
原状土不排水抗剪强度C u 检测评定依据：
（kPa）
ห้องสมุดไป่ตู้
残余抗剪强度C' u 试验结论：
（kPa）
灵敏度S t.
..
《铁路工程土工试验规程》(TB 10102-2010)。
该土样所检项目均符合《铁路工程土工试验规程》 (TB 10102-2010)标准要求。
试验____________________复核__________________ 批准__________________单位（章）___________________
十字板剪切试验
• 而十字板剪切试验可以解决这一问题。十
字板剪切试验是一种土的抗剪强度的原位 测试方法，这种试验方法适合于在现场测 定饱和粘性土的原位不排水抗剪强度，特 别适合于均匀饱和软粘土。
试验步骤：
实验时，先把套管打到要 求测试的深度以上75cm， 并将套管内的土清除，然 后通过套管将安装在钻杆 下的十字板压入土中至测 试的深度。由地面上的扭 力装置对钻杆施加扭矩， 使埋在土中的十字板扭转， 直至土体剪切破坏，破坏 面为十字板旋转所形成的 圆柱面。
十字板剪切试验
• 直接剪切试验与三轴压缩试验都是室内测 定土的抗剪强度的方法，这些试验方法都 要求事先取得原状土洋，但由于试样在采 取、运送、保存和制备过程中不可避免地 会受到扰动，土的含水量也难以保持天然 状态，特别是对于高灵敏度的粘性土，因 此，室内试验结果对土的实际情况的反映 就会受到不同程度的影响。
• 试验原理： 设土体剪切破坏时所施加的扭矩为M，则它应该 与剪切破坏圆柱面（包括侧面和上下面）上土 的抗剪强度所产生的抵抗力矩相等，即
D D2 D M DH v 2 H 2 4 3 1 1 2 D H v D 3 H 2 6
式中 M——剪切破坏时的扭矩，kN•m
• 预钻式旁压试验适用于粘性土、粉土、砂 土、碎石土、残积土、极软岩和软岩。 • 自钻式旁压试验适用于粘性土、粉土、砂 土，尤其适用于软土。
预钻式旁压仪
自钻式旁压仪
试验原理
• 旁压试验可理想化为圆柱孔穴扩张课题，为轴对 称平面应变问题。典型的旁压曲线(压力P-体积变 化量V曲线或压力p-测管水位下降值S)可分为三 段， • I段〔曲线AB):初步阶段，反映孔壁受扰动土的压 缩; • II段(直线BC):似弹性阶段，压力与体积变化量大 致成直线关系; • III段(曲线CD):塑性阶段，随着压力的增大，体积 变化量逐渐增加，最后急剧增大，达到破坏。
浅析十字板剪切试验数据整理及应用
浅析十字板剪切试验数据整理及应用摘要：十字板剪切试验在软土地基勘察中应用十分广泛，各个规范中对其数据整理及应用不尽相同，论文根据规范对数据的整理及应用进行了比较分析。
关键词：十字板剪切试验；软土；整理；应用1引言十字板剪切实验是用插入土中的标准十字板探头，以一定速率扭转，量测土破坏时的抵抗力矩，测定土的不排水剪强度和残余抗剪强度。
十字板剪切试验可用于测定饱和软黏性土的不排水抗剪强度和灵敏度。
所测得的抗剪强度值，相当于试验深度处天然土层在原位压力下固结的不排水抗剪强度。
十字板剪切试验不需要采取土样，避免了土样扰动及天然应力状态的改变，是一种有效的现场测定土的不排水强度试验方法。
十字板剪切试验因其构造简单，操作方便，广泛运用于软土地基现场原位测试中。
