八、十字板剪切试验

八、十字板剪切试验
1. 试验的目的及意义
通过十字板剪切试验，了解电测十字板的构造，掌握试验的操作步骤及技术要求，采用实验数据得到原状土和重塑土的不排水抗剪强度u C 和'u C ，并计算地基土的灵敏度t S 。

2. 试验的适用范围
十字板剪切试验只适用于测定饱和软粘性土的抗剪强度，对于具有薄层粉砂、粉土夹层的软粘性土定结果往往偏大,而且成果比较分敢;它对于含有砂层、砾石、贝壳、树根及其他未分解有机质的土层是不适用的。

3. 试验的基本原理
在钻孔中某深度的软粘土中插入规定形状和尺寸的十字板头，施加扭转力矩，将土体剪切破坏，测定土体抵抗扭损的最大力矩，根据力矩平衡条件，通过换算得到土体不排水抗剪强度Cu 值(假定φ=0)。

十字板头旋转过程中假设在土体中产生—个高度为H(十字板的高度)、直径为D(十字板头的直径)的圆柱状剪损面，如右图；并假定该剪损面的侧面和上、下底面上土的抗剪强度都相等。

在剪损过程中，土体产生的最大抵抗力矩M 由圆柱侧表面的抵抗力矩M1和圆柱上下面的抵抗力矩M2两部分组成。

即M ＝M1十M2。

其中：
式中，
u
C —— 十字板抗剪强度；
D —— 十字板头直径； H —— 十字板头高度。

4.试验仪器及制样工具
十字板剪切试验所需仪器设备包括：十字板头、钻杆、贯入系统以及测力与记录等试验仪器。

实习中采用的设备如下：
十字板头：矩形，高度为10公分，直径为5公分，高径比为2。

贯入系统：手摇链条式贯入机。

测力装置：电阻应变式扭力传感器（试验前需率定）。

记录仪：与电阻应变式测力装置配套的记录仪（LMC-D310型）。

5.试验步骤
第一部分，准备工作：
（1）、安装手摇链条式贯入机。

（2）、将电测式扭力传感器安装在钻杆上，将连接导线依次穿入空心钻杆，钻杆排放整齐备用。

（3）、将带有扭力传感器的转杆安装在贯入机架上，然后将十字板头和扭力传感器相连接，穿过贯入机架的定位孔。

第二部分，试验阶段：
（1）、将传压板安装于链条和钻杆上的固定销之间，转动贯入手轮将十字板头徐徐压入土中，贯入深度可通过钻杆的数量和贯入机架上的刻度来计算。

（2）、贯入至试验深度后即可开始十字板剪切试验，缓缓旋转剪切手轮，通过抱箍带动
钻杆及十字板头同步旋转，试验时转速一般为每十秒一度。

（3）、记录仪同时记录十字板头所受的扭力，当扭力数值不再增大或开始减小时表示土体已经被减损，峰值或稳定值作为原状土剪切破坏时的读数。

（4）、松开钻杆夹具，用扳手或管钳快速将转杆顺时针旋转6圈，使十字板头周围的土充分扰动后，立即拧紧转杆夹具。

（5）、等待大约15分钟后，按上述步骤测记重塑土剪切破坏时的读数。

（6）、按照需要进行下一深度的试验，直至试验结束。

第三部分，拆卸工作：
（1）、利用贯入装置，将钻杆拔出。

（2）、取出十字板头，清洗，存放。

（3）、拆卸装置。

6. 试验数据
7. 试验数据处理
（1）、原状土不排水抗剪强度
u
C
根据应变仪记录的应变量，计算强度。

计算公式为：
=R ⋅f f C P =R ⋅f f C
()=-u f c k p f
其中，-2
436.54m =0.0143kgf/mm ，=K C
K ——板头常数-2
m
C ——钢环系数kgf/mm
y R ——钢环应变量mm
计算结果如附表所示。

（2）、重塑土不排水抗剪强度
'
u C
与原状土强度计算方法相同，计算结果见附表。

（3）、地基土的灵敏度
t
S
'u
t u C S C =
ZK1灵敏度：
334==1.85'181
=
u t u C S C ZK2灵敏度：
259==1.69'153
=
u t u C S C 8. 试验成果分析及工程应用
（1） 评定软土地基承载力
承载力的计算主要取决于土的不排水抗剪强度。

如中国建筑科学研究院的经验：
式中，fk ——地基承载力标准值；
γ——土的重度； h ——基础埋置深度。

（2） 估算单桩极限承载力
桩侧极限摩阻力pf ，可按下式估计：pf ＝α*cu 式中α为折减系数．根据下列条件取值： 当cu ≤ 25kPa 时，α＝1.0； 当cu ≥ 75kPa 时，α＝0.5；
当25kPa<cu ＜75kPa 时，α在0.5~1.0之间线性插值。

桩端极限端承力pb 近似取为：pb ＝9cu+γh ；
h
c 2f u k γ+=（使用值）
根据这两式，可估算单桩的极限承载力。

（3） 评价地基土的原位状态
灵敏度对工程设计与施工工艺的确定是起很大作用的。

在十字板试验中可以很方便的测定出来。

在测定原状土的天然强度之后，将十字板旋转6圈，然后重复进行试验，又测得扰动土的强度，二者的比值即为灵敏度St ，即
中国的淤泥及淤泥质粘土的灵敏度大多为10左右；国外有些软粘土的灵敏度可高达几百甚至一千多。

在借鉴国外资料时，要注意土性的差异程度。

（4） 确定地基土强度的变化规律
在快速堆载条件下，由于土中孔隙水压力升高，软弱地基的强度会降低。

但是，经过一定时间的排水，强度又会恢复，并且将随土的固结而逐渐增长。

若采用十字板剪力仪测定地基强度的这种变化情况，可以很方便地为控制施工加荷速率提供依据。

u
u
t c c S '=。