有关十字板剪切试验
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
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
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。
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。
十字板剪切试验
5）板开支爪，顺时针转动摇把，使离合
齿吻合，再合上支爪；
6）套上传动部件，装上百分表并调零； 7）十字板头插入试验深度后，至少静止 2～3 min后，就可开始试验； 8）扭转剪切速率采用（10～20）/10s；每
转10测记一次百分表读数；出现峰值或稳定值 后，继续测记1min。 峰值或稳定值的百分表读数，即为原状土 剪切破坏时的εy。
钢环率定系数： C =
P
读数
读数
ε
对重塑土，也是一样的：
Cu' = KC (ε c − ε g )
对电测十字板剪切仪，无摩擦力，且扭 力臂R＝1cm，故有：
Cu = K ξε y
'
C = K ξε c
' u '
ξ=
P
ε
K =
'
2 D π D H (1 + ) 3H
2
灵敏度：
St = Cu / C
' u
4、试验步骤
1）开孔，压入Φ127套管至预定试验深度75cm或 套管直径的3～5倍以上处，并固定；清土； 2）连接十字板头、轴杆、钻杆，下入孔底； 3）接导向杆，穿入底座，并固定；接摇把，转 杆，使十字板头离合齿吻合；将十字板头压入至试验深 度； 4）逆时针徐徐转动摇把，上提导杆2～3cm，使离 合齿脱离；合上支爪（阻止钻杆下沉），快速转动摇把 十余圈（减少阻力）；
十字板剪切试验
• 试验目的:
了解十字板剪切试验设备及其试验步骤; 初步掌握试验资料的整理及成果的应用.
1、概述
该法是用于原位测定饱和软粘土的不 排水强度和残余强度的方法。 优点：更好地反映土的结构、构造； 反映土的天然应力及边界条件； 能反映土的强度随深度而：开口钢环式 轻便式 电测式 组成：十字板头（含上部轴杆连接部件）； 钻、导杆（轴杆、钻杆、套管） 施测扭力装置（传动部分：蜗轮、蜗 杆、齿轮导杆、开口钢环、转盘、底盘、固 定套；底座）
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浅谈有关十字板剪切试验
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。
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<10，固结系数cv<100m2/年的均质饱和软粘性土。
其目的有：
(1)测定原位应力条件下软粘土的不排水抗剪强度cu；
(2)估算软粘性土的灵敏度st。
4.十字板剪切试验成果的应用
十字板剪切试验成果主要有：十字板不排水抗剪强度cu随深度的变化曲线，即cu-h关系曲线。
十字板不排水抗剪强度一般偏高，要经过修正以后，才能用于实际工程问题。
其修正方法有：
(8－48)
式中－－土的现场不排水抗剪强度(kpa)；
――十字板实测不排水抗剪强度(kpa)；
――修正系数，按表8-35选取。
国外约翰逊(johnson 1988)等对墨西哥海湾深水软土的试验：（8－49）
经过修正后的十字板不排水抗剪强度可用于平定地基土的现场不排水抗剪强度，即式(8－48)确定的。
用也可以确定软土地基的承载力：
根据中国建筑科学研究院，华东电力设计院的经验，依据评定软土地基承载力标准值(kpa)的公式为：
（8－51）
式中:――土的重度(kn/m3)；
――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:――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。