十字板剪切试验
岩土工程测试第六章十字板剪切试验
对于自钻式电测十字板剪切仪．可以采用静力触探的贯入 机具将十字板头压入到试验深度，则不存在下套管和钻孔护 壁问题。 电测式十字板剪切仪在进行重塑土剪切试验时也存在问题。 按《岩土工程勘察规范》（GB50021－2001）的技术要求， 在原状土峰值强度测试完毕后，应连续转动6圈，使十字板 头周围土体充分扰动。但由于电测法中电缆的存在，当探杆、 扭力柱与十字板头一起连续转动时，电缆的缠绕，甚至接头 处被扭断，使该项技术要求难以很好地执行。
五、十字板剪切试验的应用
测定原位应力条件下软粘土的不排水抗剪强度；
评定软粘性土的灵敏度； 计算地基的承载力； 判断软粘土的固结历史。
第二节 试验的原理与仪器设备
一、试验基本原理 十字板剪切试验的原理表述： 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
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：
D
H
D 1 M 1 cuDH cuD 2 H 2 2
1 2 D 1 2 M 2 2cu πD cu πD 3 4 3 2 6
1 D M M 1 M 2 cuD 2 H 2 3
2M cu 则 2 D D ( H ) 3 式中，cu—— 十字板抗剪强度； D—— 十字板头直径； H—— 十字板头高度。
（1）普通十字板仪 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：
M ( p f f )R
pf——剪损土体的总作用力； f——轴杆与土体间的摩擦力和仪器机械阻力，试验时通 过使十字板仪与轴杆脱离进行测定； R——施力转盘半径。 将上式代入cu表达式，得：
十字板剪切试验方案
十字板剪切试验方案
一、试验目的
十字板剪切试验是为了测定土壤的抗剪强度，评估土壤在承受剪切力作用下的稳定性。
这对于地基设计、边坡稳定分析以及土壤加固等领域具有重要的意义。
二、试验原理
十字板剪切试验基于库仑定理，即剪切力与剪切位移之间的关系。
试验时，将十字板插入土壤中，施加垂直荷载，使十字板与土壤产生相对运动，从而使土壤发生剪切变形。
在试验过程中，测量剪切力和位移数据，计算出土壤的抗剪强度参数。
三、试验设备
1.十字板：通常为钢板制成，形状如十字，插入土壤中以产生剪切力。
2.千斤顶：用于施加垂直荷载，使十字板插入或拔出土壤。
3.位移计：测量十字板的剪切位移。
4.加载装置：包括压力传感器和测力计，用于测量施加在十字板上的力。
5.稳压电源及控制单元：用于提供电源和控制加载速率。
四、试验步骤
1.选择试验场地，清理表面杂物，平整地面。
2.将十字板插入土壤中，确保其稳定不动。
3.将千斤顶置于十字板上方，通过压力传感器和测力计测量施加
的垂直荷载。
4.启动稳压电源及控制单元，以恒定的速率增加垂直荷载，使十字板发生剪切位移。
5.记录试验过程中的剪切力和位移数据。
6.试验结束后，将十字板拔出，清理现场。
7.根据记录的数据，计算土壤的抗剪强度参数。
五、注意事项
1.在试验过程中，应确保十字板垂直，避免倾斜或晃动。
2.施加垂直荷载时应保持匀速，避免突然加速或减速。
3.在试验过程中，应注意观察土体的变形情况，如发现异常应立即停止试验。
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，uC —— 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。
十字板剪切试验
十字板剪切试验简介十字板剪切试验是一种常用的材料试验方法，主要用于评估材料的剪切性能。
该试验通过施加剪切力，在材料断裂前后测量其剪切应变和剪切应力，从而得出材料的剪切模量、极限剪切强度等参数。
本文将介绍十字板剪切试验的原理、实施步骤和数据分析方法。
原理十字板剪切试验使用一种称为十字板（shear test fixture）的装置来施加剪切力。
该装置通常包括一对夹具，材料被夹在夹具之间，施加的力使材料发生剪切变形。
通过在剪切试验中测量应变和应力，可以推导出材料的力学性能。
实施步骤1.样品准备：首先，准备试样，根据需要的尺寸和形状进行切割或制备。
2.安装样品：将试样夹在十字板装置的夹具之间，确保夹具均匀施加力。