2数据整理2.1计算公式以开口钢环式十字板剪切试验为例，《工程地质手册》第五版中计算公式如下：C u=K·C（R y－R g）C u—土的不排水抗剪强度（kpa）C—钢环系数（kN/0.01mm）R y—原状土剪损时量表最大读数（0.01mm）R g—轴杆与土摩擦时量表最大读数（0.01mm）K—十字板常数（m－2）《土工试验方法标准》GB/T50123-2019，计算公式：C u=10K·C（R y－R g）C u—土的不排水抗剪强度（kpa）C—钢环系数（N/mm）R y—原状土剪损时量表最大读数（mm）R g—轴杆与土摩擦时量表最大读数（mm）K—十字板常数（cm－2）两者公式基本相同，但是各参数单位不同，计算时应注意单位换算。
2.2强度修正十字板剪切试验所测得的不排水抗剪强度峰值，一般认为是偏高的，土的长期强度只有峰值强度的60%~70%。
因此在工程中，需根据土质条件和当地经验对十字板测定的值作必要的修正，以供设计采用。
图1 修正系数《工程地质手册》第五版推荐了两种强度修正方法，其一为Daccal修正法，即根据图1中塑性指数I p获取修正系数，曲线1适用于液性指数I l＞1.1的土，曲线2适用于其他软土。
十字板剪切试验
5）板开支爪，顺时针转动摇把，使离合
齿吻合，再合上支爪；
6）套上传动部件，装上百分表并调零； 7）十字板头插入试验深度后，至少静止 2～3 min后，就可开始试验； 8）扭转剪切速率采用（10～20）/10s；每
转10测记一次百分表读数；出现峰值或稳定值 后，继续测记1min。 峰值或稳定值的百分表读数，即为原状土 剪切破坏时的εy。
钢环率定系数： C =
P
读数
读数
ε
对重塑土，也是一样的：
Cu' = KC (ε c − ε g )
对电测十字板剪切仪，无摩擦力，且扭 力臂R＝1cm，故有：
Cu = K ξε y
'
C = K ξε c
' u '
ξ=
P
ε
K =
'
2 D π D H (1 + ) 3H
2
灵敏度：
St = Cu / C
' u
4、试验步骤
1）开孔，压入Φ127套管至预定试验深度75cm或 套管直径的3～5倍以上处，并固定；清土； 2）连接十字板头、轴杆、钻杆，下入孔底； 3）接导向杆，穿入底座，并固定；接摇把，转 杆，使十字板头离合齿吻合；将十字板头压入至试验深 度； 4）逆时针徐徐转动摇把，上提导杆2～3cm，使离 合齿脱离；合上支爪（阻止钻杆下沉），快速转动摇把 十余圈（减少阻力）；
十字板剪切试验
• 试验目的:
了解十字板剪切试验设备及其试验步骤; 初步掌握试验资料的整理及成果的应用.
1、概述
该法是用于原位测定饱和软粘土的不 排水强度和残余强度的方法。 优点：更好地反映土的结构、构造； 反映土的天然应力及边界条件； 能反映土的强度随深度而：开口钢环式 轻便式 电测式 组成：十字板头（含上部轴杆连接部件）； 钻、导杆（轴杆、钻杆、套管） 施测扭力装置（传动部分：蜗轮、蜗 杆、齿轮导杆、开口钢环、转盘、底盘、固 定套；底座）
十字板剪切试验,软黏性土原位测试的方法之一
十字板剪切试验十字板剪切试验（VST）是用插入士中的标准十字板探头，以一定速率扭转，量测土破坏时的抵抗力矩，测定土的不排水剪的抗剪强度和残余抗剪强度。
十字板剪切试验可用于测定饱和软黏性土（φ≈0）的不排水抗剪强度和灵敏度。
所测得的抗剪强度值，相当于试验深度处天然土层在原位压力下固结的不排水抗剪强度。
十字板剪切试验不需要采取土样，避免了土样扰动及天然应力状态的改变，是一种有效的现场测定士的不排水强度试验方法。
