一、工作任务
通过原位测试知识的学习，学生应能够承担以下工作任务：
（1）掌握十字板剪切试验的操作步骤。
（2）掌握试验检测方法的数据采集并能对试验成果进行整理分析。
（3）了解试验检测方法的工作原理及其优缺点。
二、相关配套知识
十字板剪切试验是将插入软土中的十字板头，以一定的速率旋转，在土层中形成圆柱形的破坏面，测出土的抵抗力矩，从而换算其土的抗剪强度。十字板剪切试验可用于原位测定饱和软黏土（φb=0）的不排水抗剪强度和估算软黏土的灵敏度。试验深度一般不超过30 m。
为测定软黏土不排水抗剪强度随深度的变化，十字板剪切试验的布置，对均质土试验点竖向间距可取 1 m，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。
（一）试验仪器和设备
目前，我国使用的十字板有机械式和电测式两种。机械十字板每作一次剪切试验要清孔，费工费时，工效较低；电测十字板克服了机械式十字板的缺点，工效高，测试精度较高。
机械式十字板力的传递和计量均依靠机械的能力，需配备钻孔设备，成孔后下放十字板进行试验。
电测式十字板是用传感器将土抗剪破坏时力矩大小转变成电信号，并用仪器量测出来，常用的为轻便式十字板、静力触探两用，不用钻孔设备。试验时直接将十字板头以静力压入土层中，测试完后，再将十字板压入下一层土继续试验，实现连续贯入，可比机械式十字板测试效率提高5倍以上。
试验仪器主要由下列4部分组成：
（1）测力装置。开口钢环式测力装置。
（2）十字板头。国内外多采用矩形十字板头，径高比为1：2的标准型。板厚宜为2～3 mm。常用的规格有50 mm×100 mm和75 mm×l50 mm两种。前者适用于稍硬黏性土。
（3）轴杆。一般使用的轴杆直径为20 mm。
（二）试验要求及试验要点
1.试验的一般要求
在试验过程中，操作的一般要求如下：
（1）钻孔要求平直，不弯曲，应配用φ 33 mm和φ 42 mm专用十字板试验探杆。
（2）钻孔要求垂直。
（3）钢环最大允许力矩80 kN·m。
（4）钢环半年率定一次或每项工程进行前率定。率定时应逐级加荷和卸荷，测记相应的钢环变形。至少重复3次，以3次量表读数的平均值（差值不超过0.005 mm）。
（5）十字板板头形状宜为矩形，径高比1∶2，板厚宜为2～3 mm。
（6）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。
（7）十字板插入至试验深度后，至少应静止2～3 min，方可开始试验。
（8）扭转剪切速率宜采用（1°～2°）/10 s，并应在测得峰值强度后继续测记1 min。
（9）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。
（10）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。
2.试验要点
这里主要介绍机械式十字板剪力仪试验要点，电测式十字板剪力仪试验要点可参考以下内容及有关规范。
（1）在试验地点，用回转钻机开孔（不宜用击入法），下套管至预定试验深度以上3～5倍套管直径处。
（2）用螺旋钻或提土器清孔，在钻孔内虚土不宜超过15 cm。在软土钻进时，应在孔中保持足够水位，以防止软土在孔底涌起。
（3）将板头、轴杆、钻杆逐节接好，并用牙钳上紧，然后下入孔内至板头与孔底接触。
（4）接上导杆，将底座穿过导杆固定在套管上，将制紧螺栓拧紧。将板头徐徐压至试验深度，管钻不小于 75 cm，螺旋钻不小于 50 cm，若板头压至试验深度遇到较硬夹层时，应穿过夹层再进行试验。
（5）套上传动部件，用转动摇手柄使特制键自由落入键槽，将指针对准任一整数刻，装上百分表并调整到零。
（6）试验开始，开动秒表，同时转动手柄，以 1°/10 s的转速转动，每转1° 测记百分表读数一次，当测记读数出现峰值或读数稳定后，再继续测记1 min，其峰值或稳定读数即为原状土剪切破坏时百分表最大读数 yε（0.01 mm）。最大读数一般在3～10 min内出现。
（7）逆时针方向转动摇手柄，拔下特制键，导杆装上摇把，顺时针方向转动6圈，使板头周围土完全扰动，然后插上特制键，按步骤（6）进行试验，测记重塑土剪切破坏时百分表最大读数 cε（0.01 mm）。
（8）拔下特制键和支爪，上提导杆2～3 cm，使离合齿脱离，再插上支爪和特制键，转动手柄，测记土对轴杆摩擦时百分表的稳定读数 gε（0.01 mm）。(www.xing528.com)
（9）试验完毕，卸下传动部件和底座，在导杆吊孔内插入吊钩，逐节取出钻杆和板头，清洗板头并检查板头螺丝是否松动，轴杆是否弯曲，若一切正常，便可按上述步骤继续进行试验。
（三）资料整理
1.计算原状土的抗剪强度Cu
原状土十字板不排水抗剪强度Cu值，其计算公式如下
式中 Cu——原状土的不排水抗剪强度（kPa）；
C——钢环系数（kN/0.01 mm）；
εy——原状土剪损时量表最大读数（0.01 mm）；
εg——轴杆与土摩擦时量表最大读数（0.01 mm）；
K——十字板常数（m－2），可由式（9-30）计算。
2.计算重塑土的抗剪强度
重塑土十字板不排水抗剪强度
值，其计算公式为
式中 Cu——重塑土的不排水抗剪强度（kPa）；
εc——重塑土剪损时量表最大读数（0.01 mm）。
3.计算土的灵敏度
土的灵敏度可用式（9-32）计算
（四）成果整理
十字板剪切试验成果可按地区经验，确定地基承载力、单桩承载力、计算边坡稳定，判定软黏性土的固结历史。
1.计算地基承载力
式中 fk——地基承载力（kPa）；
Cu ——修正后的十字板抗剪强度（kPa）；
γ——土的重度（kN/m2）；
h——基础埋置深度（m）。
2）Skempton公式（适用于D/B≤2.5）
式中 fu——极限承载力（kPa）；
B、L——基础底面宽度、长度（m）；
D——基础埋置深度（m）；
p0——基础底面以上的覆土压力（kPa）。
2.估算单桩极限承载力
单桩极限承载力计算公式如下
式中 Qumax——单桩最终极限承载力（kN）；
N0——承载力系数，均质土取9；
Cu ——桩端上的不排水抗剪强度（kPa）；
Cui ——桩周土的不排水杭剪强度（kPa）；
A——桩的截面面积（m2）；
U——桩的周长（m）；
L——桩的入土深度（m）。
3.检验地基加固改良的效果
对于软土地基预压加固工程，可用十字板剪切试验探测加固过程中地基强度的变化，检验地基加固的效果。例如，天津新港供油站油罐地基采用预压加固后，用十字板测得的地基土的不排水抗剪强度，并用Skempton公式计算（承压系数采用6），经3次预压，承载力由60 kPa提高到127 kPa。
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