3.施加力：通过机械装置或手动操作，在试样上施加剪切力，并同时记录施加的力大小。
4.测量应变和应力：使用应变计等传感器测量试样的应变，同时测量力的大小以计算应力。
5.记录数据：在试验过程中，要定期记录应变、应力和时间，以便后续分析。
6.分析数据：使用得到的数据，计算剪切模量、极限剪切强度等参数，评估材料的剪切性能。
数据分析方法在十字板剪切试验中，常用的数据分析方法包括：1.计算剪切模量：通过斜率方法或应变能方法计算材料的剪切模量。
2.确定极限剪切强度：在应力-应变曲线上找到最高点，即可确定材料的极限剪切强度。
3.绘制剪切应力-应变曲线：将应力与应变的关系绘制成曲线，直观展示材料的剪切性能。
结论通过十字板剪切试验，可以全面评估材料的剪切性能，为工程设计和材料选择提供重要参考。
本文介绍了十字板剪切试验的原理、实施步骤和数据分析方法，希望可以帮助读者更加深入了解这一常用的材料试验方法。
十字板剪切试验
十字板剪切试验十字板剪切试验定义和适用范围十字板剪切试验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换算其抗剪强度它相当于摩擦角时的粘聚力值十字板剪切试验按力的传递方式分为电测式和机械式两类本规程适用于原位测定饱和软粘土的不排水总强度和灵敏度引用标准现场十字板剪切仪土工仪器的基本参数及通用技术条件第二篇原位测试仪器电测式十字板剪切试验仪器设备压入主机应能将十字板头垂直压入土中可采用触探主机或其它压入设备十字板头基本参数应符合表的规定其机械和材料要求应符合该标准和的规定扭力量测仪表传感器和量测仪表应符合表及和的规定扭力装置由蜗轮蜗杆变速齿轮钻杆夹具和手柄组成其他钻杆水平尺管钳等仪器设备的检定和校准测力传感器通过施加扭矩的圆盘和误差不大于的专用砖码参照负荷传感器试行检定规程的方法进行检定其结果应满足本规程的要求操作步骤在试验点两旁将地锚旋入土中安装和固定压入主机用分度值为的水平尺校平并安装好施加扭力的装置将十字板头接在扭力传感器上并拧紧把穿好电缆的钻杆插入扭力装置的钻杆夹具孔内将传感器的电缆插头与穿过钻杆的电缆插座连接并进行防水处理接通量测仪表然后拧紧钻杆钻杆应平直接头要拧紧宜在十字板以上的钻杆接头处加扩孔器将十字板头压入土中预定的试验深度后调整机架使钻杆位于机架面板导孔中心拧紧扭力装置上的钻杆夹具并将量测仪表调零或读取初读数顺时针方向转动扭力装置上的手摇柄当量测仪表读数开始增大时即开动秒表以的速率旋转钻杆每转测记读数次应在内测得峰值当读数出现峰值或稳定值后再继续旋转测记峰值或稳定值作为原状土剪切破坏时的读数松开钻杆夹具用板手或管钳快速将钻杆顺时针方向旋转圈使十字板头周围的土充分扰动后立即拧紧钻杆夹具按本规程的规定测记重塑土剪切破坏时的读数重塑土的抗剪强度试验视工程需要而定一般情况下可酌情减少试验次数如需继续进行试验可松开钻杆夹具将十字板头压至下一个试验深度按本规程至的规定进行全孔试验完毕后逐节提取钻杆和十字板头清洗干净检查各部件完好程度计算和制图按下列公式计算十式中原状土抗剪强度重塑土抗剪强度十字板头直径十字板头高度传感器率定系数原状土剪切破坏时的读数图抗剪强度随深度变化曲线原状土扰动土重塑土剪切破坏时的读数与十字板头尺寸有关的常数单位换算系数图抗剪强度与转角关系曲线原状土扰动土按式计算土的灵敏度绘制抗剪强度值随深度变化曲线如图所示必要时绘制各试验点的抗剪强度与转动角的关系曲线如图所示记录本?匝榧锹几袷饺绫砘凳绞职寮羟惺匝橥蓟凳绞职寮羟幸鞘疽馔际忠” 萋治下挚诟只返几颂刂萍潭辛勘碇ё 谷ζ矫娴优趟糁岬鬃潭ㄌ缀嵯平糁?a name=baidusnap1>导轮仪器设备机械式十字板剪切仪采用标准由十字板头钻杆和扭力装置组成如图十字板头基本参数机械和材料要求应符合本规程的规定连接形式有离合式和牙嵌式如图钻杆应符合标准的规定扭力装置由开口钢环刻度盘旋转手柄等组成量程和准确度应符合表的规定仪器设备的检定和校准开口钢环应参照标准测力仪检定规程进行检定图十字板头离合器示意图离合式牙嵌式钻杆导轮轴杆离合器十字板头操作步骤在试验地点按钻探深度将套管下至欲测试深度以上倍套管直径处用木套管夹或链条钳将套管固定以防套管下沉或扭力过大时套管发生反向旋转清除孔内残土为避免试验土层受扰动一般使用有孔螺旋钻清孔将十字板头轴杆钻杆逐节接好用管钳拧紧然后下放孔内至十