一、十字板剪切试验的设备1、十字板剪切试验设备由十字板头、试验用探杆、贯人主机、测力计与记录仪等组成，一般分为以下两种形式：（1）机械式：开口钢环式十字板剪切仪，按轴杆与十字板头的连接方式有离合式和牙嵌式两种。
国内广泛采用离合式，离合式连接方式是利用一离合器装置，使轴杆与十字板头能够离合，以便分别作十字板总剪力试验和轴杆摩擦校正试验。
开口钢环测力装置 十字板头（2）电测式：电阻应变式十字板剪切仪，其十字板头可通过扭力传感器与探杆相连接。
扭力柱的上下端分别与十字板头和轴杆相连接。
扭力柱的外套筒主要用以保护传感器，它的上端丝扣与扭力柱接头用环氧树脂固定，下端呈自由状态，并用润滑防水剂保持它与扭力柱的良好接触。
这样，应用这种装置就可以通过电阻应变传感器直接测读十字板头所受的扭力，而不受轴杆摩擦、钻杆弯曲及坍孔等因素的影响，提高了测试精度。
电测式-十字板头结构示意图1—十字板；2—扭力柱；3—应变片；4—套筒；5—出线孔；2、十字板头的规格十字板头宜采用不锈钢整体制造，且板面粗糙度不大于6.3µm。
对于不同土类应选用不同尺寸的十字板头，在浅部软弱的淤泥、淤泥质黏性士、软黏士中一般选择75mm×150mm的十字板头较为合适，在稍硬士中可用50mm×100mm的十字板头。
十字板头规格表3、贯入主机机械式十字板剪切试验应使用钻机或其他成孔机械预先成孔；电测式十字板采用静力触探贯人主机将十字板头压人指定深度。
十字板剪切试验报告
十字板剪切试验１、１试验得目得及意义（１)测定原应力条件下软粘性土得不排水抗剪强度；(2)评定软粘性土得灵敏度；（3)计算地基得承载力；（4)判断软粘性土得固结历史。
1、2试验得适用范围原位测定饱水软粘土得抗剪强度，所测得得抗剪强度值,相当于试验深度处于天然土层,在原位压力下固结得不排水抗剪强度。
１、３试验得仪器设备本次实验采用得就是机械式十字板剪切仪(1）十字板头：矩形,高度为10公分，直径为5公分。
（2）轴杆:使用得轴杆直径为20mm，轴杆与十字板头连接得采用离合器装置,使轴杆与十字板头能够离合，以便分别作十字板总剪应力试验与轴杆摩擦校正试验。
(3）测力装置：采用开口钢环测力装置。
1、４实验原理十字板剪切试验得原理，即在钻孔某深度得软粘土中插入规定形状与尺寸得十字板头，施加扭转力矩，将土体剪切破坏,测定土体抵抗扭损得最大力矩,通过换算得到土体不排水抗剪强度值(假定）。
十字板头旋转过程中假定在土体产生一个高度为（十字板头得高度）、直径为（十字板头得直径）得圆柱状剪损面，并假定该剪损面得侧面与上、下底面上每一点土得抗剪强度都相等。
在剪损过程中土体产生得最大抵抗力矩由圆柱侧表面得抵抗力矩与圆柱上、下底面得抵抗力矩两部分组成,即.其中：式中对于普通十字板仪,上式中得值应等于试验测得得总力矩减去轴杆与土体间得摩擦力矩与仪器机械摩阻力矩，即式中杆脱离进行测定；与轴试验时通过使十字板仪力和仪器机械阻力，在—轴杆与土体间的摩擦—f代入得：上式右端第一个因子,对一定规格(与均为十字板几何尺寸）得十字板仪为一常数，称为十字板常数即则有即为十字板剪切试验换算土得抗剪强度得计算公式。
1、5执行技术标准根据《岩土工程勘察规范》（GB５0021—2０0９)，十字板剪切试验应满足以下主要技术要求:(1）钻孔十字板剪切试验时，十字板头插入孔底以下得深度不应小于3—5倍钻孔直径,以保证十字板头能在未扰动土中进行剪切试验.(2)十字板头插入土中试验深度后，应至少静止２-3分钟,方可开始剪切试验。
