02-十字板剪切试验-10

02-十字板剪切试验-10 9.2 十字板剪切试验 9.2.1 十字板剪切试验的原理 φ十字板剪切试验主要用于测定饱和软黏性土(?0)的不排水抗剪强度和灵敏度。 十字板剪切试验是将一定规格的十字板头插入土中预定的试验深度，在地面施加扭转力矩使十字板头绕轴杆旋转，最后将土体剪切破坏。通过测定土体抵抗扭转的最大抵抗力矩，经换算得到土的抗剪强度值，称为土的十字板强度。 十字板剪切试验作了一系列假定: φ?假定剪切过程中土不发生排水，则土的,0，只剩一个强度指 c标，即不排水抗剪强度; u ?假定旋转十字板头时，在土体内形成一个直径为D(D为十字板的宽度)、高度为H(H为十字板的高度)的圆柱体剪切破坏面; ?假定土的剪应力在该圆柱体侧面及上下两个端面上均匀分布，且各点同时达到相等的抗剪强度值。 根据以上的假定，可推导出土的十字板强度，即土的不排水抗剪强度与土体的最大抵抗力矩的关系式，从而可在试验中直接测定土的不排水抗剪强度。可以说，在一系列假定的基础上，十字板剪切试验的机理是明确的。 M在剪损过程中土体产生的最大抵抗力矩由圆柱侧表面的抵抗 MMM,M，M力矩和圆柱上、下底面的抵抗力矩两部份组成，即。1212其中: D ,,,,McDH1u2 12D123M2cDcD ,,,,,,,uu24326 则有 11DD,,32 M,c,,DH,，c,D,c,,D，H,,uuu2623,, 2Mc, uD,,2,D，H,,3,, 式中 —十字板抗剪强度; cu D—十字板头直径; H —十字板头高度。 M对于普通十字板仪(非电测式十字板剪切仪)，式中的值应等 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,fR f p式中 —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，在试验时通过使f 十字板仪与轴杆脱离进行测定; R—施力转盘半径。 可得: 2Rc,(p,f) ufD,,2,D，H,,3,, DH上式右端第一个因子，对一定规格(、均为十字板几何尺寸) k的十字板剪力仪为一常数，称为十字板常数，即 2Rk, D2,D(，H)3 则有 c,k(P,f)uf 该式即为十字板剪切试验换算土的抗剪强度的计算公式。 十字板剪切试验可测定同一位置天然土的不排水抗剪强度和重塑土的不排水抗剪强度，根据不排水抗剪强度等于无侧限抗压强度的1/2这一关系，则天然土的不排水抗剪强度与重塑土的不排水抗剪强度的比值即为土的灵敏度。 9.2.2 十字板剪切试验的仪器设备 十字板剪切试验所需仪器设备包括:十字板头、试验用探杆、贯入主机和测力与等试验仪器。目前使用的十字板剪切仪主要有两种:机械式十字板剪切仪和电测式十字板剪切仪。机械式十字板剪切试验需要用钻机或其他成孔机械预先成孔，然后将十字板头压入至孔底以下一定深度进行试验;电测式十字板剪切试验可采用静力触探贯入主机将十字板头压入指定深度进行试验。 1(十字板头 常用的十字板为矩形，高径比，，为2，见图6-1。国外推荐使HD 用的十字板尺寸与国内常用的十字板尺寸不同，见表6-1。 表6-1 国内外常用的十字板尺寸 ，，，，，，HmmDmmtmm 板厚 十字板尺寸 ,25,12.5国外 125 62.5 2 2,3 100 50 国内 2,3 150 75 对于不同的土类应选用不同尺寸的十字板头，一般在软黏土中， mm，150mm选择75的十字板仪较为合适，在稍硬土中可用 mm，100mm50的。 2(轴杆 一般使用的轴杆直径为20，见图6-1。