字板头与孔底接触接上导杆将底座穿过导杆固定在套管上用制紧螺丝拧紧然后将十字板头徐徐压至试验深度当试验深度处为较硬夹层时应穿过夹层进行试验套上传动部件转动底板使导杆键槽与钢环固定夹键槽对正用锁紧螺丝将固定套与底座锁紧再转动手摇柄使特制键自由落入键槽将指针对准任何一整数刻度装上百分表并调至零位试验开始以的转速转动手摇柄同时开动秒表每转测记百分表读数次当读数出现峰值或稳定值后再继续旋转测读其峰值读数或稳定值读数即为原状土剪切破坏时量表最大读数拨出特制键在导杆上端装上旋转手柄顺时针方向转动圈使十字板头周围土充分扰动取下旋转手柄然后插上特制键按本规程的规定测记重塑土剪切破坏时量表最大读数重塑土的抗剪强度试验视工程需要而定一般情况下可酌情减少试验次数对于离合式十字板头拨下特制键上提导杆使离合齿脱离再插上特制键匀速转动手摇柄测记轴杆与土摩擦的量表稳定读数对于牙嵌式十字板头逆时针快速转动手柄余圈使轴杆与十字板头脱离再顺时针方向匀速转动手柄测记轴杆与土摩擦时的量表读数试验完毕卸下转动部件和底座在导杆孔中插入吊钩逐节提取钻杆和十字板头清洗十字板头检查螺丝是否松动轴杆是否弯曲水上进行十字板试验当孔底土质软时为防止套管在试验过程中下沉应采用套管控制器计算和制图按下列公式计算十字板剪切强度式中轴杆和钻杆与土摩擦时的量表最大读数率定时的力臂长钢环系数与十字板头尺寸有关的常数其他符号见本规程式土的灵敏度的计算见本规程式制图应按本规程的规定进行记录本试验记录格式如表表十字板剪切试验记录表工程名称试验地点试验孔号试验日期试验者记录者校核者孔口标高试验深度稳定水位十字板规格钢环传感器编号率定系数序号原状土重塑土轴杆百分表读数应变仪读数抗剪强度百分表读数应变仪读数抗剪强度百分表读数备注。
十字板剪切试验
十字板剪切试验1.适用范围十字板剪切试验可用于检测软黏性土及其预压处理地基的不排水抗剪度和灵敏度。
2.仪器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试。
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。
电测试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。
3.十字板形状宜为矩形，宽高比1:2，板厚宜为2-3mm；其规格宜为表的规格5.十字板剪切仪的性能指标应符合下列规定:(1)实验前，十字板探头应连同量测仪器，电缆进行率定，室内探头率定测力传感器的非线性误差，重复性误差，滞后误差，归零误差均应小于1%FS，现场归零误差应小于3%，温度漂移应小于0.01%FS/℃，绝缘电阻不小于500MΩ。
(2)十字板剪切仪的测量精度应达到1kPa.(3)仪器应能在温度-10-45℃的环境中工作。
5.1十字板剪切试验的测量仪器宜采用专用的试验记录仪。
5.2十字板剪切试验的信号传输线应采用屏蔽电缆。
5.3触探管应顺直，每节触探杆相对弯曲宜小于0.5%，丝扣完好无裂纹。
6.现场检测平整场地和安装仪器设备应符合下列规定：1.检测孔应避开地下电缆，管线及其他地下设施；2.当检测附近处地面不平时，应平整场地；3.设备安装应平稳。
6.1机械式十字板剪切仪试验操作应符合下列规定：1.利用钻孔辅助设备成孔，将套管下至预测深度以上3-5倍套管直径处，并清除孔内残土。
2.将十字板头，轴杆与探杆逐节连接并拧紧，然后放下孔内至十字板头与孔底接触。
3.接上导杆，将底座插过导杆固定在套管上，用制紧螺钉拧紧，然后将十字板头压入土内预测深度处；当试验深度处为较硬层时，应穿过该层在进行试验。
十字板插入至试验深度后，至少应静止3min，方可开始试验。
4.先提升导杆2-3mm，使离合器脱离，用旋转手柄快速旋转导杆十余圈，使轴杆摩擦减至最低值，然后在合上离合器。
十字板剪切试验原理及技术讲义
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。
秒使摇柄转动一圈，每转动一圈测记应变读 数一次。 ) 5. 测量扭矩直至峰值出现 6. 松动钻杆 7. 完全扰动测试土体，重复2-5测量扰动土的剪 切强度。
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。
四、测试步骤
（一）扭力传感器率定
