十字板剪切试验,十字板剪切试验是怎样的？

室内的抗剪强度测试要求取得原状土样，但由于试样在采取、运送、保存和制备等方面不可避免地受到扰动，含水量也很难保持，特别是对于高灵敏度的软黏土，室内试验结果的精度就受到影响。因此，研发就地测定土的性质的仪器具有重要的意义。它不需要取原状土样，试验时的排水条件、受力状态与土所处的天然状态比较接近，对于很难取样的土也可以进行测试。在抗剪强度的原位测试方法中，目前国内广泛应用的是十字板剪切试验。

1、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。

土的原位测试方法很多，但可以归纳为下列两类： （1）土层剖面测试法（logging or stratigraphic profiling methods）。它主要包括静力触探、动力触探、土的压入式板状膨胀仪测试及电阻率法等。土层剖面测试法具有可连续进行测试、快速、经济的优点。 （2）专门测试法（specific test methods）。它主要包括载荷测试、旁压测试、标准贯入测试、抽水和注水实验及十字板剪切测试等。土的专门测试法可得到土层中关键部位土的各种工程性质指标，精度高，测试成果可直接供设计部门使用。其精度一般可超过钻探和室内试验成果的精度。土的专门测试法和土层剖面测试法，经常配合使用，点面结合，既提高了勘测精度，又加快了勘测进度。表1—1为土的各种原位测试技术方法及其适用范围和所得指标的精度。此表基本按测试价格由低到高排列。前半部基本为剖面法，后半部基本为专门测试法。 从表1—1中可以看出，土的原位测试技术种类较多，且都有一定的适用范围，应根据实际情况加以选用。其中，静力触探测试和旁压测试应用得最广，精度也高，将重点加以介绍。 表1—1　土的原位测试技术的适用范围及精度一览表 续表 注：A—很适用；B—适用；C—精度较差；——不适用；U—土的孔隙水压力；φ—土的内摩擦角；Cu—土的不排水抗剪强度；Dt—砂土相对密度；Co—土的压缩系数；Cv—粘土固结系数；K—土的渗透系数；G—土的剪切模量；E—土的压缩模量；K0—土的侧压力系数；OCR—土的超固结比。 在以后的章节中，每章按先概述后谈细节的统一写法贯穿始终。概述中主要写每种测试技术的发展史，国内外应用概况、种类及优缺点，以便读者对该测试技术有一总体了解。细节部分写每一种测试技术的方方面面，深入细致地论述各种问题，以便读者通过阅读可指导实践，学会应用或研究问题。细节部分写作顺序是测试基本原理、设备、操作要点、成果整理、影响测试成果精度的主要因素及相应的操作注意事项及对策，以及工程应用。 无数实践经验和理论计算证明，土的工程性质试验成果和精度，会因土类、状态、试验方法和技巧的不同而有较大出入。在测试方法中，以原位测试方法最为可靠，所求测试成果精度最高。工程设计中的土工计算成果的可靠性，主要取决于所选计算参数（土的工程性质测试指标）的准确性，所选参数精度的重要性远比所选的计算方法要重要得多。因此可以说，在工程勘察中，不进行原位测试是没有质量保证的；特别是在大型工程勘察中，它是不可缺少的手段。有了高质量的原位测试成果，才能进行可靠的工程设计，既不过于保守，浪费大量资金，又不过于冒险，造成安全问题。所以原位测试技术受到越来越大的重视。以全国性勘察规范和地基基础设计规范为例，自1974年11月1日起试行的全国通用的《工业与民用建筑地基基础设计规范》（TJ7-74）只在附录中列进了触探试验与单桩的静载荷试验要点，只在正文中“容许承载力”一节提到载荷试验与触探试验。自1978年5月1日起试行的全国通用的《工业与民用建筑工程地质勘察规范》（TJ21-77）在正文中列进了触探、载荷和十字板试验，并在附录中第一次列出静力触探试验要点，并较多地列出了单桥静力触探与动力触探指标与土的主要力学性质指标的关系。自1990年1月1日起施行的国家标准《建筑地基基础设计规范》（GBJ7-89）在附录中增设了地基土载荷试验要点、岩基载荷试验要点、标准贯入与轻便触探试验要点，与（TJ7-74）规范比较，原位测试比重增加了。自1995年3月1日起实施的《岩土工程勘察规范》（GB500 21-94）第一次将原位测试单独列为一章，计有载荷试验、静力触探试验、圆锥动力触探试验、标准贯入试验、十字板剪切试验、旁压试验、现场剪切试验、波速测试、岩体原位应力测试及块体基础振动测试。绝大部分为土体原位测试，本书都已包括。该规范中的原位测试技术比重已远远超过（TJ21-77）规范，并对各项测试技术的适用范围、仪器主要部件的规格、测试要点、成果分析与应用等作了规定。此外，自80年代后期以来，各项原位测试技术规程也陆续出台，主要有原水电部《土工试验规程》（SDI28-86）第二分册（原位测试部分），铁道部《静力触探技术规则》（TBJ37-93），建设部《PY型预钻式旁压试验规程》（JGJ69-90）等行业标准。从以上资料可以看出，原位测试技术的重要性正在逐渐被广泛承认，测试技术逐渐成熟，相应法规日趋完善，它将发挥越来越大的作用。 在阅读本书过程中，对初学者来说，建议既要掌握测试方法，又要懂得原理和应用。因为学会测试方法，才会使用仪器设备进行工程勘察和研究；懂得了原理和影响精度的因素，才能提高测试精度和灵活运用，避免测试的盲目性；懂得成果的应用才是原位测试的目的所在，也是指导测试的原则。对于技术人员和研究人员，书中大量公式和图表可供参考，原理、问题讨论及影响测试精度的因素等提供了深入研究的空间，也会使读者从中受益。

