字板剪切试验抗剪强度
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。
十字板剪切实验
高等土力学22页将十字钢板插入土中，施加扭矩达到最大值T max 时，十字板在土中被扭动（如高土图1-29），通过这个扭矩来计算土的抗剪强度，对于野外试验，板高与外径之比一般为H/D=2。
对于各向同性的土：maxf 3T 6=7πD实际上，现场土常常是各向异性的，对于正常固结土，水平面上的抗剪强度一般大于垂直面上的抗剪强度。
用上述公式计算的τf 一般偏大，常经过修正后使用。
适用于软塑到硬塑状态的粘土，对于饱和软粘土，它测得的抗剪强度相当于不排水抗剪强度c u 。
十字板剪切试验是在钻孔中进行的，其目的是测定饱水软粘土的抗剪强度。
十字板剪切试验工程适用条件：（1）沿海软土分布地区但不会有砂层、砾石、贝壳等成分的软粘土。
（2）会有粉砂夹层者，其测定结果往往偏大。
可以获得的物理力学性质参数 软土的不排水抗剪强度（Cu ）；计算重塑土不排水抗剪强（Cu`），绘制抗剪强度随试验深度的变化曲线；计算出的灵敏度（S ），估计地基容许承载力[R]及确定软土路堤的临界高度或极限高度和变形模量（E0）。
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；3.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 。
注意事项：1试验过程中，插入不同深度、十字板插入深度不应小于钻孔或套管直径的3-5倍；孔间距大于0.75-1米。
2、十字板插入土后应停留2-3分钟，太短或太长会使强度减小或增大。
3、剪切速度一般为1°-2°/10秒，过快（粘滞性）过慢（固结）会使强度增加。
一般3-10分钟会出现峰值后应继续剪切1分钟。
4、测出峰值后应快速转动6周，测重塑土的不排水抗剪强度。
5、十字板的规格：板高/板宽=2，刃角60°，面积比=13%-14%（越小越好）。
6、由于圆柱侧面和顶面达到剪切破坏不是同时的，因此强度并不是真正的峰值，是一种平均抗剪强度实验3：十字板剪切试验这是一种原位测试土抗剪强度的方法。
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
D
M 1cuD HD 21 2cuD2H
M 22cu1 4π2 D 3 2D 21 6cuπ3 D
MM 1M 21 2cuD2D 3H
则
cu
2M
D2( D H
)
3
式中，cu—— 十字板抗剪强度； D—— 十字板头直径； H—— 十字板头高度。
（1）普通十字板仪 对于普通十字板仪，上式中的M值应等于试验测得
荐使用的十字板板头与国内不一样，见表6－1。
表6－1 国内外常用的十字板头尺寸
十字板头尺寸 国外
国内
H（mm） 125±25
100 150
D（mm） 62.5±12.5
50 75
板厚t（mm） 2
2~3 2~3
对于不同的土类，应选用不同尺寸的十字板头。— 般在软粘土中，选择75mm×150mm的十字板头较为合 适，在稍硬土中，可用50mm×100mm的十字板头。
十字板剪切试验
第一节 概 述
一、十字板剪切试验的定义 二、十字板剪切试验的发展 三、十字板剪切试验的分类 四、十字板剪切试验的优缺点及适用性 五、十字板剪切试验的目的
第 一、十字板剪切试验的定义
一
（Vane Shear Test ，VST）
节
十字板剪切试验（Vane Shear Test）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矩，使
概 十字板头在土体中等速扭转形成圆柱状破坏面，通过换
算、评定地基土不排水抗剪强度的现场试验。
述
该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
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。
浅析十字板剪切试验数据整理及应用