将板头与传感器连接， 拧紧后，把板头插入率 定仪的规定座内；
逐级施加扭矩，并记录 仪表的读数，直到传感 器的最大容许扭矩；
绘制扭矩与读数的关系 曲线，确定传感器的率 定系数。
M P
（二）现场十字板剪切测试
1. 平整场地，安装机架，并固定 2. 把板头压至测试深度 3. 卡住钻杆，并调零 4. 转动手柄，旋转钻杆，使板头产生扭矩(每10
Cu 10 K Ry K 0.00218cm3 64.11N cm / 单位读数
十字板剪切试验记录表
转角
原状土
重塑土
灵敏度
（度） 应变仪读数 剪应力（kPa） 应变仪读数 剪应力（kPa） St
5
10
14.0
20
28.0
10
22
30.8
25
35.0
15
47
65.8
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：21DDH c M u ⨯=π32261232412D c D D c M u u ππ=⨯⨯⨯=)3(2161223H DD 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Rf 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 Mc u +=322π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 Rc f u -+=π)3(22H DD Rk +=π则有)(f p k c fu -=即为十字板剪切试验换算土的抗剪强度的计算公式。
十字板
第四节十字板剪切试验十字板剪切试验是将插入软土中的十字扳头，以一定的速率旋转，在土层中形成圆柱形的破坏面，测出土的抵抗力矩，从而换算其土的抗剪强度。
十字板剪切试验可用于原位测定饱和软粘土(φb=0)的不排水抗剪强度和估算软粘土的灵敏度。
试验深度一般不超过30m。
为测定软粘土不排水抗剪强度随深度的变化，十字板剪切试验的布置，对均质土试验点竖向间距可取1m，对非均质或夹薄层粉细砂的软粘性土，宜先作静力触探，结合土层变化，选择软粘土进行试验。
一、试验仪器和设备目前我国使用的十字板有机械式和电测式两种。
机械十字板每作一次剪切试验要清孔，费工费时，工效较低；电测十字板克服了机械式十字板的缺点，工效高，测试精度较高。
机械式十字板力的传递和计量均依靠机械的能力，需配备钻孔设备，成孔后下放十字板进行试验。
电测式十字板是用传感器将土抗剪破坏时力矩大小转变成电信号，并用仪器量测出来，常用的为轻便式十字板、静力触探两用，不用钻孔设备。
试验时直接将十字板头以静力压入土层中，测试完后，再将十字板压入下一层上继续试验，实现连续贯入，可比机械式十字板测试效率提高5倍以上。
见图4﹣12。
试验仪器主要由下列四部分组成： 1.测力装置。
开口钢环式测力装置。
2.十字板头。
国内外多采用矩形十字板头，径高比为1:2的标准型。
板厚宜为2～3mm。
常用的规格有50mm×100mm和75mm×l50mm两种。
前者适用于稍硬粘性土。
图4﹣13为十字板头。
3.轴杆。
一般使用的轴杆直径为20mm。
4.设备。
设备主要有钻机、秒表及百分表等。
二、试验要求及试验要点（一）试验的—般要求为：1.钻孔要求平直，不弯曲，应配用Φ33mm和Φ42mm专用十字板试验探杆。
2.钻孔要求垂直。
3.钢环最大允许力矩80kN·m。
4.钢环半年率定一次或每项工程进行前率定。
率定时应逐级加荷和卸荷，测记相应的钢环变形。
至少重复3次,以3次量表读数的平均值(差值不超过0.005 mm)。
4.4 十字板剪切试验
28.0
25
35.0
32
44.8
36
50.4
35
49.0
35
49.0
35
49.0
35
49.0
35
49.0
灵敏度 St
3.0
St
Cu Cu
绘制抗剪强度与转角的关系曲线
绘制抗剪强度与深度的 关系曲线
5.试验成果应用
一、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：
二、十字板剪切试验的分类
（1）根据十字板仪的不同，十字板剪切试验可分为普通十字板和电测 十字板； （2）根据贯入方式的不同，又可分为预钻孔十字板剪切试验和自钻式 十字板剪切试验。 （3）从技术发展和使用方便的角度，自钻式电测十字板仪具有明显的 优势。
