八、十字板剪切试验
十字板剪切试验在某地基处理工程中的应用
十字板剪切试验在某地基处理工程中的应用随着建筑工程的不断发展，地基工程的重要性越来越受到人们的关注，而地基处理工程中的十字板剪切试验是一种常见的试验方法，通过对其应用分析，可以发现在地基处理中，十字板剪切试验具有重要的意义。
一、十字板剪切试验的基本原理十字板剪切试验是利用剪应力来判定土层的稳定性等级，其基本原理是将试验样本放置在固定的试验装置中，然后向上施加垂直剪应力，将试样表面分为四块，这四块分别受到压缩和剪切应力的作用。
通过这种方法，可以测定土层的垂直和水平变形以及抗剪强度等性质，从而得出理论计算值。
二、十字板剪切试验的应用范围十字板剪切试验主要应用于土工、岩土和地基工程中，能够精确测定不同土层的强度和稳定性，并且还可以评估各种条件下的土壤变形、局部稳定性和承载力的影响。
在地基处理工程中，十字板剪切试验被广泛应用于以下几个方面：1. 增强地基承载力地基处理工程的基础是增强地基承载力，此时十字板剪切试验可以通过评估不同地基处理技术的影响，帮助工程师确定最佳的地基处理方案。
例如，人工加固地基，使用地基加强板等工程手段均需要进行十字板剪切试验来评估其效果。
2. 检验地基处理效果十字板剪切试验也用于检验地基处理的效果，如果在试验后，土壤的强度和稳定性得到了改善，则说明地基处理效果良好。
例如，对基础深度、基坑支护方式、填土厚度等因素的影响进行测试，以评估其对土层抗剪强度的影响。
3. 评估地基软弱性十字板剪切试验还可以评估地基的软弱性和抗剪强度，为采取适当的治理措施提供重要依据。
例如，对地基基础的处理进行针对性的试验，以促进其承载能力的提高，并防止地基在施工和使用过程中发生松动和坍塌等现象。
三、十字板剪切试验的优势十字板剪切试验具有以下几个优势：1. 精准十字板剪切试验可以提供高精度的数据，以准确评估土层的抗剪强度和稳定性，为地基处理工程提供科学依据。
2. 简单十字板剪切试验的步骤简单，易于操作，试验样品的制备简单，可以快速准确地获得所需数据。
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。
十字板剪切试验.
v H
——分别为剪切破坏时圆柱体侧面和
上下面土的抗剪强度，kpa；
H——十字板的高度，m； D——十字板的直径，m； 天然状态的土体是各向异性的，但实用上为了简化计算， 假定土体为各向同性体，即剪切破坏时圆柱体侧面和上
下面土的抗剪强度相等，则有
2M D D2 H 3
• I-II段的界限压力相当于初始水平压力po,II-III段的 界限压力相当于临塑压力pf, III段末尾渐近线的压 力为极限压力Pl。 D
V
C B I A po II pf III
pl
p
P—V曲线
• 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
旁压试验
• 旁压试验是在现场钻孔 中进行的一种水平向荷 载试验。具体试验方法 是将一个圆柱形的旁压 器放到钻孔内设计标高， 加压使得旁压器横向膨 胀，根据试验的读数可 以得到钻孔横向扩张的 体积-压力或应力-应变 关系曲线，据此可用来 估计地基承载力，测定 土的强度参数、变形参 数、基床系数，估算基 础沉降、单桩承载力与 沉降。
• 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
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。
针对十字板剪切试验与静力触探试验,找出试验结果的解译方法
针对十字板剪切试验与静力触探试验,找出试
验结果的解译方法
针对十字板剪切试验与静力触探试验，以下是试验结果的一些解译方法：
1. 十字板剪切试验：
- 首先，可以使用试验结果中得到的剪应力与剪应变曲线来评估材料的剪切特性。
常见的评价参数包括剪切强度、剪切模量和剪切变形能力等。
- 另外，通过观察试验过程中材料的破坏模式，可以判断材料的破坏机理。
例如，如果材料在试验过程中出现明显的剪切开裂，可以判断材料以切断为主要破坏模式，说明材料具有较好的剪切韧性。
- 还可以根据试验结果中得到的变形图像，分析材料的应变分布情况以及可能存在的局部变形集中区域。
2. 静力触探试验：
- 首先，可以根据试验中得到的锤击次数与击入深度的关系曲线来评估地层的物理性质。
通过对比不同地层的锤击次数-深度曲线，可以推测地层的硬度、密实度等特性。
- 另外，观察试验过程中杆击锤是否能够顺利进入地层，可以推测地层中可能存在的障碍物或较硬的层面。
- 还可以进行钻探数据与静力触探数据的对比分析，从而确定不同深度的地层特性，例如粉土层、砂质层或黏土层等。
总的来说，解译试验结果需要综合考虑试验数据、破坏模式、变形情况和地层特性等因素，结合经验和理论进行分析和解释。
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
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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，
u
C —— 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。
（2）、贯入至试验深度后即可开始十字板剪切试验，缓缓旋转剪切手轮，通过抱箍带动
钻杆及十字板头同步旋转，试验时转速一般为每十秒一度。
（3）、记录仪同时记录十字板头所受的扭力，当扭力数值不再增大或开始减小时表示土体已经被减损，峰值或稳定值作为原状土剪切破坏时的读数。
（4）、松开钻杆夹具，用扳手或管钳快速将转杆顺时针旋转6圈，使十字板头周围的土充分扰动后，立即拧紧转杆夹具。
（5）、等待大约15分钟后，按上述步骤测记重塑土剪切破坏时的读数。
（6）、按照需要进行下一深度的试验，直至试验结束。
第三部分，拆卸工作：
（1）、利用贯入装置，将钻杆拔出。
（2）、取出十字板头，清洗，存放。
（3）、拆卸装置。
6. 试验数据
7. 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-2
m
C ——钢环系数kgf/mm
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 ZK2灵敏度：
259==1.69'153
=
u t u C S C 8. 试验成果分析及工程应用
（1） 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：
式中，fk ——地基承载力标准值；
γ——土的重度； h ——基础埋置深度。
（2） 估算单桩极限承载力
桩侧极限摩阻力pf ，可按下式估计：pf ＝α*cu 式中α为折减系数．根据下列条件取值： 当cu ≤ 25kPa 时，α＝1.0； 当cu ≥ 75kPa 时，α＝0.5；
当25kPa<cu ＜75kPa 时，α在0.5~1.0之间线性插值。
桩端极限端承力pb 近似取为：pb ＝9cu+γh ；
h
c 2f u k γ+=（使用值）
根据这两式，可估算单桩的极限承载力。
（3） 评价地基土的原位状态
灵敏度对工程设计与施工工艺的确定是起很大作用的。
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圈，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 ，即
中国的淤泥及淤泥质粘土的灵敏度大多为10左右；国外有些软粘土的灵敏度可高达几百甚至一千多。
在借鉴国外资料时，要注意土性的差异程度。
（4） 确定地基土强度的变化规律
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。
但是，经过一定时间的排水，强度又会恢复，并且将随土的固结而逐渐增长。
若采用十字板剪力仪测定地基强度的这种变化情况，可以很方便地为控制施工加荷速率提供依据。
u
u
t c c S '=。