十字板剪切试验报告
十字板剪切试验
（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。
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。
第三章6 十字板剪切试验(岩土测试技术)
顶面的抗扭矩为： M3
D 12
3
D13 C H
Cv
D1 D D 3 M M 1 M 2 M 3 DH Cv D C H 2 6 2M C v C H Cu D 2 H D 3 M可以通过电测仪表测出 ，如下 M R
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。 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
四、测试数据处理
(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。
第六节 十字板剪切试验
一、定义
十字板剪切试验 (FVST： field vane shear test)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， 然后换算成土的抗剪 强度的一种测试方法。
FVST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：
表格
计算重塑土的抗剪强度Cu/
Cu 10 K Re R e — 重塑土剪坏时表的读数
表格
计算土的灵敏度St
Cu St C
u
表格
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。
第六章 十字板剪切试验
§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。
§6.4 试验资料的整理与应用
一、试验资料的整理与成果分析 十字板剪切试验资料的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）绘制各个单孔十字板剪切试验土的不排水 抗剪强度、重塑土抗剪强度和土的灵敏度随深度的变 化曲线，根据需要可绘制各试验点土的抗剪强度与扭 转角的关系曲线； （3）可根据需要，依据地区经验和土层条件， 对实测的土的不排水抗剪强度进行必要的修正。
§6.3 试验方法与技术要求
一、十字板剪切试验的技术要求
§6.3 试验方法与技术要求
二、试验方法与步骤（电测十字板剪切试验） 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。
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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:
2
1D
DH c M u ⨯
=π3
226
1
232412D c D D c M u u ππ=⨯⨯⨯=)3
(2161223H D
D 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
R f 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 M c u +=
3
22π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 R
c f u -+=
π
则有
)(f p k c f u -= 即为十字板剪切试验换算土的抗剪强度的计算公式。
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的深度不应小于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。
扭剪速率也应该很好控制。
剪切速率过慢,由于排水导致强度增长。
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。
扭剪速率宜采用（1°-２°）/10s ，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１分钟,以便确认峰值或稳定扭矩。
)
3
(22H D
D R k +=
π
(3）在峰值强度或稳定值测定完毕后，如需要测试扰动土的不排水抗剪强度,或计算土的灵敏度,则需用管钳夹紧试验探杆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抗剪强度。
（4）对于机械式十字板剪切仪，应进行轴杆与土体之间摩擦阻力影响的修正,对于电测式十字板剪切仪,不需要进行此项修正。
1.6试验的操作步骤和注意事项
在试验前,应对机械式十字板剪切仪的开口钢环测力计进行标定。
当用机械式十字板剪切仪于现场测定饱和软粘性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)将十字板头、离合器、导轮、试验钻杆等逐节拧紧接好下入孔内至十字板与孔底接触。
各杆件要直，各接头必须拧紧,以减少不必要的扭力损耗。
（２)接导管，安装底座，并使其固定在套管。
然后将十字板徐徐压入土中至预定试验深度，并应静止2-3分钟。
(3)用摇把套在导杆上向右转动，使十字板离合齿啮合。
(4）安装传动部件,转动底盘使固定套锁定在底座上，再微动手柄使特制键落入键槽内，记录好角位移的初始读数，装上百分表
并调至零位。
（５)按顺时针方向徐徐转动扭力装置上的旋转手柄，转速约为１°/10ｓ。
十字板头每转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,即表示土体已被剪损,记录下此时百分表的最大读数yε。
(６)拔下连接导管和测力装置的特制键，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,再按照步骤5以同样的剪切速率进行试验，记录下此时百分表的最大读数cε。
(7）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,然后扔按照步骤5，记录此时百分表的最大读数gε。
1．7试验数据
其中 1螺旋干摩擦阻力等于钢环应变乘以0.0143
2修正剪力(p f )等于钢环应变乘以0.0143(刚环系数）再
减去0．19305（最大摩擦阻力)
3内聚力等于修正剪力乘以0．0436(十字板常数）再乘以
10（常数c ）
1.8试验数据处理
（1)、原状土不排水抗剪强度u C
根据应变仪记录的应变量,计算强度。
计算公式为：
=R ⋅f f C
P =R ⋅f f C
()=-u f c k p f
其中，
-2
436.54m =0.0143kgf/mm ，=K C
K ——板头常数-2m C ——钢环系数kg ｆ/m ｍ
y
R ——钢环应变量mm
计算结果如附表所示。
（2)、重塑土不排水抗剪强度'u C
与原状土强度计算方法相同，计算结果见附表。
(3)、地基土的灵敏度t S
'u
t u C S C =
ZK1灵敏度:
334==1.85'181=
u t u C S C
Z Ｋ2灵敏度:
259
==1.69'153=
u t u C S C
3．9试验成果的工程应用
(1)确定地基土强度的变化
在快速堆载条件下,由于土中孔隙水压力升高,软弱地基的强度会降低，但经过一定的时间的排水，强度又会恢复,并且随土的固结而逐渐增长。
若采用十字板剪力仪测定这种变化，可以方便的控制施工加荷速率提供依据。
（2）检验地基处理效果
在对软土地基进行预加固处理时,可用十字板剪切试验探测加固过程中强度变化,用于控制施工速率和检验加固效果。
(3)测定饱和粘土的灵敏度
在十字板试验中可以很方便的测定出来。
在测定原状土的天然强度之后，将十字板旋转６阁，然后重复进行试验，又测得扰动土的强度,二者的比值即为灵敏度St,实验测得试验土的灵敏度为1.9５，该土是低灵敏度土,受到扰动土的强度变化较低。
（４）计算复合地基承载力
3[1(1)]spk c c u f m n c =+-
式中
spk f ——复合地基承载力的标准值;
c n ——桩土应力比,无实测资料时,可取2～4，原状土强度高时取
低值,反之取高值;
c m ——面积置换率；
u c ——现场十字板剪切试验的不排水强度。
这要结合具体的工程实际进行计算。