三、优缺点及适用性
适用土性：被沿海软土地区广泛使用，适用于均质饱和软粘土。 优点：（1）不用取样，特别是对难以取样的灵敏度高的粘性土， 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；
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。 ➢ 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。
65.8
32
44.8
20
74
103.6
36
50.4
25
101
141.4
35
49.0
30
108
151.2
35
十字板剪切试验原理
十字板剪切试验原理引言：十字板剪切试验是一种常用的材料力学试验方法，用于研究材料的剪切性能。
本文将介绍十字板剪切试验的原理及其应用。
一、试验原理：十字板剪切试验是通过施加垂直于材料平面的剪切力，使材料发生切变变形，从而研究材料的剪切性能。
试验中，使用一个十字形的剪切刀具，将材料夹持在两个平行的板之间。
施加剪切力后，通过测量材料的切变角度和剪切力，可以得到材料的剪切应力和剪切模量等力学参数。
二、试验步骤：1. 准备工作：选择适当的试样和试验设备，保证试样的尺寸和形状符合标准要求。
2. 固定试样：将试样夹持在十字板的两个平行板之间，确保试样处于水平位置。
3. 施加剪切力：通过旋转刀具，施加垂直于材料平面的剪切力，使试样发生剪切变形。
4. 测量变形：使用测量仪器，测量试样在剪切过程中的变形情况，包括切变角度、剪切力等。
5. 数据处理：根据测量数据，计算材料的剪切应力、剪切模量等力学参数。
三、应用领域：十字板剪切试验广泛应用于材料力学研究和工程实践中。
主要应用于以下几个方面：1. 材料性能研究：十字板剪切试验可以用于研究材料的剪切性能，如剪切应力-应变曲线、剪切强度等参数的测定。
2. 材料比较：通过对不同材料进行十字板剪切试验，可以比较不同材料的剪切性能，评估其适用性和优劣。
3. 材料改性：通过十字板剪切试验，可以评估材料在不同条件下的剪切性能，有助于材料的改性和优化设计。
4. 工程应用：十字板剪切试验可以用于评估工程材料的剪切强度，为工程设计提供参考依据。
四、试验注意事项：1. 选择合适的试样形状和尺寸，确保试样在剪切过程中不会发生破坏。
2. 试验过程中要注意保持试样的水平位置，避免外界因素对试验结果的影响。
3. 试验前需要对试验设备进行校准，确保测量结果的准确性。
4. 试验过程中要注意安全操作，避免发生意外事故。
结论：十字板剪切试验是一种常用的材料力学试验方法，通过施加垂直于材料平面的剪切力，研究材料的剪切性能。
十字板剪切试验
2023-11-05
目录
• 试验目的 • 试验原理 • 试验设备与材料 • 试验结果分析 • 试验方法改进和建议 • 相关文献和参考文献
01
试验目的
定义和概念
• 十字板剪切试验是一种用于测定土壤或岩石的抗剪强度指标 的试验方法。其基本原理是通过施加垂直荷载，使试样在十 字板上发生剪切位移，从而测定试样的剪切强度和摩擦系数 等抗剪参数。
使用高精度测量设备
采用高精度的测量设备，如激光测距仪、高精度压力传感器等， 以提高试验数据的精度。
严格控制环境条件
在试验过程中，应严格控制环境条件，如温度、湿度等，以确保 试验结果的准确性。
定期校准设备
对试验设备进行定期校准，确保设备的准确性和稳定性，从而提 高试验数据的精度。
试样制备的改进方法
采用标准化的试样制备方法
结果应用
将试验结果与实际工程设计相结合，为结构设计提供参考，提高结构的稳定 性和安全性。
试验结论和讨论
试验结论
根据试验结果分析，得出十字板剪切试验的结论，总结试验的成功与不足之处。
讨论
对试验结果进行讨论，分析误差来源、影响因素和改进方向，提出进一步完善的 建议。
05
试验方法改进和建议
提高试验精度的措施
加强操作人员的培训
对操作人员进行专业培训，提高其技能和操作水平，降低人为 误差。
采用自动化操作系统
尽可能采用自动化操作系统，以减少人为干扰和误差，提高试 验数据的准确性。
06
相关文献和参考文献
相关文献
文永奎, 赵文杰, 王清洲, 等. 十字板剪切试验在土壤工程中的应用研究. 水利水电科技进展, 2005, 25(3): 39-42.
