十字板剪切试验VST
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：
苏州拓测仪器便携式十字板剪切仪说明书
苏州拓测仪器便携式十字板剪切仪说明书苏州拓测仪器便携式十字板剪切仪说明书十字板剪切仪（便携式）（英文名：Vane Shear Tester（Portable），简称 VST）是一种在工程现场直接测试粘土不排水抗剪强度的土工原位测试仪器。
本套仪器大测试深度可达 3m，量程 0～260kPa，精度优于 10%。
1、仪器组成整套仪器包括 1 只扭力计、6 根延长杆、4 只不同尺寸的十字板头（其中一只板头为选购件）、1 只板头杆和 3 只辅助扳手。
（1）扭力计：扭力计是土体抗剪强度测量装置，主要利用计量弹簧的扭转变形来测量十字板头在土体中剪切扭转时的抵抗力矩，从而获得被测土体的抗剪强度。
延长杆：延长杆用于连接十字板头和扭力计，延长杆共有 6 根，直径Φ10mm，长度 50cm，6 根延长杆首尾相连后的大长度可达 3m。
可根据测试需要连接延长杆，以达到目标测量深度。
对于较大深度测试应逐根增接延长杆。
十字板板头：十字板板头是对待测土体施加剪切力的执行机构器件，共有 4 种+表 1 板头参数注释（1）A 板头为标准板头。
（2）对于标准板头（A 板头）而言，刻度圈，示数分有 0～130 刻度，刻度单位为kPa，刻度每大格内分有 5 小格,即小分度 2 。
（3）采用不同型号的十字板板头进行测量时，仪器读数是由刻度圈示数乘以对应的板头系数，才得到实际的剪切强度值。
例如：采用 A 板头，测得读数为 50，则对应为 50*1=50kPa 采用 B 板头，测得读数为 50，则对应为 50*2=100kPa采用 C 板头，测得读数为 50，则对应为 50*0.5=25kPa采用 D 板头，测得读数为 50，则对应为 50*0.0625=3.125kPa板头杆：板头杆用于对待测土体进行预压成孔，可用于对板头的轴杆、延长杆与土体之间的摩擦力进行补偿。
其外形与板头的轴杆*相同。
也可在预压成孔后，做修正性的扭剪测试，测试结果用以修正其他板头的测试结果，从而减小或消除土体与杆的摩擦力对抗剪强度测试结果的影响。
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
• 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。
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。
工程地质-原位测试
概
述
第九讲 原位测试技术
工程地质勘察中的试验有室内的土工试验和 现场的原位测试。通过试验可以取得土和岩 石的物理力学性质指标及地下水等性质指标， 以供土木工程师设计时采用。 现场原位测试就是在岩土层原来所处的位 置基本保持的天然结构、天然含水量以及天 然应力状态下，测定岩土的工程力学性质指 标。
探头功能的静力触探 静力触探类型 类型
Ø 按探头功能又可将静力触探分为单桥静力触探、双桥静力触探、孔压静力触 探。单桥静力触探是1964年在我国研制成功的，在国内应用广泛。双桥静力 触探可测试端阻 和侧壁摩阻力 ，为国内外普遍采用。孔压静力触探是与80 年代初研制成功的可测孔隙水压力的电测式静力触探，它为了解土的更多的 工程性质及提高测试精度提供了极大的可能性和现实性，使电测静力触探技 术的精度和应用进入了一个新阶段。 Ø 孔隙水压力静力触探（piezo cone penetration test），简称孔压触探 （CPTU），是指在普通的CPT探头上安装了可以测量孔隙水压力的传感器， 使贯入时能在测量同时测量贯入引起的超孔隙水压力△ｕ，当停止贯入时， 可测量超孔隙水压力△ｕ消散过程及完全消散时的静止孔隙水压力U0 Ø 孔压触探与一般的静力触探相比，具有下面一些突出优点： （1）由于不同土体的渗透性差别很大，CPTU量测孔隙水压力的灵敏度很高， 能够分辨1～2cm厚的薄土层土性的变化，因而可以详细分层。特别是在区分 砂层和粘土层方面精度很高。 （2）可以量测到孔隙水压力，从而有可能进行有效应力分析。 （3）可以估算土体的渗透系数和固结系数。 （4）可以测定土层不同深度的静止水压力，获得地下水条件的资料。
四、动力触探试验（ＤPT & SPT）
1）定义、优缺点 Ø 动力触探是利用一定的落锤能量，将一定尺 寸、—定形状的探头打入土中，根据打入的难 易程度(贯入度)来制定土的性质的一种现场测 试方法。 Ø 优点：设备简单、操作方便、适用于碎石、密砂 Ø 缺点：不能直接观测土层，误差较大
第六章十字板剪切试验
§6.2 试验的原理与仪器设备
2.轴杆 一般使用的轴杆直径为20mm。对于机械式十字 板仪，按轴杆与十字板头的连接方式，国内广泛使用 离合式，也有采用套筒式的。
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。
