十字板剪切试验
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。
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
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
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。
十字板剪切试验报告
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：21DDH c M u ⨯=π32261232412D c D D c M u u ππ=⨯⨯⨯=)3(2161223H DD 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Rf 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 Mc u +=322π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 Rc f u -+=π)3(22H DD Rk +=π则有)(f p k c fu -=即为十字板剪切试验换算土的抗剪强度的计算公式。
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.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。
5.安装扭力测量设备，测读初始读数Po。
6.施加扭力，以6°-12°/min的转速旋转，每1°-2°测读数据一次。
当出现峰值或稳定值后，再继续测读1min。
其峰值或稳定值读数即为原状土剪破坏时的读数P f。
7.松开导杆夹具，测读初始读数P t o或调整零位，再用扳手或管钳快速将钻杆反方向转动6圈，使十字板头周围土充分扰动，进行重塑土的试验，测得最大读数P′f，
8.依次进行下一个测试深度处的剪切试验。
9.待全孔试验完毕后，逐节提取探杆与十字板头，清洗干净，检查各部件的完好程度，妥善保管，不应使板头暴晒。
6.1.2 电测式十字板剪切试验操作应符合下列规范：
1.十字板探头压入前，宜将探头的电缆线一次穿入需用的全部探杆。
2.现场量测仪器应与率定探头时的量测仪器相同。
贯入前，应连接量测仪器对探头进行试力，检查探头是否能正常工作。
3.将十字板头直接缓慢贯入至预测深度处，使用旋转装置卡盘卡住探杆；至少要禁止3min后，测读初始读数ε0或调整零位，方可开始正式试验。
4.施加扭力，以6°-12°/min的转速旋转，每1°-2°测读数据一次。
当出现峰值或稳定值后，再继续测读1min。
其峰值或稳定值读数即为原状土剪切破坏时的读数ε0。
5.松开导杆夹具，测读初始读数ε0或调整零位，再用扳手或管钳快速将钻杆反方向转动6圈，使十字板头周围土充分扰动，进行重塑土试验，测得最大读数ε0。
6.依次进行下一个测试深度处的剪切试验。
7.待全孔试验完毕后，逐节提取探杆与十字板头，清洗干净，检查各部件的完好程度，妥善保存，不应使探头暴晒，严禁用电缆线提拉探头。
6.1.3 每个检测孔的十字板剪切试验次数不应少于3次，深度间距宜为1.5-2.0m，深度间距最小值不应小于0.8m.。
6.14 十字板剪切试验记录应符合下列规定：
1.应记录初始读数，扭矩的峰值或稳定值；
2.十字板探头的编号，十字板常数K 率定系数；
3.及时记录贯入过程中发生的各种异常或影响正常贯入的情况。
6.15 当出现下列情况之一时可终止试验：
1.达到检测要求的测试深度；
2.十字探头的阻力达到额定荷载值；
3.电信号陡变或消失；
4.探杆倾斜度超过2%。
6.16当采用人工记录时，十字板剪切试验数据可按附录A附表A.0.4的格式进行记录。