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
十字板剪切试验引言十字板剪切试验是一种常用的力学测试方法，用于评估材料的剪切强度和剪切模量。
该试验通常在材料力学性能测试中广泛应用，包括金属、塑料、木材等各种材料。
本文将介绍十字板剪切试验的基本原理、试验设备和操作步骤，并解读试验结果的意义。
基本原理十字板剪切试验是通过施加垂直于十字板上方的剪切力来测试材料的强度和刚度。
该试验基于以下原理： - 剪切力的作用：垂直于十字板剪切面的剪切力会导致材料在剪切面上发生相对滑移； - 应变测量：在施加剪切力的过程中，可以通过对试样两侧的位移进行测量，计算得出剪应变； - 剪切强度和剪切模量：剪切强度表示材料在剪切应力下发生破坏的能力，剪切模量表示材料在剪切力下的刚度。
试验设备进行十字板剪切试验所需的主要设备包括：1. 十字板样品：可以是金属、塑料或其他材料制成的标准样品，形状为正方形；2. 剪切试验机：根据要求选择合适的试验机，具备可靠的控制系统和数据采集功能；3. 测试夹具：用于固定十字板样品并施加剪切力。
操作步骤进行十字板剪切试验的操作步骤如下： 1. 准备样品：选择合适的十字板样品，确保其尺寸符合规定要求，清洁样品表面以去除杂质； 2. 安装样品：将样品固定在剪切试验机的测试夹具中，确保样品位于剪切平面上； 3. 设置试验参数：根据试验要求，设置剪切速度、加载方式和采样频率等试验参数；4. 施加剪切力：启动试验机，逐渐施加剪切力，记录加载过程中试样的变形情况；5. 停止试验：当试样发生破坏或达到一定的变形时，停止加载，并记录下此时的剪切力； 6. 数据处理：根据采集的数据计算剪应变、剪切强度和剪切模量等试验结果。
试验结果分析根据十字板剪切试验得到的试验结果，可以进行以下分析和评估： 1. 温度和湿度对材料性能的影响：通过对不同环境条件下的试验进行比较，评估温度和湿度对剪切强度和剪切模量的影响； 2. 材料性能的评估：根据试验结果计算剪切强度和剪切模量，评估材料在剪应力下的性能表现； 3. 结构设计的参考：根据试验结果，对材料的使用和结构设计提出建议，以提高材料的剪切性能。
十字板剪切实验
高等土力学22页将十字钢板插入土中，施加扭矩达到最大值T max 时，十字板在土中被扭动（如高土图1-29），通过这个扭矩来计算土的抗剪强度，对于野外试验，板高与外径之比一般为H/D=2。
对于各向同性的土：maxf 3T 6=7πD实际上，现场土常常是各向异性的，对于正常固结土，水平面上的抗剪强度一般大于垂直面上的抗剪强度。
用上述公式计算的τf 一般偏大，常经过修正后使用。
适用于软塑到硬塑状态的粘土，对于饱和软粘土，它测得的抗剪强度相当于不排水抗剪强度c u 。
十字板剪切试验是在钻孔中进行的，其目的是测定饱水软粘土的抗剪强度。
十字板剪切试验工程适用条件：（1）沿海软土分布地区但不会有砂层、砾石、贝壳等成分的软粘土。
（2）会有粉砂夹层者，其测定结果往往偏大。
可以获得的物理力学性质参数 软土的不排水抗剪强度（Cu ）；计算重塑土不排水抗剪强（Cu`），绘制抗剪强度随试验深度的变化曲线；计算出的灵敏度（S ），估计地基容许承载力[R]及确定软土路堤的临界高度或极限高度和变形模量（E0）。
主要试验目的1.测求饱和粘性土的不排水 抗剪强度和灵敏度； 不排水抗剪强度峰2.估算地基土承载力和单桩 十字板剪 值cu(kPa)和残余值 承载力；3.切试验 c’u(kPa) 3 计算边坡稳定性；4.判断软粘性土的应力历史 。
注意事项：1试验过程中，插入不同深度、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。
5、十字板的规格：板高/板宽=2，刃角60°，面积比=13%-14%（越小越好）。
6、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实验3：十字板剪切试验这是一种原位测试土抗剪强度的方法。
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力状态的改变，是一种有效的现场测试方法。
二、十字板剪切试验的发展
此项技术最初由瑞典人在1919年提出来的，到40年
代有巨大进展。其间，英国Skempton等人结合φ=0原理
（φ=0 theory）的概念及应用上作了很大贡献。此后， 在世界范围内获得广泛应用。 在我国，50年代由南京水利科学院引进，并在沿 海诸省及多条河流的冲积平原软粘土地区得到广泛应 用。历时十余年的工作奠定了在我国的应用基础。此 后，我国很多单位在设备的改进和应用实验方面做了