对于机械式十字板仪，mm 按轴杆与十字板头的连接方式，国内广泛使用离合式，也有采用牙嵌式的。 离合式连接方式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擦校正试验。 套筒式轴杆是在轴杆外套上一个带有弹子盘的可以自由转动的钢管，使轴杆不与土接触，从而避免了两者的摩擦力。套筒下端l0cm与轴杆间的间隙内涂以黄油，上端间隙灌以机油，以防泥浆进入。 3(测力装置 十字板剪切试验的测力装置可分为开口钢环测力装置和电测式测力装置。前者属钻孔式十字板剪切仪，即试验是在钻孔孔底以下一定深度进行，测力装置安置在地面上，故需对十字板轴杆与土的摩擦进行修正。后者属贯入式电测十字板剪切仪，可自地面直接贯入土中预定的试验深度，由于采用电阻应变式测力装置直接测定十字板头的扭矩，故不需要进行轴杆摩擦修正。 开口钢环测力装置是通过钢环的拉伸变形来反应施加扭力的大小。这种装置使用方便，但转动时有摇晃现象，影响测力的精确度。电阻应变式测力装置是通过扭力传感器将十字板头与轴杆相连接。在 :高强弹簧钢的扭力柱上贴有两组正交的、并与轴杆中心线成的电45阻应变片，组成全桥接法。扭力柱的上、下端分别与十字板头和轴杆相连接。扭力柱的外套筒主要用以保护传感器，它的上端丝扣与扭力柱接头用环氧树脂固定，下端呈自由状态，并用润滑防水剂保持它与扭力柱的良好接触。这样，应用这种装置就可以通过电阻应变传感器直接测读十字板头所受的扭力，而不受轴杆摩擦、钻杆弯曲及坍孔等因素的影响，提高了测试精度。 电测十字板测力装置 1,十字板头 2,扭力柱 3,应变片 4,护套 5,钻杆 9.2.3 十字板剪切试验的方法和技术要求 1)十字板剪切试验点的布置，对均质土竖向间距可为lm，对非均质或夹薄层粉细砂的软黏性土，宜先作静力触探，结合土层变化，选择软黏土进行试验。 2)十字板剪切试验的主要技术要求应符合下列规定: ?十字板板头形状宜为矩形，径高比(D/H)为1:2，板厚宜为2,3mm; ?十字板头插入钻孔底的深度不应小于钻孔或套管直径的3,5倍; ?十字板插入至试验深度后，至少应静止2~3min，方可开始试验; ?扭转剪切速率宜采用(1?,2?)/10s，并应在测得峰值强度后继续测记lmin; ?在峰值强度或稳定值测试完后，顺扭转方向连续转动6圈后，测定重塑土的不排水抗剪强度; ?对开口钢环十字板剪切仪，应修正轴杆与土间的摩阻力的影响。 9.2.4 十字板剪切试验的资料整理 1)计算各试验点土的不排水抗剪峰值强度、残余强度、重塑土强度和灵敏度。 2)根据土层条件和地区经验，对实测的十字板不排水抗剪强度进行修正。 3)绘制单孔十字板剪切试验土的不排水抗剪峰值强度、残余强度、重塑土强度和灵敏度随深度的变化曲线，需要时绘制抗剪强度与扭转角度的关系曲线。 9.2.5 十字板剪切试验的成果应用 十字板剪切试验的成果应用包括确定: 1) 地基承载力， 2) 单桩承载力， 3) 计算边坡稳定， 4) 判定软黏性土的固结历史等。 成果应用时应结合地区经验。 9.2.6 十字板剪切试验的适用范围和影响因素 1(十字板剪切试验的适用范围 十字板剪切试验只适用于测定饱和软黏性土的抗剪强度，对于砂土、粉土及非饱和状态的黏性土是不适用的。当软黏性土中夹有薄层粉砂或粉土，则测试结果偏大。故对于非均质或夹薄层粉细砂的软黏性土，应先查明土层变化，选择软黏土进行试验。 2(十字板剪切试验的影响因素 1) 剪应力分布 2) 各向异性 3) 破坏面直径 4) 排水 5) 十字板头插入过程对土的扰动 6) 不同的试验方法(钻孔式、贯入式)