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10-十字板剪切试验成果图

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八、十字板剪切试验

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。

岩土工程测试第五章十字板剪切试验

岩土工程测试第五章十字板剪切试验

H
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：
D
M1
cuDH
D 2
1 2
cuD2 H
M2
2cu
1 4
πD 2
2 3
D 2
1 6
cu πD 3
M
M1
M2
1 2
cuD
2
D 3
H
则cuLeabharlann 2MD2( D H
)
3
式中，cu—— 十字板抗剪强度； D—— 十字板头直径；
M可以通过以通过电测仪，如下 M α R α - 传感器的率定系数, R - 读数 由此Cu就可确定出来。
二、试验的仪器设备
1. 压入主机 2. 十字板头 3. 扭力传感器 4. 量测扭力的仪表 5. 施加扭力装置 6. 其它（探杆等）
常用的十字板头为矩形，高径比(H/D)为2。 一般在 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。 使用的轴杆直径为20mm。对于普通十字板仪，轴杆与 十字板头的连接方式，有国内广泛使用的离合式和套筒式。 测力装置有开口钢环测力装置和电阻应变式测力装置。
（2）所测得的强度能较好的反映土的天然强度； （3）设备简单、操作方便。 缺点：对于不均匀土层，特别是夹有薄层粉细砂或粉土的 软粘土，会有较大误差，使用时必须谨慎。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。
五、十字板剪切试验的应用
将上式代入cu表达式，得：
cu
2R
D2( D
H
( )
pf

十字板剪切试验

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。

第三章—十字板剪切试验.

第三章—十字板剪切试验.
4、十字板剪切试验的应用：
1、测定原位应力条件下软粘土的不排水抗剪强度； 2、评定软粘土的灵敏度； 3、计算地基的承载力； 4、判断软粘土的固结历史。
5、十字板剪切试验的适用范围：
适用范围：在沿海软土地区广泛使用，适用于灵敏度 St ≤ 10、固结系数cv ≤ 100(m2/a)的均质饱和软粘土。
稍硬土中，可用50mm×100mm的十字板头。
18
各种规格的十字板头
19
（3）轴杆 —般使用的轴杆直径为20mm。对于普通十字板仪，轴 杆与十字板头的连接方式，有国内广泛使用的离合式，也 有牙嵌式（套筒式）的。
十字板装配示意
20
（3）轴杆 离合式轴杆是利用一离合器装置，使轴杆与十字板
头能够离合，以便分别作十字板总剪力试验和轴杆摩
电缆的缠绕，甚至接头处被扭断，使该项技术要求难以很好地执行。
33
四、试验资料的整理
（一）试验资料整理的内容 （二）试验影响因素的分析 （三）试验结果修正方法
34
四、试验资料的整理
（一）试验资料整理的内容
（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； 计算土的抗剪强度 Cu：
用提土器逐段清孔至套管底部以上15cm处，并在套管内灌水，以防止 软土在孔底涌起及尽可能保持试验土层的天然结构和应力状态。
2.将十字板头、离合器、轴杆与试验钻杆及导杆等逐节接好下入
孔内至十字板与孔底接触。各杆件要直，各接头必须拧紧．以减少不
必要的扭力损耗。
30
（三）试验方法与步骤
3.用手摇套在导杆上向右转动，使十字板离合齿咬合。再将十字板徐 徐压入土中至预定试验深度，并静置2～3min。 4.装好底座和加力、测力装置，以约1°／10 s速度旋转转盘，每转 1°，测记钢环变形读数一次，直至读数不再增大或开始减小时．即表示 土体己被剪损。此时，施于钢环的作用力(以钢环变形值乘以钢环变形系 数算得)就是把原状土剪损的总作用力pf值。

第三章6 十字板剪切试验(岩土测试技术)

第三章6 十字板剪切试验(岩土测试技术)