k pf f cu
cu St cu
土的灵敏度St为：
7．完成上述基本试验步骤后，拔出十字板，继续钻进至 下—深度的试验。 对于自钻式电测十字板剪切仪．可以采用静力触探的
贯入机具将十字板头压入到试验深度，则不存在下套管和
钻孔护壁问题。 电测式十字板剪切仪在进行重塑土剪切试验时也存在
6．在峰值强度或稳定值测试完毕后，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
塑土的不排水强度。
7．对于开口钢环十字板剪切仪、应进行轴杆与土之间 摩擦阻力影响的修正．对于电测十字板剪切仪，不需进
行此项修正。
8．扭力传感器应定期标定，一般应三个月标定一次， 如使用过程中出现异常．也应重新标定。标定时所用的 传感器、导线和测量仪器应与试验时相同。
转盘，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．即表示土体己被剪损。此时，施于钢 环的作用力(以钢环变形值乘以钢环变形系数算得)就是把 原状土剪损的总作用力pf值。 5．拔下连接导杆与测力装置的持制键，套上摇把，按顺 时针方向连续转动导杆、轴杆和十字板头6转．使土完全 扰动，再按步骤4以同样的剪切速度进行试验，可得重塑
则
cu 2M 2 D D ( H ) 3
式中，cu—— 十字板抗剪强度； D—— 十字板头直径；
H—— 十字板头高度。
（1）普通十字板仪
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：
M ( p f f )R
pf——剪损土体的总作用力；
一、试验资料的整理 二、试验影响因素分析 三、试验结果修正方法
第 四 节 资 料 整 理 及 因 素 分 析
一、试验资料的整理
十字板剪切试验的资料整理应包括以下内容： （1）计算各试验点原状土的不排水抗剪强度、重塑土抗 剪强度和土的灵敏度；
（2）绘制各个单孔土的不排水抗剪强度、重塑土抗剪强
度和灵敏度随深度的变化曲线。 （3）根据需要绘制各试验点土的抗剪强度与扭转角的关 系曲线； （4）应根据地区经验和土层条件，对实测的不排水抗剪 强度进行必要的修正。
一般，饱和软粘土的十字板抗剪强度存在随深度的增
加而增长的规律。 对于同一土层，可以采用统计分析的方法对试验数据
进行统计。在统计中应剔除个别的异常数据。
二、试验影响因素分析
在十字扳剪切试验方法及成果计算公式的推导中做
了—些人为的假定。实际上影响十字板剪切试验的因素
很多，各项因素对不排水抗剪强度的影响．可归结为表 6－2中。 表6－2 十字板剪切试验的影响因素
土的总作用力p’f值。
6．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，然后仍按步骤4可测得轴杆与土间的摩擦 力和仪器机械阻力值f。 则试验深度处原状土不排水抗剪强度为：
cu k p f f
重型土不排水抗剪强度(或称残余强度)为：
b. 电阻应变式测力装置是通过扭力传感器将十字板头与
轴杆相连接。如图6－4，扭力柱的外围有外套筒，用 来保护传感器的。
图6－3 开口钢环测力装置
图6－4 电阻应变式测力装置
2．钢环式十字板剪切仪 钢环式十字板剪切仪见图6－5所示。此仪器是以蜗 轮旋转已插入土中的十字板头，借开口钢环测出抵抗力 矩，计算土的抗剪强度。由于十字板头上部尚有探杆插
则有：
cu k ( p f f )
（2）电测十字板仪
对于电测十字板仪，由于在十字板头上的扭力。因此，在计算土的抗剪强度时，不 必进行轴杆与土体间的摩擦力和仪器机械摩阻力修正。
二、试验的仪器设备
十字板剪切试验所需仪器设备包括：十字板头、试 验用探杆、贯入主机、测力与记录等试验仪器。 目前使用的十字板剪切仪主要有机械式十字板剪切 仪，采用开口钢环测力装置，电测式十字板剪切仪，采 用电阻应变式量测装置。 1．仪器组成部件 其主要部件有： （1）十字板头
第6章 十字板剪切试验
第一节 概述 第二节 试验的原理与仪器设备
第三节 试验方法及技术要求 第四节 试验资料整理及影响因素分析 第五节 试验成果应用
第一节 概 述
一、十字板剪切试验的定义
二、十字板剪切试验的发展
三、十字板剪切试验的分类
四、十字板剪切试验的优缺点及适用性
五、十字板剪切试验的目的
问题。按《岩土工程勘察规范》（GB50021－2001）的技