套筒式轴杆是在轴杆外套上一个带有弹子盘的可 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。
十字板剪切试验可用于以下目的： （1）测定原位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。
§6.1 概述
VST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。
§6.2 试验的原理与 包括十字板头、试验用探杆、贯入 主机和测力与记录装置仪器等。
图中所示为板头侧 面的剪切阻力分布
Cu
Cu
图中所示为在板
头上、下面的剪
切阻力分布。
§6.2 试验的原理与仪器设备
圆柱体侧表面的抵抗矩力为：M1
CuDH
D 2
圆柱体上下底面的抵力抗矩为：M2
2Cu
1 D2
4
2 3
D 2
1 6
CuD3
则有：
M
M1M2
CuDH
十字板剪切试验的应用综述
十字板剪切试验的应用综述一般而言，十字板剪切试验在测试饱和软粘土在不排水的前提下所具有的灵敏度和抗剪强度等一系列参数试验中比较常用，在试验时，按规定的尺寸和形状将十字板头下孔入底，按照一定的速度效率将板头扭动，一直坚持到将土板剪开，然后在测试出十字板在旋转时圆柱体表面形成的抵抗力矩值，以便得出土板在抗剪时的强度值，其结果就等于在自然状态下，不对土板进行排水、固结时的十字板抗剪强度。
目前来说，剪切试验中最常用的设备就是十字板试验仪和微型十字板仪，前者在原位试验，后者则对与野外采集回来的土样试验。
但无论哪种试验设备，都有比较局限的适用范围和使用条件，尤其是在水利工程上勘察岩土的工程，必须进行水上饱和软粘土抗剪力度的试验，而不是在任何情况、任何时间段都能具备进行测试的条件。
本文结合滨海城市临港三期海域岩土工程上得出的勘察实践结果，分析了三种十字板的实验结果，找出了各自的对应关系，在解决由于外界自然因素对于试验的限制上有了比较好的解决方案。
一、试验设备及原理和使用条件十字板剪切试验简称VST，十字板剪切仪采用轻便式、开口钢环式、和电测式方法进行试验，设备由十字板头包含上部轴杆连接部件、导杆、钻组成，测试扭力的装置由蜗轮、蜗杆、开口钢环、转盘、齿轮导杆、固定套、底盘、底座组成。
在沿海区域进行十字板剪切实验室，应使用电测式十字板仪，且必须让其保持水平状态，同时配备能使试验孔在试验时不产生探杆弯曲或者偏斜等一系列设施。
在试验时如果利用机械式十字板剪切仪，应采取一些措施防止管套由于自身的重力引起的下沉和套管与船体分离，同时留在底部的土量不成超过十厘米。
水上作业不同于其他环境，能让水文条件、自然现象满足水上作业的条件少之又少。
在对饱和软粘性土进行取样时比较困难，由于在取样时受到外界自然因素的影响，会改变其自然结构，所以取样时应取受压变形大、承载力低和灵敏度较高的特点的土样，在运输、试验、切样时，应使用“长型薄壁”取土器来减少不同程度引起的扰动，由于饱和软粘土本身触变性较高，所以在切样和剪切时也容易受到干扰，致使土层结构受到损坏，导致最终强度指标的结果失去真实性。
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,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(VST)
（五）十字板剪切试验（VST）十字板剪切试验于1928年在瑞士奥尔桑（J〃Olsson）首先提出。
在我国于1954年开始使用十字板剪切试验以来，在沿海软土地区被广泛使用。
十字板剪切试验是快速测定饱和软粘土层快剪强度的一种简易而可靠的原位测试方法。
这种方法侧得的抗剪强度值，相当于试验深度处天然土层的不排水抗剪强度，在理论上它相当于三轴不排水剪的总强度，或无侧限抗压强度的一半（ϕ=0）。
由于十字板剪切试验不需采取土样，特别对于难以取样的灵敏性高的粘性土，它可以在现场基本保持天然应力状态下进行扭剪。
长期以来十字板剪切试验被认为是一种较为有效的、可靠的现场测试方法，与钻探取样室内试验相比，土体的扰动较小，而且试验简便。
但在有些情况下已发现十字板剪切试验所测得的抗剪强度在地基不排水稳定分析中偏于不安全，对于不均匀土层，特别是夹有薄层粉细砂或粉土的软粘性土，十字板剪切试验会有较大的误差。
因此将十字板抗剪强度直接用于工程实践中，要考虑到一些影响因素。
1.十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)。
国外使用的Array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。
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。
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（五）十字板剪切试验（VST）