顶面的抗扭矩为： M3
D 12

3
D13 C H

Cv
D1 D D 3 M M 1 M 2 M 3 DH Cv D C H 2 6 2M C v C H Cu D 2 H D 3 M可以通过电测仪表测出 ，如下 M R
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。 测试重塑土时，用扳手或管钳快速将探杆顺时 针方向旋转 6 圈，使十字板头周围的土充分扰 动后，立即拧紧钻杆夹具
四、测试数据处理
(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。
第六节 十字板剪切试验
一、定义

十字板剪切试验 (FVST： field vane shear test)是用插入软 粘土中的十字板头， 以一定的速率旋转， 测出土的抵抗力矩， 然后换算成土的抗剪 强度的一种测试方法。
FVST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：


表格

计算重塑土的抗剪强度Cu/
Cu 10 K Re R e — 重塑土剪坏时表的读数

表格
计算土的灵敏度St
Cu St C
u
表格

岩土工程测试第五章十字板剪切试验.ppt

岩土工程测试第五章十字板剪切试验.ppt
土的十字板不排水抗剪强度随深度的变化
（2）我国《铁路工程地质原位测试规程》 （TB10041－2003）建议的方法
a) 按回归直线交于d轴的截距Δd的正负进行判断：
Δd>0，为超固结土；
Δd＝0，为正常固结土；
Δd<0，为欠固结土；
b) 土的超固结比采用Mayne（1988）提出的关系式进
fk 2cu（使用值） h
式中，fk——地基承载力标准值；
γ ——土的重度；
h——基础埋置深度。
十字板剪切试验主要用途就是确定天然不排水抗剪 强度。该法主要适用于饱和软粘土，砂性土或粉性土要 慎重使用，对含有夹层的地基应剔除偏大的数值，之后 分层取平均值。
十字板试验的最大优点是强度值比较稳定，数值的 可靠性较大。在使用时，可按第四节介绍的方法进行修 正。
二、估算单桩极限承载力
按美国石油协会(1980)相关规程，桩侧极限摩阻力pf， 可按下式估计：
pf＝αcu
式中α为折减系数．根据下列条件取值： 当cu＜=25kPa时，α＝1.0； 当cu>=75kPa时，α＝0.5； 当25kPa<cu＜75kPa时，α在0.5~1.0之间线性插值。
桩端极限端承力pb近似取为：pb＝9cu 根据这两式，可估算单桩的极限承载力。
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
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：
M ( p f f )R
pf——剪损土体的总作用力； f——轴杆与土体间的摩擦力和仪器机械阻力，试验时通 过使十字板仪与轴杆脱离进行测定；
R——施力转盘半径。
十字板头插入土中试验深度后，应静置2～3min，方可 开始剪切试验。因为插入时在十字板头四周产生超孔隙水 压力，静置时间过长，孔隙压力消散会使有效应力增长， 使不排水抗剪强度增大；若静置时间过短，土稍稍被扰动 还来不及恢复，测出的强度值可能偏低。 扭剪速率应力求均匀，并控制在一定值。剪切速率过慢， 由于排水导致强度增长。剪切速率过快，对于饱和软粘性 土，由于粘滞效应，也使强度增长。扭剪速率宜采用 (1°～2°)／10s，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。

第14章 十字板剪切试验(

第十四章
十字板剪切试验（FVT） 十字板剪切试验（FVT）
试验步骤
十字板剪切试验可对饱和软粘土的不排水抗剪强度 （即内摩擦角为0时的粘聚力值）进行测试。最大优点是避 免了扰动带来的强度下降。
Southeast University
1、技术要点 、 （1）十字板插入深度大于孔径的5倍；孔间距大于0.75— 1米。 （2）十字板插入土后应停留5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度/10秒，过快（粘滞性）过慢（ 固结）会使强度增加。一般3-10分钟出现峰值后应继续剪 切1分钟。 （4）测出峰值后应快速转动3—6周，测重塑土的强度。
Soutersity
2、成果应用 、 （1）饱和软粘土的抗剪强度和灵敏度。 （2）地基加固效果和强度变化规律。 （3）测定地基或边坡滑动面位置。 （4）可计算地基容许承载力。 3、注意事项 、 （1）十字板的规格：板高/板宽=2，刃角60度，面积比＝ 13％—14％（越小越好）。 （2）由于圆柱侧面和顶面达到剪切破坏不是同时的，因 此强度的并不是真正的峰值，是一种平均抗剪强度。