十字板剪切试验1
测定的结果为土的不排水抗剪强度（=0时
的C值），但实际测试中，已有部分排水， 所测Cu值偏大，应修正
• 5、剪应力的分布 • 土体扭剪破坏时，破坏面上剪应力的分布并不是
均匀的，剪应力近边缘处(水平面及垂直面上)均有 应力集中现象。Jackson(1969)提出，对计算抗剪 强度Cu的公式进行修正，表示为:
• 6、圆柱破坏面的形成 • Leblane(1975)通过室内十字板试验发现，抗剪强度峰
值发生在扭剪角不大时。随着扭剪角增大，强度降低，直 至达到残余强度为止。当扭剪角超过45度时，才发展成 完整的圆柱破坏面，而且剪切破坏面实际为带状，其直径 比十字板叶片直径大5%，这使计算所得抗剪强度值偏大。
• 7、触变效应 • Flaate(1966 )首先提出，试验前十字板头插
图中所示为板头侧面的 剪切阻力分布
Cv
CH
图中所示为在板头上、 下面的剪切阻力分布。
圆柱体侧面的抗扭矩为
：M1
DH
D 2
Cv
圆柱体底面的抗扭矩为 ：M2
4
D2 D C 3H
D3C
12
H
顶面的抗扭矩为： M 3
12
D3 D13
C H
D, H 为板头的直径和高度。
— 传感器率定系数（N cm/ 单位读数）;
Ry — 原状土剪损时表最大读数。
• 计算重塑土的抗剪强度Cu′
Cu' 10 K Re
Re — 重塑土剪坏时表的读数
• 计算土的灵敏度St
St
Cu Cu '
5.2 资料应用
• 国内外研究均表明，十字板剪切试验所测 得的抗剪强度值偏高;应用于实际工作时应 作修正。Bjerrum(1972）建议的修正式为:
十字板剪切试验实施细则
一、术语十字板剪切试验:用插入土中的标准十字板探头,以一定速率扭转,量测土破坏时的抵抗力矩,测定土的不排水抗剪强度的一种原位测试方法。
二、试验目的和适用范围十字板剪切试验可用于检测软粘土及其预压处理地基的不排水抗剪强度和灵敏度。
根据《建筑地基处理技术规范》5.4.2条第2款:“应对预压的地基土进行原位十字板剪切试验和室内土工试验。
必要时,尚应进行现场载荷试验,试验数量不应少于3点。
”三、试验设备十字板剪切仪根据其测力方式,主要分为机械式和电测式。
机械式十字板剪切仪是利用蜗轮旋转插入土层中的十字板头,由开口钢环测出抵抗力矩,计算土的抗剪强度。
电测式十字板剪切仪是通过在十字板头上连接一贴有电阻片的受扭力矩的传感器,用电阻应变仪测剪切扭力。
十字板剪切试验设备主要为压入主机、十字板头、扭力传感器、量测扭力仪表、施加扭力装置。
四、原理用插入软粘土的十字板头,以一定的速率旋转,将土体破坏,测出土的抵抗力矩,通过换算得到土体的抗剪强度,它相当于内摩擦角φu=0时的凝聚力值。
五、执行标准国家标准《岩土工程勘察规范》GB50021-2001;行业标准《建筑地基处理技术规范》JGJ 79-2002;广东省标准《建筑地基基础检测规范》DBJ15-60-2008。
六、操作步骤目前现场十字板剪切测试基本上采用电测十字板剪切仪,其操作步骤如下:1、试验前,十字板探头应连同量测仪器、电缆进行率定;2、十字板探头压入前,宜将探头的电缆线一次穿入需用的全部探杆;3、现场量测仪器应与率定探头时的量测仪器相同。
贯入前,应连接量测仪器对探头进行试力,检查探头是否能正常工作;4、将十字板头直接缓慢贯入至欲测深度处,使用旋转装置卡盘卡住探杆;至少应静止3min后,测读初始读数ε0或调整零位,方可开始正式试验;5、施加扭力,以6°~12°/min的转速旋转,每1°~2°测读数据一次.当出现峰值或稳定值后,再继续测读1min。
