岩土工程实验计划书

研究生课程考核试卷

科目：岩土工程试验技术教师：

姓名：学号：

专业：建筑与土木工程类别：（专业）上课时间：2015 年 6 月至20 15 年7 月考生成绩：

阅卷评语：

阅卷教师(签名)

重庆大学研究生院制

原位十字板剪切试验计划书

试验目的

为了研究现场原状土的抗剪性能，进行十字板剪切试验。它适用于测定饱和水软粘土的不排水抗剪强度。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的固结不排水抗剪强度；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力状态的改变，是一种有效的现场测试方法。其中为了研究现场原状土的抗剪性能，进行原位十字板剪切试验。并能为以下的分析计算提供依据。

1 测求饱和粘性土的不排水抗剪强度和灵敏度；

2 估算地基土承载力和单桩承载力；

3 计算边坡稳定性；

4 判断软粘性土的应力历史。

科学原理

1.土的抗剪强度指标

土的抗剪强度指标c 和φ是通过试验得出的。它们的大小反映了土的抗剪强度的高低。

tan φ=f 为土的内摩擦系数，σtan φ为土的内摩擦力,通常由两部分组成:一部分是剪切面上颗粒与颗粒接触面所产生的摩擦力;另一部分则是由颗粒之间的相互嵌入和联锁作用产生的咬合力。粘聚力c 是由于粘土颗粒之间的胶结作用、结合水膜以及分子引力作用等形成的,按照库伦定律,对于某一种土,它们是作为常数来使用的。实际上,它们的均值随试验方法和土样的试验条件等的不同而发生变化,因此,即使是同一种土,c 和φ值也不是常数。 根据库仑定律（1776），有

ϕστ tan f +=C

式中 f τ——剪切破坏面上的剪应力（kPa ），即土体的抗剪强度； σ——破坏面上的法向应力（kPa ）； C ——土体的内聚力（kPa ）； ϕ——土体的内摩擦角（°）。 依据测得的f τ就可以相应的C 、ϕ值。 2.十字板剪切的试验原理

野外十字板剪切试验是一种原位测定饱和软黏性土抗剪强度的方法。所得的抗剪强度值，相当于天然土层试验深度处，在天然压力下固结的不排水抗剪强度；在理论上相当于室内三轴不排水剪总强度，或无侧限抗压强度的一半（ϕ=0）。

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。十字板头旋转过程中假设在土体中产生一个高度为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，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+M2。其中：

12u D

M c DH π=⨯

23

212124326u u D M c D c D ππ=⨯⨯⨯=

3211()2623u u u D D

M c DH c D c D H πππ=+=+

22()

3

u M

c D

D H π=+

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

图中所示为板头侧面的剪切阻力分布 图中所示为在板头上、下面的剪切阻力分布。

试验方法

用普通十字板剪切仪于现场测定软粘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.先钻探开孔，下直径为127cm 套管至预定试验深度以上75cm ，再用提土

器逐段清空至套管底部以上15cm 处，并在套管内灌水，以防止软土在孔底涌起及尽可能保持实验土层的天然结构和应力状态。

关于下套管问题，已有一些勘察单位只在孔口下套一3~5m 长的套管，只要保持满水，可同样达到维护孔壁稳定的效果，而这样则可大大节省试验工作程序。

2.将识字班头，离合器，轴杆与试验钻杆及导杆等逐节接好下入孔内至十字板与孔底接触。各杆要直，各接头必须拧紧，以减少不必要的扭力损耗。

3.用摇把套在杆上向右转动，使十字板离合齿咬合。再将十字板徐徐压入土中至预定试验深度。

4.装好底座和加力、测力装置，以约1/10s ︒速度旋转转盘，每转1︒，测计钢环变形读数一次，直至读数不再增大或开始减小时，即表示土体已被减损，此时，施于钢环的作用力就是把原状土减损的总作用力f p 值。

5.拔下连接导杆与测力装置的特制键，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，再按步骤4以同样的剪切速度进行试验，可得重塑土的总作用力'f p 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

f ()u c k p f =-

重塑土不排水抗剪强度为

''

f ()u c k p f =-

土的灵敏度

'u

t u

c S c =

7.完成上述基本试验步骤后，拔出十字板，继续钻进至下一深度试的验。 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。电测十字板剪切仪在进行重塑土剪切试验时存在问题，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。

试验点间距的选择，可根据工程需要及土层情况来确定，一般每隔0.5~1m 测定一次。在极软的土层中，也可以不必拔出十字板，而连续压入十字板至不同的深度进行试验。