十字板剪切试验原理及技术讲义(22页,图文丰富)[详细]

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。
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
10
22
30.8
25
15
47
65.8
32
20
74
103.6
36
25
101
141.4
35
30
108
151.2
35
35
101
141.4
35
40
96
134.4
35
45
89
124.6
35
50
82
114.8
测试重塑土时，用扳手或管钳快速将探杆顺时 针方向旋转6圈，使十字板头周围的土充分扰 动后，立即拧紧钻杆夹具
四、测试数据处理
计算土的抗剪强度 Cu
Cu 10 K Ry
十字板常数K
2
0.00218cm3
D2H 1 D
3H
Cu — 传感器率定系数（kPa）；
— 传感器率定系数（N cm/ 单位读数）;
49.0
40
96
45
89
50
82
134.4 124.6 114.8
35 35
49.0 49.0

岩土工程测试第五章十字板剪切试验


三、评价地基土的原位状态
1、估算地基土的液性指数
Johnson（1988）对大量试验结果进行了统计，得到
如下经验关系式：
cu
v
0.171 0.235I L
式中，cu——原状土的十字板抗剪强度；
σ’v——土中竖向有效应力。
2、评价地基土的应力历史 （1）利用十字板不排水抗剪强度与深度的关系曲线， 可判断土的固结应力历史。如图所示。
电测式十字板剪切仪与钢环式的主要区别在于，其测 力设备不用钢环，而是在十字板头上方连接贴有电阻应变 片的受扭力柱的传感器。在地面上用电子仪器直接测十字 扳头的剪切扭力，可不必进行探杆及轴杆的摩擦校正。因 此，电测式十字板剪切仪操作简单、试验成果比较稳定， 因而应用广泛。
第三节 试验方法及技术要求
二、估算单桩极限承载力
按美国石油协会(1980)相关规程，桩侧极限摩阻力pf， 可按下式估计：
pf＝αcu
式中α为折减系数．根据下列条件取值： 当cu＜=25kPa时，α＝1.0； 当cu>=75kPa时，α＝0.5； 当25kPa<cu＜75kPa时，α在0.5~1.0之间线性插值。
桩端极限端承力pb近似取为：pb＝9cu 根据这两式，可估算单桩的极限承载力。
二、十字板剪切试验的发展
此项技术最初由瑞典人在1919年提出来的，到40
年代有巨大进展。其间，英国Skempton等人结合φ=0 原理（φ=0 theory）的概念及应用上作了很大贡献。
此后，在世界范围内获得广泛应用。
在我国，50年代由南京水利科学院引进，并在沿 海诸省及多条河流的冲积平原软粘土地区得到广泛应 用。历时十余年的工作奠定了在我国的应用基础。此 后，我国很多单位在设备的改进和应用实验方面做了 大量工作。