在软土地基勘察中，野外十字板剪切测试应用十分广泛，其测试成果——土的野外十字板抗剪强度主要应用于以下几方面。 1.估算地基容许承载力 对于内摩擦角等于零的饱和软粘土，Cu值可用来估算地基容许承力〔R〕。根据中国建筑科学研究院、华东电力设计院等单位的经验： 土体原位测试机理、方法及其工程应用 式中：r——基础底面以上土的容重； h——基础埋深。 2.预估单桩承载力 欧美国家习惯用Cu预估粘性土，特别是饱和软粘土中单桩的极限端阻力qp和极限侧摩阻力qf，其关系式如下： 土体原位测试机理、方法及其工程应用 式中，α为经验系数，和土类、桩的尺寸及施工方法等有关。 梅耶霍夫（Meyerhof）等认为，对软粘土，α＝1；对超固结粘性土，α＝0.5。 3.求软粘土灵敏度 软粘土的灵敏度是一个重要指标。它对判断土的成因、结构性、扰动因素等对软粘土强度的影响（如打桩，活荷载变化剧烈、频繁的料仓及道路等）等是不可缺少的。在求软粘土灵敏度的方法中，应首推野外十字板剪切试验，所求指标可靠，且方法简便、快速。 4.其他 将十字板抗剪强度用于软土地基及其他软土填、挖方斜坡工程的稳定性分析与核算，是尤为普遍的。用十字板剪切仪可以测定软土中地基及边坡遭受破坏后的滑动面及滑动面附近土的抗剪强度，反算滑动面上土的强度参数，可为地基与边坡稳定性分析和确定合理的安全系数提供依据。 在软土地基堆载预压处理过程中，可用十字板剪切试验测定地基强度的变化，用于控制施工速率及检验地基加固程度。 土体原位测试机理、方法及其工程应用 式（6—24）至式（6—26）中的符号意义同前，均由外国人（如Jolrson等）所总结，仅供参考。