十字板剪切试验报告

十字板剪切试验

1.1试验的目的及意义

（1）测定原应力条件下软粘性土的不排水抗剪强度；

（2）评定软粘性土的灵敏度；

（3）计算地基的承载力；

（4）判断软粘性土的固结历史。

1.2试验的适用范围

原位测定饱水软粘土的抗剪强度，所测得的抗剪强度值，相当于试验深度处于天然土层，在原位压力下固结的不排水抗剪强度。

1.3试验的仪器设备

本次实验采用的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：使用的轴杆直径为20mm，轴杆与十字板头连接的采用离合器装置，使轴杆和十字板头能够离合，以便分别作十字板总剪应力试验和轴杆摩擦校正试验。

（3）测力装置：采用开口钢环测力装置。

1.4实验原理

十字板剪切试验的原理，即在钻孔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，通过换算得到土体不排水抗剪强度u c 值（假定0≈ϕ）。十字板头旋转过程中假定在土体产生一个高度为H （十字板头的高度）、直径为D （十字板头的直径）的圆柱状剪损面，并假定该剪损面的侧面和上、下底面上每一点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1M 和圆柱上、下底面的抵抗力矩2M 两部分组成，即21M M M +=。其中：

2

1D

DH c M u ⨯

=π3

226

1

232412D c D D c M u u ππ=⨯⨯⨯=)3

(2161223H D

D c D c D DH c M u u u +=+⨯

=πππ

式中 —十字板抗剪强度；—u c —十字板头直径；—D —十字板头高度。—H

对于普通十字板仪，上式中的M 值应等于试验测得的总力矩减去轴杆与土体间的摩擦力矩和仪器机械摩阻力矩，即

R

f p M f ）（-=

式中 剪损土体的总作用力；——f p

—施力转盘半径。—R 代入得：

上式右端第一个因子，对一定规格（D 和H 均为十字板几何尺寸）的十字板仪为一常数，称为十字板常数k 即

）（H D D M

c u +=

3

22π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 )

()3

(22f p H D D R

c f u -+=

π)

3

(22H D

D R

k +=

π

则有

)

(f p k c f

u -=

即为十字板剪切试验换算土的抗剪强度的计算公式。 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的深度不应小于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。

扭剪速率也应该很好控制。剪切速率过慢，由于排水导致强度增长。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。扭剪速率宜采用（1°-2°）/10s ，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1分钟，以便确认峰值或稳定扭矩。

（3）在峰值强度或稳定值测定完毕后，如需要测试扰动土的不

排水抗剪强度，或计算土的灵敏度，则需用管钳夹紧试验探杆顺时针方向连续转动6圈，使十字板头周围土体充分扰动，然后测定重塑土的不排水抗剪强度。

（4）对于机械式十字板剪切仪，应进行轴杆与土体之间摩擦阻力影响的修正，对于电测式十字板剪切仪，不需要进行此项修正。

1.6试验的操作步骤和注意事项

在试验前，应对机械式十字板剪切仪的开口钢环测力计进行标定。

当用机械式十字板剪切仪于现场测定饱和软粘性土的不排水抗剪强度和残余强度等的基本方法和要求如下：

（1）将十字板头、离合器、导轮、试验钻杆等逐节拧紧接好下入孔内至十字板与孔底接触。各杆件要直，各接头必须拧紧，以减少不必要的扭力损耗。

（2）接导管，安装底座，并使其固定在套管。然后将十字板徐徐压入土中至预定试验深度，并应静止2-3分钟。

（3）用摇把套在导杆上向右转动，使十字板离合齿啮合。（4）安装传动部件，转动底盘使固定套锁定在底座上，再微动手柄使特制键落入键槽内，记录好角位移的初始读数，装上百分表并调至零位。

（5）按顺时针方向徐徐转动扭力装置上的旋转手柄，转速约为1°/10s。十字板头每转1°测记钢环变形读数一次，直至读数不再增大或开始减小时，即表示土体已被剪损，记录下此时百分表的最大读数yε。

（6）拔下连接导管和测力装置的特制键，套上摇把，连续转动导杆、轴杆和十字板头6转，使土完全扰动，再按照步骤5以同样的剪切速率进行试验，记录下此时百分表的最大读数cε。（7）拔下控制轴杆与十字板头连接的特制键，将十字板轴杆向上提3-5cm，使连接轴杆与十字板头的离合器处于离开状态，然后扔按照步骤5，记录此时百分表的最大读数gε。

1.7试验数据

9 37

0.529 0.336

147

分钟 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

钢环应变 2 4 5 5.5 6.5 8 9 9

9.

5 11 12 12.5 12.5 13

13.5 13

.5 螺旋干 摩擦阻力

0.03 0.06 0.07 0.08 0.09 0.11 0.13 0.13 0.14 0.16 0.17 0.18 0.18 0.19 0.19 0.

19

其中 1螺旋干摩擦阻力等于钢环应变乘以0.0143

2修正剪力（）等于钢环应变乘以0.0143(刚环系数)再

减去0.19305(最大摩擦阻力)

3内聚力等于修正剪力乘以0.0436(十字板常数)再乘以

10(常数c)

1.8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-2m C ——钢环系数kgf/mm

y

R ——钢环应变量mm