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uC和'uC，并计算地基土的灵敏度tS。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。HDcDDHcMuu212123u2u2πDc612D32πD41c2MH3DDc21MMM2u21)H3D(D2Mc2u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。（2）、贯入至试验深度后即可开始十字板剪切试验，缓缓旋转剪切手轮，通过抱箍带动钻杆及十字板头同步旋转，试验时转速一般为每十秒一度。（3）、记录仪同时记录十字板头所受的扭力，当扭力数值不再增大或开始减小时表示土体已经被减损，峰值或稳定值作为原状土剪切破坏时的读数。（4）、松开钻杆夹具，用扳手或管钳快速将转杆顺时针旋转6圈，使十字板头周围的土充分扰动后，立即拧紧转杆夹具。（5）、等待大约15分钟后，按上述步骤测记重塑土剪切破坏时的读数。（6）、按照需要进行下一深度的试验，直至试验结束。第三部分，拆卸工作：（1）、利用贯入装置，将钻杆拔出。（2）、取出十字板头，清洗，存放。（3）、拆卸装置。6.试验数据土体分钟钢环应变剪力修正剪力不排水抗剪强度土体时间钢环应变剪力修正剪力不排水抗剪强度原状土ZK11530.7580.565246原状土ZK21210.3000.107472670.9580.7653342320.4580.2651153650.9300.736321337.50.5360.3431504650.9300.736321442.50.6080.415181重塑土ZK11280.4000.207090545.50.6510.4582002320.4580.2651156480.6860.4932153350.5010.3071347520.7440.5512404360.5150.3221408520.7440.5512405370.5290.3361479530.7580.5652466380.5430.35015310550.7870.5932597380.5430.35015311500.7150.522228838.50.5510.35815612520.7440.551240939.50.5650.372162重塑土ZK2118.50.2650.0723110400.5720.379165230.50.4360.2431061141.50.5930.400175335.50.5080.3151371242.50.6080.4151814360.5150.32214013420.6010.4081785370.5290.33614714410.5860.393171636.50.5220.3291437380.5430.3501538380.5430.3501539370.5290.336147分钟12345678910111213141516钢环应变2455.56.58999.5111212.512.51313.513.5螺旋干摩擦阻力0.030.060.070.080.090.110.130.130.140.160.170.180.180.190.190.197.试验数据处理（1）、原状土不排水抗剪强度uC根据应变仪记录的应变量，计算强度。计算公式为：=RffCP=RffC()ufckpf其中，-2436.54m=0.0143kgf/mm，KCK——板头常数-2mC——钢环系数kgf/mmyR——钢环应变量mm计算结果如附表所示。（2）、重塑土不排水抗剪强度'uC与原状土强度计算方法相同，计算结果见附表。（3）、地基土的灵敏度tS'utuCSCZK1灵敏度：334==1.85'181utuCSCZK2灵敏度：259==1.69'153utuCSC8.试验成果分析及工程应用（1）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：式中，fk——地基承载力标准值；γ——土的重度；h——基础埋置深度。（2）估算单桩极限承载力桩侧极限摩阻力pf，可按下式估计：pf＝α*cu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25kPacu＜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+γh；hc2fuk（使用值）根据这两式，可估算单桩的极限承载力。（3）评价地基土的原位状态灵敏度对工程设计与施工工艺的确定是起很大作用的。在十字板试验中可以很方便的测定出来。在测定原状土的天然强度之后，将十字板旋转6圈，然后重复进行试验，又测得扰动土的强度，二者的比值即为灵敏度St，即中国的淤泥及淤泥质粘土的灵敏度大多为10左右；国外有些软粘土的灵敏度可高达几百甚至一千多。在借鉴国外资料时，要注意土性的差异程度。（4）确定地基土强度的变化规律在快速堆载条件下，由于土中孔隙水压力升高，软弱地基的强度会降低。但是，经过一定时间的排水，强度又会恢复，并且将随土的固结而逐渐增长。若采用十字板剪力仪测定地基强度的这种变化情况，可以很方便地为控制施工加荷速率提供依据。uutccS