4.4 十字板剪切试验


28.0
25
35.0
32
44.8
36
50.4
35
49.0
35
49.0
35
49.0
35
49.0
35
49.0
灵敏度 St
3.0
St
Cu Cu
绘制抗剪强度与转角的关系曲线
绘制抗剪强度与深度的 关系曲线
5.试验成果应用
一、评定软土地基承载力 承载力的计算主要取决于土的不排水抗剪强度。如
中国建筑科学研究院的经验：
二、十字板剪切试验的分类
（1）根据十字板仪的不同，十字板剪切试验可分为普通十字板和电测 十字板； （2）根据贯入方式的不同，又可分为预钻孔十字板剪切试验和自钻式 十字板剪切试验。 （3）从技术发展和使用方便的角度，自钻式电测十字板仪具有明显的 优势。
三、优缺点及适用性
适用土性：被沿海软土地区广泛使用，适用于均质饱和软粘土。 优点：（1）不用取样，特别是对难以取样的灵敏度高的粘性土， 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；
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。 ➢ 钻孔十字板剪切试验时，十字板头插入孔底以下的深度不应小于 3～5倍钻孔直径，以保证十字板能在未扰动土中进行剪切试验。一般， 在同一孔内进行不同深度点的剪切试验时，试验间距不小于0.75～ 1.0m。
65.8
32
44.8
20
74
103.6
36
50.4
25
101
141.4
35
49.0
30
108
151.2
35
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23.9 000
淤泥质粉
中粗砂④
24.00 25.00
试验人：
检查：
十字板剪切试验成果图
仪器型号 测试孔号 孔口标高
层底 层底 深度 标高 (m) (m)
As—1
ZK6 2.81
十字板规格 75mm*15 01m29m.00m
十字板常数 -3
率 定测 试
试验方法 0.167958kPa
原状土十字板剪切强度（kPa)
10.00 11.00 12.00 13.00 14.00 15.00 16.00
12.50 14.20 4.10 3.76 13.50 15.40 5.30 3.06 14.50 16.20 5.70 3.18 15.50 18.10 4.90 3.53 16.50 17.30 4.30 3.98 17.50 17.10 4.80 3.29
5
10
15
20
25
30
35
测试 深度 (m)
原状 重塑 土强 土强 度度
(kPa) (kPa)
灵 敏 度
1.00
4.50 18.50 7.06 2.62
2.00
3.00 3.70 000 素填土①
4.00
5.00
5.50 17.20 6.72 2.56 6.50 17.80 6.50 2.74 7.50 16.50 5.70 2.89
6.00
8.50 16.00 5.40 2.96
7.00
9.50 15.50 4.20 3.69
8.00
10.3 000
淤泥质粉
9.00 10.00
13.50 11.20 3.20 3.50
12.8 000
淤泥质
11.00 12.00 13.00 14.00
14.50 12.60 3.40 3.71 15.50 14.30 4.10 3.49 16.50 15.60 5.30 2.94
3.60 000 素填土①0
6.00
7.00
8.00
9.00
6.50 18.10 6.50 2.74 7.50 17.80 5.70 2.93 8.50 16.70 5.40 3.35 9.50 18.10 4.50 3.73 10.50 16.80 3.50 3.77 11.50 13.20 3.70 3.84
地层名称
重塑土十字板剪切强度（kPa)
0 0.00
5
10
15
20
25
30
35
电测法 坐标 X=194851.520
Y=60100.994
测试 深度 (m)
原状 重塑 土强 土强 度度
(kPa) (kPa)
灵 敏 度
1.00
4.50 18.90 7.06 2.68
2.00
5.50 18.90 6.72 2.69
15.00 16.00 17.00 18.00
17.50 17.30 5.70 3.04 18.50 16.20 4.90 3.31 19.50 15.60 4.30 3.63
19.00
20.50 17.20 4.80 3.58
23.9 000
淤泥质粉
20.00 21.00 22.00 23.00
21.50 16.40 5.60 2.93 22.50 18.20 5.70 3.19 23.50 17.80 6.10 2.92
十字板剪切试验成果图
仪器型号
As—1
率
测试孔号
ZK3
十字板规格
75mm*15 0mm
定 系
数
测
孔口标高
2.94
十字板常数
129.00m
-3
试 日
期
试验方法
电测法
0.167958kPa
X=194332.414
坐标
Y=60333.896
层底 层底 深度 标高 地层名称
(m) (m)
0 0.00
原状土十字板剪切强度（kPa) 重塑土十字板剪切强度（kPa)
17.00
18.50 15.80 5.60 2.64
20.8 000
淤泥质粉
18.00 19.00 20.00 21.00
19.50 14.80 5.70 2.93 20.50 16.70 6.10 2.54
中风化花
21.00 22.00
试验人：
检查：