岩土工程测试第五章十字板剪切试验
α - 传感器的率定系数
由此 C u 就可 确定 出来。
二、试验的仪器设备 1. 2. 3. 4. 5. 6. 压入主机 十字板头 扭力传感器 量测扭力的仪表 施加扭力装置 其它（探杆等）
常用的十字板头为矩形，高径比(H/D)为2。 一般在 软粘土中，选择75mm×150mm的十字板头较为合适，在稍 硬土中，可用50mm×100mm的十字板头。 使用的轴杆直径为20mm。对于普通十字板仪，轴杆与 十字板头的连接方式，有国内广泛使用的离合式和套筒式。 测力装置有开口钢环测力装置和电阻应变式测力装置。 电测式十字板剪切仪与钢环式的主要区别在于，其测 力设备不用钢环，而是在十字板头上方连接贴有电阻应变 片的受扭力柱的传感器。在地面上用电子仪器直接测十字 扳头的剪切扭力，可不必进行探杆及轴杆的摩擦校正。因 此，电测式十字板剪切仪操作简单、试验成果比较稳定， 因而应用广泛。
3、计算土的灵敏度St
St Cu Cu'
十字板剪切试验记录表
原状土 重塑土 转角 灵敏度 St （度） 应变仪读数 剪应力（kPa） 应变仪读数 剪应力（kPa） 5 10 15 20 25 10 22 47 74 101 14.0 30.8 65.8 20 25 32 36 35
103.6
141.4 151.2 141.4 134.4
第三节
一、试验的技术要求
试验方法及技术要求
根据《岩土工程勘察规范》（GB50021－2001），十字板 试验应满足以下主要技术要求： 钻孔十字板剪切试验时，十字板头插入孔底以下的深度不 应小于3～5倍钻孔直径，以保证十字板能在未扰动土中进行剪 切试验。 一般，在同一孔内进行不同深度点的剪切试验时，试验间 距不小于0.75～1.0m。 为保证十字极头旋转时不发生摆动，试验所用探杆必须平 直，前5m的探杆要求更高些。对钢环式十字板试验，探杆上应 装导轮，在上、下部各装一导轮，试验深度较大时，导轮间距 不宜大于10m。
十字板剪切试验计算
十字板剪切试验试验目的：1、掌握十字板剪切试验的工作原理；2、掌握十字板剪切试验的实用方法及注意事项；3、试验数据的处理。
一、十字板剪切试验的基本原理十字板剪切试验包括钻孔十字班剪切试验和贯入电测十字板剪切试验，其基本原理都是：施加一定的扭转力矩，将土体剪坏，测定土体对抗扭剪的最大力矩，通过换算得到土体抗剪强度值(假定a=0)。
假设土体是各向同性介质，即水平面的不排水抗剪强度(Cu)h与垂直面上的不排水抗剪强度(Cu)v相同：(Cu)v=(Cu)h。
旋转十字板头时，在土体中形成一个直径为D，高为H的圆柱剪切破坏面。
由于假设土体是各向同性的，因此该圆柱剪损面的侧表面及顶底面上各点的抗剪强度相等，则旋转过程中，土体产生的最大抗扭矩M 由圆柱侧表面的抵抗扭矩。
二、十字板剪切试验的基本技术要求(1)十字板尺寸：常用的十字板尺寸十字板尺寸表8-33 为矩形，高径比(H/D为2)。
国外使Array用的十字板尺寸与国内常用的十字板尺寸不同，见表8-33。
(2)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。
(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。