十字板剪切试验报告

十字板剪切试验1.1试验的目的及意义（1）测定原应力条件下软粘性土的不排水抗剪强度；（2）评定软粘性土的灵敏度；（3）计算地基的承载力；（4）判断软粘性土的固结历史。1.2试验的适用范围原位测定饱水软粘土的抗剪强度，所测得的抗剪强度值，相当于试验深度处于天然土层，在原位压力下固结的不排水抗剪强度。1.3试验的仪器设备本次实验采用的是机械式十字板剪切仪（1）十字板头：矩形，高度为10公分，直径为5公分。（2）轴杆：使用的轴杆直径为20mm，轴杆与十字板头连接的采用离合器装置，使轴杆和十字板头能够离合，以便分别作十字板总剪应力试验和轴杆摩擦校正试验。（3）测力装置：采用开口钢环测力装置。1.4实验原理十字板剪切试验的原理，即在钻孔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，通过换算得到土体不排水抗剪强度uc值（假定0）。十字板头旋转过程中假定在土体产生一个高度为H（十字板头的高度）、直径为D（十字板头的直径）的圆柱状剪损面，并假定该剪损面的侧面和上、下底面上每一点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1M和圆柱上、下底面的抵抗力矩2M两部分组成，即21MMM。其中：21DDHcMu32261232412DcDDcMuu)3(2161223HDDcDcDDHcMuuu式中—十字板抗剪强度；—uc—十字板头直径；—D—十字板头高度。—H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RfpMf）（式中剪损土体的总作用力；——fp—施力转盘半径。—R代入得：上式右端第一个因子，对一定规格（D和H均为十字板几何尺寸）的十字板仪为一常数，称为十字板常数k即）（HDDMcu322杆脱离进行测定；与轴试验时通过使十字板仪力和仪器机械阻力，在—轴杆与土体间的摩擦—f)()3(22fpHDDRcfu则有)(fpkcfu即为十字板剪切试验换算土的抗剪强度的计算公式。1.5执行技术标准根据《岩土工程勘察规范》(GB50021-2009),十字板剪切试验应满足以下主要技术要求：（1）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，以保证十字板头能在未扰动土中进行剪切试验。（2）十字板头插入土中试验深度后，应至少静止2-3分钟，方可开始剪切试验。扭剪速率也应该很好控制。剪切速率过慢，由于排水导致强度增长。剪切速率过快，对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1分钟，以便确认峰值或稳定扭矩。)3(22HDDRk（3）在峰值强度或稳定值测定完毕后，如需要测试扰动土的不排水抗剪强度，或计算土的灵敏度，则需用管钳夹紧试验探杆顺时针方向连续转动6圈，使十字板头周围土体充分扰动，然后测定重塑土的不排水抗剪强度。（4）对于机械式十字板剪切仪，应进行轴杆与土体之间摩擦阻力影响的修正，对于电测式十字板剪切仪，不需要进行此项修正。1.6试验的操作步骤和注意事项在试验前，应对机械式十字板剪切仪的开口钢环测力计进行标定。当用机械式十字板剪切仪于现场测定饱和软粘性土的不排水抗剪强度和残余强度等的基本方法和要求如下：（1）将十字板头、离合器、导轮、试验钻杆等逐节拧紧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。（2）接导管，安装底座，并使其固定在套管。然后将十字板徐徐压入土中至预定试验深度，并应静止2-3分钟。（3）用摇把套在导杆上向右转动，使十字板离合齿啮合。（4）安装传动部件，转动底盘使固定套锁定在底座上，再微动手柄使特制键落入键槽内，记录好角位移的初始读数，装上百分表并调至零位。（5）按顺时针方向徐徐转动扭力装置上的旋转手柄，转速约为1°/10s。十字板头每转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，即表示土体已被剪损，记录下此时百分表的最大读数y。（6）拔下连接导管和测力装置的特制键，套上摇把，连续转动导杆、轴杆和十字板头6转，使土完全扰动，再按照步骤5以同样的剪切速率进行试验，记录下此时百分表的最大读数c。（7）拔下控制轴杆与十字板头连接的特制键，将十字板轴杆向上提3-5cm，使连接轴杆与十字板头的离合器处于离开状态，然后扔按照步骤5，记录此时百分表的最大读数g。1.7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0.030.060.070.080.090.110.130.130.140.160.170.180.180.190.190.19其中1螺旋干摩擦阻力等于钢环应变乘以0.01432修正剪力（𝑝𝑓）等于钢环应变乘以0.0143(刚环系数)再减去0.19305(最大摩擦阻力)3内聚力等于修正剪力乘以0.0436(十字板常数)再乘以10(常数c)1.8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utuCSC3.9试验成果的工程应用（1）确定地基土强度的变化在快速堆载条件下，由于土中孔隙水压力升高，软弱地基的强度会降低，但经过一定的时间的排水，强度又会恢复，并且随土的固结而逐渐增长。若采用十字板剪力仪测定这种变化，可以方便的控制施工加荷速率提供依据。（2）检验地基处理效果在对软土地基进行预加固处理时，可用十字板剪切试验探测加固过程中强度变化，用于控制施工速率和检验加固效果。（3）测定饱和粘土的灵敏度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阁，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，实验测得试验土的灵敏度为1.95,该土是低灵敏度土，受到扰动土的强度变化较低。（4）计算复合地基承载力3[1(1)]spkccufmnc式中spkf——复合地基承载力的标准值；cn——桩土应力比，无实测资料时，可取2～4，原状土强度高时取低值，反之取高值；cm——面积置换率；uc——现场十字板剪切试验的不排水强度。这要结合具体的工程实际进行计算。