十字板剪切试验于1928年在瑞士奥尔桑（J·Olsson）首先提出。
在我国于1954年开始使用十字板剪切试验以来，在沿海软土地区被广泛使用。
十字板剪切试验是快速测定饱和软粘土层快剪强度的一种简易而可靠的原位测试方法。
这种方法侧得的抗剪强度值，相当于试验深度处天然土层的不排水抗剪强度，在理论上它相当于三轴不排水剪的总强度，或无侧限抗压强度的一半（ϕ=0）。
由于十字板剪切试验不需采取土样，特别对于难以取样的灵敏性高的粘性土，它可以在现场基本保持天然应力状态下进行扭剪。
长期以来十字板剪切试验被认为是一种较为有效的、可靠的现场测试方法，与钻探取样室内试验相比，土体的扰动较小，而且试验简便。
但在有些情况下已发现十字板剪切试验所测得的抗剪强度在地基不排水稳定分析中偏于不安全，对于不均匀土层，特别是夹有薄层粉细砂或粉土的软粘性土，十字板剪切试验会有较大的误差。
因此将十字板抗剪强度直接用于工程实践中，要考虑到一些影响因素。
1.十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)。
国外使用的Array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。
(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。
2.十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(C u )h 与垂直面上的不排水抗剪强度(C u )v 相同：(C u )v =(C u )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M 1和圆柱底面的抵抗扭矩M 2组成。
21M M M += （8－45）
式中：
2
1D
DH
C M u π= απ⎥⎦⎤⎢⎣
⎡
=2)41(222D D C M u
则：
)2
(214121332α
ππαπ+=+=
D H D C D C HD C M u u u （8－46） 所以
⎪⎭
⎫ ⎝⎛+=
22απD H D M
C u （8－47）
式中 α ――与圆柱顶底面剪应力的分布有关的系数，见表8-34；
M ――十字板稳定最大扭转矩(即土体的最大抵抗扭矩).
影响十字板剪切试验的因素很多，有些因素，如十字板厚度、间歇时间和扭转速率等。
已由技术标准加以控制了，但有些因素是无法人为控制的。
例如：土的各向异性，剪切面剪应力的非均匀分布，应变软化和剪切破坏圆柱直径大于十字板直径等等。
所有这些因素的影响大小，均与土类，土的塑性指数I p 和灵敏度S t 有关。
当I p 高，S t 大，各因素的影响也大。
故对于高塑性的灵敏粘土，对十字板剪切试验的成果，要做慎重分析。
3.十字板剪切试验的适用范围和目的
十字板剪切试验适用于灵敏度S t <10，固结系数C v <100m 2
/年的均质饱和软粘性土。
其目的有：
(1)测定原位应力条件下软粘土的不排水抗剪强度C u ；
(2)估算软粘性土的灵敏度S t 。
4.十字板剪切试验成果的应用
十字板剪切试验成果主要有：十字板不排水抗剪强度C u 随深度的变化曲线，即C u -h 关系曲线。
十字板不排水抗剪强度一般偏高，要经过修正以后，才能用于实际工程问题。
其修正方法有：
()fv u f u C C μ=)( (8－48)
式中 f u C )(－－土的现场不排水抗剪强度(kPa)；
()fv u C ――十字板实测不排水抗剪强度(KPa)；
μ ――修正系数，按表8-35选取。
国外约翰逊(johnson 1988)等对墨西哥海湾深水软土的试验：
2
000156.00206.029.1p
p I I +-=μ （8－49） (20<=
p
I <=80)
()L
098I .00077.010+-=μ （8－50）
（3.12.0≤≤L I ）
十字剪板修正系数 表8-35
经过修正后的十字板不排水抗剪强度可用于平定地基土的现场不排水抗剪强度，即式(8－48)确定的()f u C 。
用()f u C 也可以确定软土地基的承载力：
根据中国建筑科学研究院，华东电力设计院的经验，依据()f u C 评定软土地基承载力标准值k f (kPa)的公式为：
()D f C f u k γ+=2 （8－51）
式中:γ――土的重度(kN/m 3
)；
D ――基础埋置深度(m)。
也可以利用地基土承载力的理论公式，根据()f u C 确定地基土的承载力. 用十字板实测不排水抗剪强度可以估算软土的液性指数I L
()'
13
lg
fv
u L C I = （8－52）
式中：'
)(fv u C -扰动的十字板不排水抗剪强度(kPa).
约翰逊等曾统计得：
()L v
fv
u I C 235.0171.0+=σ （8－53）
式中:v σ――上覆压力(kPa).
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