第6章十字板剪切试验

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。 测试重塑土时，用扳手或管钳快速将探杆顺时 针方向旋转 6 圈，使十字板头周围的土充分扰 动后，立即拧紧钻杆夹具

4.1主要适用于饱和软粘性土层，但若土层含有砂 层、砾石、贝壳、树根及其他未分解有机质时不宜 采用。测试深度一般在30m以内，目前陆上最大测 试深度已超过50m。



十字板剪切试验在我国沿海软土地区被广泛使用。 它可在现场基本保持原位应力条件下进行扭剪。适 用于灵敏度小于10的均质饱和软粘土。 对于不均匀土层，特别是夹有薄层粉细砂或粉土的 软粘土，十字板剪切试验会有较大的误差，使用时 必须谨慎。
试验项目
测定参数
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； 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 。
5.1 数据处理



计算土的抗剪强度 计算土的灵敏度 绘制抗剪强度与试验深度的关系曲线 绘制抗剪强度与回转角的关系曲线

计算土的抗剪强度 Cu
Cu 10 K R y 2 十字板常数K 0.00218 cm3 D 2 D H 1 3H — 传感器率定系数（ N cm / 单位读数） ; R y — 原状土剪损时表最大读 数。




1. 2. 3. 4. 5. 6.
概述 十字板测试原理 电测式十字板剪切试验 影响测试成果的主要因素 成果的应用 新产品介绍
十字板剪切试验( Vane Shear Test , 简称VST)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转力矩， 使十字板头在土体中等速扭转形成圆柱状 破坏面，经过换算评定地基土不排水抗剪 强度的现场试验。 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力状态的 改变，是一种有效的现场测试方法。


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（假定f=0）。
图中所示为板头侧面的 剪切阻力分布
2M C v C H Cu D 2 H D 3 Cv M可以通过电测仪表测出 ，如下 M R 由此Cu 就可确定出来。
传感器的率定系数 , R 读数 图中所示为在板头上、下面 C
H
的剪切阻力分布。
1. 2. 3. 4. 5. 6.
压入主机 十字板头 扭力传感器 量测扭力的仪表 施加扭力装置 其它（探杆等）
1. 2. 3.
4.
5. 6. 7.
平整场地，安装机架，并固定 把板头压至测试深度 卡住钻杆，并调零 转动手柄，旋转钻杆，使板头产生扭矩(每10秒使 摇柄转动一圈，每转动一圈测记应变读数一次。 ) 测量扭矩直至峰值出现 松动钻杆 完全扰动测试土体，重复2-5测量扰动土的剪切强 度。


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。
7、触变效应 Flaate(1966 )首先提出，试验前十字板头插 人土中静置的时间延长时，测得的抗剪强度往往会 增加。这与插人十字板头所产生的孔隙压力的消散 和土触变强度的恢复有关。为增加资料的可比性， 有必要对十字板插入土中和试验之间规定一个统一 的延迟时间。 8、试验方法 采用不同的试验设备、钻进方式或操作方法也 都会影响所测试土层的抗剪强度。电测式十字板比 非电测式的试验结果往往偏小15-20%(当控制剪切 速率等条件相同时)。这是由于电测装置从根本上消 除了机械安装、钻杆弯曲、轴杆摩擦等因素的影响。
1、十字板头的旋转速率 （1）剪切（旋转）速率越大，抗剪强度越 大，应规定一个统一的旋转速率（1°/10s） （2）对一般粘性土，所用时间为3-5min， 属不排水抗剪强度
2、土的各向异性 （1）在板头范围内，土的非均一性 （2）天然土层的抗剪强度的非等向性
3、十字板头的规格 指十字板头的形状、板厚及轴杆直径 板厚及轴杆直径越大，板头插入土中对土的 扰动源自文库大，抗剪强度越小 75mm×150mm，厚3mm，轴径16mm，60 50mm×100mm，厚2mm，轴径13mm ，60 4、排水条件 测定的结果为土的不排水抗剪强度（=0时 的C值），但实际测试中，已有部分排水， 所测Cu值偏大，应修正
5、剪应力的分布 土体扭剪破坏时，破坏面上剪应力的分布并不是 均匀的，剪应力近边缘处(水平面及垂直面上)均有应力 集中现象。Jackson(1969)提出，对计算抗剪强度Cu的 公式进行修正，表示为:
6、圆柱破坏面的形成 Leblane(1975)通过室内十字板试验发现，抗剪强度 峰值发生在扭剪角不大时。随着扭剪角增大，强度降低， 直至达到残余强度为止。当扭剪角超过45度时，才发展 成完整的圆柱破坏面，而且剪切破坏面实际为带状，其直 径比十字板叶片直径大5%，这使计算所得抗剪强度值偏 大。
根据十字板仪的不同，十字板剪切试验可分为普 通(机械式)十字板和电测十字板; 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(Self-Boring Vane Shear Test,简称SBVST)。 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。