[科普中國]-十字板抗剪強度

簡介

十字板剪切試驗( VST) 是用插入土中的標準十字板探頭，以一定的速率扭轉(zhuǎn)，量測土破壞時的抵抗力矩，測定土的不排水的抗剪強度和殘余強度。在圍堰、防波堤等海洋工程設(shè)計中需要采用土的抗剪強度指標進行穩(wěn)定性計算。由于十字板抗剪強度指標客觀真實地反映了軟土地基的真實強度。所以設(shè)計者越來越多地選擇采用十字板抗剪強度指標進行軟土地基的穩(wěn)定性計算。全面地掌握十字板抗剪強度的影響因素，對客觀合理地評價軟土地基的抗剪強度，具有十分重要的實用價值1。

工程實例分析在大連花園口經(jīng)濟區(qū)建設(shè)一期工程勘察中，對上部存在的第四系海相沉積( Qm4) 淤泥質(zhì)土進行了十字板剪切試驗。試驗方法采用電阻應變式十字板剪切試驗。為保證試驗段地層與鉆孔揭露地層對應一致，便于鉆孔地層及土工試驗指標與十字板試驗指標進行分析與比對，十字板試驗點布置在勘探鉆孔附近1 ～ 2m 處。試驗方法及步驟，嚴格按有關(guān)規(guī)范規(guī)定執(zhí)行2。

影響因素分析十字板試驗深度與抗剪強度的關(guān)系對十字板抗剪強度試驗數(shù)據(jù)，在直角坐標中做折線圖進行相關(guān)分析，分析結(jié)果表明: 原狀土及重塑土抗剪強度與試驗深度均呈高度線性相關(guān)，土的抗剪強度隨試驗深度的加大而加大，反之亦反。

重塑土與原狀土與抗剪強度的關(guān)系在直角坐標中做原狀土與重塑土抗剪強度散點圖進行相關(guān)分析，分析結(jié)果表明: 重塑土抗剪強度與原狀土抗剪強度呈高度線性相關(guān)，重塑土抗剪強度隨原狀土抗剪強度的增大而增大，反之亦反。

土工試驗指標與十字板抗剪強度的關(guān)系根據(jù)庫侖定律，土的抗剪強度由兩部分組成，即土在剪切破壞面上的摩擦力與土的粘聚力。其中土的摩擦力= 正壓力× 摩擦系數(shù)。上覆土層的正壓力可以近似地采用土的自重壓力代替，剪切面的摩擦系數(shù)為土的內(nèi)摩擦角的正切值。所以原狀土的抗剪強度與土的物理力學指標間的近似計算公式為:

Cu = γ × h × tanφ + c

式中，

Cu為原狀土的抗剪強度，kPa;

γ 為土的重度，kN/m3 ;

h 為試驗深度，m; φ 為土的內(nèi)摩擦角;

c為土的粘聚力，kPa。

根據(jù)上述計算公式，將對應十字板剪切試驗段的土工試驗指標按四種情況取值: 快剪指標、固快指標、固快與快剪平均指標、固快與快剪差值指標進行計算。

原狀土抗剪強度理論計算值，采用快剪指標計算的最低，固快指標計算的最高，固快與快剪均值及固快與快剪差值指標計算的居中。由此可以說明，原狀土抗剪強度，介于快剪指標與固結(jié)快剪指標理論計算值之間。土工試驗抗剪強度指標越大，原狀土的抗剪強度越大，反之則越小。

土質(zhì)均勻程度與十字板抗剪強度的關(guān)系實測土的抗剪強度并不是按照一條直線隨著深度的增大而增大，而是呈折線變化。通過對鉆孔巖芯現(xiàn)場鑒定，土中含有大量貝殼及粉土粉砂部位，土的抗剪強度就會突然增大，當土質(zhì)均勻時，土的抗剪強度就會變小。

土的塑性指數(shù)與十字板抗剪強度的關(guān)系一般認為十字板測得的不排水抗剪強度是峰值強度，其值偏高，長期強度只有峰值強度的60% ～70%。因此，十字板的峰值強度需要進行修正后才能用于設(shè)計計算。

《鐵路工程地質(zhì)原位測試規(guī)程》( TB10018 －2003) 規(guī)定，當塑性指數(shù)IP≤20 時，采用修正系數(shù)μ = 1進行修正，當20 總結(jié)

綜合上述工程實例分析，軟土十字板試驗抗剪強度實測值，主要受下列因素影響:

1) 實測十字板抗剪強度與土層的深度有關(guān)，隨著土層深度的加大而增大;

2) 重塑土的抗剪強度與原狀土的抗剪強度有關(guān)，重塑土的抗剪強度隨著原狀土的抗剪強度的增大而增大;

3) 土的抗剪強度與土工試驗抗剪強度指標有關(guān)，土工試驗抗剪強度指標越大，土的抗剪強度越大，反之亦反。原狀土抗剪強度實測值介于快剪指標與固結(jié)快剪指標理論計算值之間，并且與采用固結(jié)快剪與快剪均值及差值指標理論計算抗剪強度接近;

4) 軟土的抗剪強度與土質(zhì)的均勻程度有關(guān)，當土中混有貝殼、粉砂及碎石等強度較大的包含物時，土的抗剪強度指標會突然增大;

5) 軟土的抗剪強度與土質(zhì)的塑性指數(shù)有關(guān)，土的塑性指數(shù)越大，其抗剪強度越大。

基于上述十字板抗剪強度的影響因素，提交設(shè)計計算的十字板抗剪強度指標建議如下:

1) 提供按深度分層統(tǒng)計的試驗指標;

2) 對由包含物引起抗剪強度突然變大數(shù)據(jù)進行合理修正或剔除，然后再進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計;

3) 十字板抗剪強度統(tǒng)計指標應按土的塑性指數(shù)進行修正;

4) 若為永久性工程，十字板抗剪強度設(shè)計計算指標，建議設(shè)計者采用對實測值做進一步修正的長期強度3。