浅析十字板剪切试验数据整理及应用摘要：十字板剪切试验在软土地基勘察中应用十分广泛，各个规范中对其数据整理及应用不尽相同，论文根据规范对数据的整理及应用进行了比较分析。
关键词：十字板剪切试验；软土；整理；应用1引言十字板剪切实验是用插入土中的标准十字板探头，以一定速率扭转，量测土破坏时的抵抗力矩，测定土的不排水剪强度和残余抗剪强度。
十字板剪切试验可用于测定饱和软黏性土的不排水抗剪强度和灵敏度。
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固结的不排水抗剪强度。
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定土的不排水强度试验方法。
十字板剪切试验因其构造简单，操作方便，广泛运用于软土地基现场原位测试中。
2数据整理2.1计算公式以开口钢环式十字板剪切试验为例，《工程地质手册》第五版中计算公式如下：C u=K·C（R y－R g）C u—土的不排水抗剪强度（kpa）C—钢环系数（kN/0.01mm）R y—原状土剪损时量表最大读数（0.01mm）R g—轴杆与土摩擦时量表最大读数（0.01mm）K—十字板常数（m－2）《土工试验方法标准》GB/T50123-2019，计算公式：C u=10K·C（R y－R g）C u—土的不排水抗剪强度（kpa）C—钢环系数（N/mm）R y—原状土剪损时量表最大读数（mm）R g—轴杆与土摩擦时量表最大读数（mm）K—十字板常数（cm－2）两者公式基本相同，但是各参数单位不同，计算时应注意单位换算。
2.2强度修正十字板剪切试验所测得的不排水抗剪强度峰值，一般认为是偏高的，土的长期强度只有峰值强度的60%~70%。
因此在工程中，需根据土质条件和当地经验对十字板测定的值作必要的修正，以供设计采用。
图1 修正系数《工程地质手册》第五版推荐了两种强度修正方法，其一为Daccal修正法，即根据图1中塑性指数I p获取修正系数，曲线1适用于液性指数I l＞1.1的土，曲线2适用于其他软土。
十字板试验确定软黏土抗剪强度指标探讨
（ ３ ｂ ）
式中 ， ｋ 。 为软土的静止侧压力系数 ， 对 于软黏土 ｋ 。
＝
作者简介 ： 赵佩胜（ １ ９ ６ ２一） ， 男， 江苏启 东人 ， 硕士 ， 副教 授 ， 主 要从 事工程地质的教学 、 工程勘察与管理工作 。
Ｅ —ｍ ａ ｌ ｌ ： ｇ ｅ ｎ ｚ ｓ ３＠ １ ２ ６． ｔ ｏ ｍ
转动 ， 通过孔 口架设的测量装置 ， 来测定其转动时的
力矩 ， 直 至 被测试 的土体 完全 破坏 时所 需 的力 矩 ， 通 过 理论公 式 计算 得 出土 的抗剪 强 度指标 。十字 板 剪 切试 验测 得 的是 软 黏 土 的 原位 不 排 水 抗 剪 强 度 ， 它 代 表土 的天 然强 度 。十字 板剪 切试 验 一般 和钻 机 配 合使 用 。设 土体 剪切 破 坏 时 所 施 加 的扭 矩 为 ， 其 值应 该 十字板 头 剪切 破 坏 圆柱 体 表 面 （ 包 括侧 面 和 上下 端 面 ） 上 土 的 抗 剪 强 度 所 产 生 的抵 抗 力 矩 相 等 ， 即：
抗剪强度 ， 没有 给出土体的 ｃ 、 指标 ， 这给土压力 、
地 基承 载 力 等 计 算 带 来 不 便 。在 十 字 板 剪 切 试 验 中， 严格 地说 ≠ ， 因 为 土 的抗 剪 强 度 与 剪 切 面 上 的正 应力 大小 有 关 ， 因而 正 常 固结 的 软 黏土 其 水 平 面上 的 抗 剪 强 度 大 于 垂 直 面 上 的抗 剪 强 度 ４ 。 。
摘
要： 从 十字板 剪切试验原理 出发 ， 结合 Ｍｏ ｈ ｒ — Ｃ ｏ ｕ ｌ ｏ ｍ ｂ抗剪强度公式 ， 得到 了十字板剪切试 验强度与深度的关 系
式， 通 过最小二乘法建立 了土体抗剪强 度指标黏聚力 ｃ 和摩擦 角 的计算公式 。实例计算表 明 ， 由十字板剪切试验 成果推算 的抗剪强度指标 ｃ 、 值 与直剪固结快剪试验 的结果 接近。 关键词 ： 软黏 土 ； 十字板试验 ； 最小二乘法 ； 抗剪强度指标