10.6 十字板剪切试验
10.6.1 十字板剪切试验(VST)(vane shear test)是用插入土中的标准十字板探头,以一定速率扭转,量测土破坏时的抵抗力矩,测定土的不排水抗剪强度。
十字板剪切试验的适用范围,大部分国家规定限于饱和软黏性土(φ≈0),我国的工程经验也限于饱和软黏性土,对于其他的土,十字板剪切试验会有相当大的误差。
10.6.2 试验点竖向间隔规定为1m,以便均匀地绘制不排水抗剪强度一深度变化曲线;当土层随深度的变化复杂时,可根据静力触探成果和工程实际需要,选择有代表性的点布置试验点,不一定均匀间隔布置试验点,遇到变层,要增加测点。
10.6.3 十字板剪切试验的主要技术标准作如下说明:
1 十字板头形状国外有矩形、菱形、半圆形等,但国内均采用矩形,故本规范只列矩形。当需要测定不排水抗剪强度的各向异性变化时,可以考虑采用不同菱角的菱形板头,也可以采用不同径高比板头进行分析。矩形十字板头的径高比1:2为通用标准。十字板头面积比,直接影响插入板头时对土的挤压扰动,一般要求面积比小于15%;十字板头直径为50mm和75mm,翼板厚度分别为2mm和3mm,相应的面积比为13%~14%。
2 十字板头插入孔底的深度影响测试成果,美国规定为5b(b为钻孔直径),前苏联规定为0.3~0.5m,原联邦德国规定为0.3m,我国规定为(3~5)b。
3 剪切速率的规定,应考虑能满足在基本不排水条件下进行剪切;Skempton认为用0.1°/s的剪切速率得到的cu误差最小;实际上对不同渗透性的土,规定相应的不排水条件的剪切速率是合理的;目前各国规程规定的剪切速率在0.1°/s~0.5°/s,如美国0.1°/s,英国0.1°/s~0.2°/s,前苏联0.2°/s~0.3°/s,原联邦德国0.5°/s。
4 机械式十字板剪切仪由于轴杆与土层间存在摩阻力,因此应进行轴杆校正。由于原状土与重塑土的摩阻力是不同的,为了使轴杆与土间的摩阻力减到最低值,使进行原状土和扰动土不排水抗剪强度试验时有同样的摩阻力值,在进行十字板试验前,应将轴杆先快速旋转十余圈。
由于电测式十字板直接测定的是施加于板头的扭矩,故不需进行轴杆摩擦的校正。
5 国外十字板剪切试验规程对精度的规定,美国为1.3kPa,英国1kPa,前苏联1~2kPa,原联邦德国2kPa,参照这些标准,以1~2kPa为宜。
10.6.4 十字板剪切试验的成果分析应用作如下说明:
1 实践证明,正常固结的饱和软黏性土的不排水抗剪强度是随深度增加的;室内抗剪强度的试验成果,由于取样扰动等因素,往往不能很好反映这一变化规律;利用十字板剪切试验,可以较好地反映不排水抗剪强度随深度的变化。
2 根据原状土与重塑土不排水抗剪强度的比值可计算灵敏度,可评价软黏土的触变性。
3 绘制抗剪强度与扭转角的关系曲线,可了解土体受剪时的剪切破坏过程,确定软土的不排水抗剪强度峰值、残余值及剪切模量(不排水)。目前十字板头扭转角的测定还存在困难,有待研究。
4 十字板剪切试验所测得的不排水抗剪强度峰值,一般认为是偏高的,土的长期强度只有峰值强度的60%~70%。因此在工程中,需根据土质条件和当地经验对十字板测定的值作必要的修正,以供设计采用。
Daccal等建议用塑性指数确定修正系数μ(如图10.1)。图中曲线2适用于液性指数大于1.1的土,曲线1适用于其他软黏土。
10.6.5 十字板不排水抗剪强度,主要用于可假设φ≈0,按总应力法分析的各类土工问题中:
1 计算地基承载力
按中国建筑科学研究院、华东电力设计院的经验,地基容许承载力可按式(10.7)估算:
4 通过加固前后土的强度变化,可以检验地基的加固效果;
5 根据cu—h曲线,判定软土的固结历史:若cu—h曲线大致呈一通过地面原点的直线,可判定为正常固结土;若cu—h直线不通过原点,而与纵坐标的向上延长轴线相交,则可判定为超固结土。