术要求，在原状土峰值强度测试完毕后，应连续转动6圈， 使十字板头周围土体充分扰动。但由于电测法中电缆的存 在，当探杆、扭力柱与十字板头一起连续转动时，电缆的 缠绕，甚至接头处被扭断，使该项技术要求难以很好地执 行。
第四节 试验资料整理及 影响因素分析
St<=10、固结系数cv<=100(m2/a)的均质饱和软粘土。 优点：（1）避免取土扰动的影响； （2）所测得的强度能较好的反映土的天然强度； （3）设备简单、操作方便。
缺点：对于不均匀土层，特别是夹有薄层粉细砂或粉土
的软粘土，会有较大误差，使用时必须谨慎。
五、十字板剪切试验的应用（目的）
十字板剪切试验可用于以下目的：
4．十字板头插入土中试验深度后，应静置2~3min，方可
开始剪切试验。因为插入时在十字板头四周产生超孔隙
水压力，静置时间过长，孔隙压力消散会使有效应力增 长，使不排水抗剪强度增大；若静置时间过短，土稍稍
被扰动还来不及恢复，测出的强度值可能偏低。
5．扭剪速率应力求均匀，并控制在一定值。剪切速率过 慢，由于排水导致强度增长。剪切速率过快，对于饱和 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°)／10 s，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。
（ 1 ）测定原位应力条件下软粘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）判断软粘土的固结历史。
第二节 试验原理及仪器设备
一、试验的基本原理 二、试验的仪器设备
第 二 节 试 验 原 理 及 设 备
一、试验基本原理
十字板剪切试验的原理表述： 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
入土中，而测力装置在地面以上，所以在设备的设计及
操作方法等方面要想法消除探杆与土之间的摩擦力。大 致曾用过四种探头，见图6－6：
3．电测式十字板剪切仪 该仪器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。
的抵抗力矩M2两部分组成。即M＝
M1十M2。其中：
D
H
D 1 M 1 cuDH cuD 2 H 2 2
1 2 D 1 2 M 2 2cu πD cu πD 3 4 3 2 6
1 2 D M M 1 M 2 cuD H 2 3
常用的十字板头为矩形，高径比(H/D)为2。国外推
荐使用的十字板板头与国内不一样，见表6－1。
表6－1 国内外常用的十字板头尺寸
十字板头尺寸 国外 国内 H（mm） 125±25 100 150 D（mm） 62.5±12.5 50 75 板厚t（mm） 2 2~3 2~3
对于不同的土类，应选用不同尺寸的十字板头。—
第 一 节 概 述
一、十字板剪切试验的定义 （Vane Shear Test ，VST）
十字板剪切试验（Vane Shear Test）是一种通过对插 入地基土中的规定形状和尺寸的十字板头施加扭矩，使
十字板头在土体中等速扭转形成圆柱状破坏面，通过换
算、评定地基土不排水抗剪强度的现场试验。 该试验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，由于十字 板剪切试验不需要采取土样，避免了土样扰动及天然应
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。 套筒式铀杆是在轴杆外套上一个带有弹子盘、可 以自由转动的钢管。使轴杆不与土接触，从而避免了 二者的摩擦力。套筒下端10 cm与轴杆间的间隙内涂以 黄油，上端间隙灌以机油，以防泥浆进入 。
（3）测力装置 测力装置有开口钢环测力装置和电阻应变式测力装置。 a. 钢环测力装置是通过钢环的拉伸变形来反映施加扭力 的大小。如图6－3。
大量工作。
三、十字板剪切试验的分类
（1）根据十字板仪的不同，十字板剪切试验可分为普通十
字板和电测十字板； （2）根据贯入方式的不同，又可分为预钻孔十字板剪切试 验和自钻式十字板剪切试验。 （3）从技术发展和使用方便的角度，自钻式电测十字板
仪具有明显的优势。
四、优缺点及适用性
适用土性：被沿海软土地区广泛使用，适用于灵敏度
扭损的最大力矩，通过换算得到土体不排水抗剪强度q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
M
度)、直径为D(十字板头的直径)的