2018浅谈有关十字板剪切试验

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　　摘要：文章论述了十字板剪切适用于饱和软粘土，特别适用于难于取样或试样在自重作用下不能保持原有形状的软粘土。它的优点是构造简单，操作方便，试验时对土的结构扰动也较小，故在实际中广泛得到应用。
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　　关键词：十字板剪切试验原理 适用范围应用
　　Abstract: The article discusses the vane shear applied to the saturated soft clay, especially suitable for difficult to sample or specimen under the gravity can maintain the original shape of the soft clay. It has the advantages of simple structure, convenient operation, test of soil structure perturbation small, and so widely applied in the actual projects
　　Key Words: vane shear test principle applicable scope application
　　
　　中图分类号：O642.5+1文献标识码：A文章编号：
　　前言
　　十字板剪切试验于1928年在瑞士奥尔桑首先提出。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（=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：常用的十字板尺寸为矩形，高径比(H/D为2)。国外使用的十字板尺寸与国内常用的十字板尺寸不同，见表8-33。
　　十字板尺寸表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(Cu)h与垂直面上的不排水抗剪强度(Cu)v相同：(Cu)v=(Cu)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M1和圆柱底面的抵抗扭矩M2组成。
　　
　　
　　
　　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Ip和灵敏度St有关。当Ip高，St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St电力设计院的经验，依据评定软土地基承载力标准值(kPa)的公式为：
　　（8－51）
　　式中:?D?D土的重度(kN/m3)；
　　?D?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IL
　　（8－52）
　　式中：-扰动的十字板不排水抗剪强度(kPa).
　　约翰逊等曾统计得：
　　（8－53）
　　式中:?D?D上覆压力(kPa).
　　结语
　　综合上述：十字板剪切试验是一种用十字板测定软粘性土抗剪强度的原位试验。将十字板头由钻孔压入孔底软土中，以均匀的速度转动，通过一定的测量系统，测得其转动时所需之力矩，直至土体破坏，从而计算出土的抗剪强度。由十字板剪力试验测得之抗剪强度代表土的天然强度。是可以广泛用于采取不同层位的原状样进行物理力学试验和水文地质试验，评价地层的承载力、区域稳定性和地层渗透性。从而准确评定大坝设计的合理性、稳定性、安全性和工程造价的可行性。
　　注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。