[科普中國]-十字板剪切試驗

試驗原理與計算原理

根據(jù)十字板儀的不同，試驗可分為普通十字板剪切試驗和電測十字板剪切試驗；根據(jù)貫入土體的不同方式，可分為預(yù)鉆孔十字板剪切試驗和自鉆孔十字板剪切試驗。

但其原理是，對土體施加一定扭矩，將土體剪壞，測定土體因抗剪對試驗儀產(chǎn)生的最大扭矩，通過還算得到土體抗剪強度值。1

計算試驗假設(shè)：

1、土體是各向同性介質(zhì)。

2、破壞土體的高度為十字板高度，直徑為十字板頭直徑。

設(shè)剪切破壞時所施加的扭矩為M，則它與土體抗剪時的抵抗力矩相等，即

式中：

D為十字板直徑(m );Dl為十字板的軸桿直徑（m），H為十字板高度（m）。

當(dāng)軸桿直徑Dl足夠小時，多項式最后一項忽略不計，上述公式簡化為:

取Cv=Ch，以Cu（待測土體抗剪強度）代替兩個參數(shù)時，上述公式進(jìn)一步簡化:

技術(shù)要求1、十字板插入深度不應(yīng)小于鉆孔或套管直徑的3-5倍；孔間距大于0.75-1米。

2、十字板插入土后應(yīng)停留2-3分鐘，太短或太長會使強度減小或增大。

3、剪切速度一般為1°-2°/10秒，過快（粘滯性）過慢（固結(jié)）會使強度增加。一般3-10分鐘會出現(xiàn)峰值后應(yīng)繼續(xù)剪切1分鐘。

4、測出峰值后應(yīng)快速轉(zhuǎn)動6周，測重塑土的不排水抗剪強度。

注意事項1、十字板的規(guī)格：形狀宜為矩形，板高/板寬=2，板厚2mm~3mm，刃角60°，面積比=13%-14%（板越小對土體擾動越小，測量值越好）。對于鉆孔十字板剪切試驗，十字板插入孔底以下的深度應(yīng)大于5倍鉆孔徑，以保證十字板能在不擾動土中進(jìn)行剪切試驗

2、由于圓柱側(cè)面和頂面達(dá)到剪切破壞不是同時的，因此強度并不是真正的峰值，是一種平均抗剪強度。

3、十字板插入土中與開始扭剪的間歇時間應(yīng)小于5min。因為插入時產(chǎn)生的超孔隙水壓力的消散，會使側(cè)向有效應(yīng)力增長。拖斯坦桑(Torstensson(1977))發(fā)現(xiàn)間歇時間為1h和7d的，試驗所得不排水抗剪強度比間歇時間為5min的，約分別增長9%和19%。

4、扭剪速率也應(yīng)很好控制。剪切速率過慢，由于排水導(dǎo)致強大增長。剪切速率過快，對飽和軟粘性土由于粘滯效應(yīng)也使強度增長。一般應(yīng)控制扭剪速率為1?！?。/10s，并以此作為統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)速率，以便能在不排水條件下進(jìn)行剪切試驗。測記每扭轉(zhuǎn)1。的扭矩，當(dāng)扭矩出現(xiàn)峰值或穩(wěn)定值后，要繼續(xù)測讀1min，以便確認(rèn)峰值或穩(wěn)定扭矩。

5、重塑土的不排水抗剪強度，應(yīng)在峰值強度或穩(wěn)定值強度出現(xiàn)后，順剪切扭轉(zhuǎn)方向連續(xù)轉(zhuǎn)動6圈后測定。

6、十字板剪切板試驗抗剪強度的測定精度應(yīng)達(dá)到1～2kPa。

7、為測定軟粘性土不排水抗剪強隨深度的變化，試驗點豎向間距應(yīng)取為1m，或根據(jù)靜力觸探等資料布置驗點。

成果應(yīng)用1、飽和軟粘土的抗剪強度和靈敏度。

2、地基加固效果和強度變化規(guī)律。

3、測定地基或邊坡滑動位置。

4、可計算地基容許承載力。

5、計算單樁承載力。