DB21 T 1564.5-2007 岩土工程勘察技术规程 十字板剪切试验规程.pdf

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1、辽宁省地方标准五、f 字板剪切试验规程Specifications for vane shear test DB21/T1564.5-2007 主编单位:辽宁有色勘察研究院批准部门:辽宁省建设厅施行日期:2008 年 01 月12 日2007 沈阳1总则1.0.1 为规范统一十字板剪切试验(VST)的工作方法和技术要求，实现标准化，提高勘察成果质量，促进岩土工程的友展，恃制定本规程。1.O.2 十字板剪切试验适用于测定饱和软粘性土(1=0)的不排水抗剪强度和灵敏度。1.O.3 本规程适用于各种岩土工程勘察的软土测试，使用时尚应符合国家和行业有关规定的要求 o2 术语、符号2.1 术语2.1.1

2、 十字板剪切试验(VST)是用插人士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，适用于软士的一种尿位测试方法。2.1.2 灵敏度是指原状土的元侧限抗压强度与其重塑土的元侧限抗压强度之比。2.2 符号Cu 一一土的不排水抗剪强度C:，一一重塑土的不排水抗剪强度K 一一十字板常数S，一一灵敏度C 一一钢环率定系数一一传感器率定系数.108.3 试验设备3.0.1 十字板头规格和结构1 常用十字扳头为两块矩形薄铜(厚 2-3mm)翼片成十字交叉构成对称式，板头顶部十字交叉处焊接轴杆;十字板头翼片也有采用与水平面成不同角度 的三角形，以测定与水平面成 角的剪切面

3、上的水平向平均抗剪强度。板头要率定，率定方法见附录 Bc2 目前国际上通用的矩形十字板头规格，采用直径 D 与高H 之比为1:2。国内常用板头规格和十字板常数 K 值如表3.0.1。国内常用十字饭头规格表 3.0.1类型十字板规格十字板头尺寸(mm)转盘半径十字板常数D xH(mm)直径 D高度 H厚厚(BR(mm)K(m-2)200 436.76 50 x 1 50 1 2-3 250 545.95 机械式200 181.17 75 x 1 75 l 2-3 250 226.47 75 x 120 200 156.19 75 120 2-3 250 195.23 50 x 1 50 100

4、2 436.78 电测式75 x 1 75 100 2 118.17 注:软士采用大尺寸板头，稍硕士采用小尺寸板头。3.0.2 测试设备十字板剪力仪测试设备，主要由施力装置、测力设备和十字板头组成。按测力方式分为两类:1 机械式十字板剪力仪需与成套钻探设备配合使用。仪器主要由以下i部分组成:(1)测力装置:开口钢环式测力装置，借助钢环的拉伸变形(百分表、秒表测记)来反映施加扭力的大小;109 (2)十字扳头:规格见表 3.0.1;(3)辅杆:按轴杆与十字板的联接方式有离合式和牙嵌式两种。一般使用的轴杆直径为 20nun o成;2 电测式十字板剪力仪(1)十字板头:由十字板、扭力柱、测量电桥和套

5、筒等组(2)回转系统:由涡轮、蜗杆、卡盘、摇把和插头等组成;(3)加力系统、量测系统、反力系统与静力触探仪共用。4 测试方法4.0.1 机械式十宁板剪切试验l 普通十字板测试方法和步骤(高合式板头)(1)在试验地点，按钻探程序用回转法或冲击法将套管F至欲试验深度以上 3-5 倍套管直径处:(2)清除孔内残土至试验探度，采用空心螺旋钻清孔效果更好:(3)将板头、铀杆、钻杆逐节接好，并用牙钳上紧，然后下入孔内至披头与孔底接触;(4)先用摇把套在导杆上，向左转动，使十字板头离合齿咬合，再将十字板头徐徐压人士中主预定试验探度(如压人有困难，可轻轻用锤击人);(5)装上十字版剪力仪底座和加力、测力装置(

6、开口钢环)，并将底座与套管之间用制紧轴拧紧;装上测微哀，以(1 0 _ 2 0)/108 的速 F 唾转转盘，每转1 0 测记钢环变形读数l次，记录测表最大读二 Ry 值;(6)在完成原状土的试验后，拔下连接导忏与测力装置的特制键，套上摇把连续转动导杆、轴杆等 6 转，使主体完全扰动，再插入特制键，按步骤记录重塑士的测徽表最大读数 Rc值;.110 (7)拔持特制键，将十字板轴抨向上提 3-5c风使连接轴杆与十字板头的离合器脱离，再插上特制键，按步骤测得轴杆与土层间的摩阻力，记录测微表读数稳定值 Rg;(8)完成上述试验步骤后，拔出十字板，继续钻进，下人套管，再进行F一深度的试验。今般每隔 0

7、.75-1m 测定1 次，或根据静力触探贯入阻力均匀层选定试验深度。当采用址二嵌式板头时，轴杆校正不需提起导杆，逆时针快速转动摇手柄 30 余圃，再顺时针方向转动摇手柄，1则记士对轴杆摩擦之稳定值。其余操作步骤与离合式相同。2 轻便型十字板测试方法和步骤该仪器适用于中小型工程使用，携带方便，操作简单。(1)在预定孔位用螺旋钻清除表士，将十字板压人孔内预定探度;(2)以 2-58/度的速度均匀地顺时针方向旋转，记录测微表最大度数 Rr;(3)将钻轩 t 提 3cm 使离合器脱开，再继续顺时针方向旋转，测定轴杆与土层间的摩阻力，记录测微表稳定读数几;(4)再将宇板下压进行下层试验。继续深度达 5m

8、 后，用螺旋钻消除孔内废士，再压人十字板继续试验，最大试验探度可达lO m o4.O.2 电测十字板测试方法和步骤1 按静力触探贯入方法将十字板直接贯入到预定试验深度，使用旋转装置的卡盘卡住钻杆，用摇把以(P _20)/108 的匀速旋转涡轮蜗杆，每转1。测记 1 次，当读数出现峰值或稳定值后，再继续1 min，记录其峰值或稳定值读数;2 完成原状土剪切试验后，再测试亘塑士的抗剪强度。拔出特ifi!j键，在导轩上端装上旋转手柄，顺时针方向旋转 6 圈，使土充分扰动，再取下旋转手柄，插上旋转特制键重复上条规定的试验，测记重塑土剪切破坏的读数:3 完成一个试验深度后，松开卡盘，继续贯人十字板头至.

9、111.下一个试验探度进行试验;4 全孔各层试验完成后，上拔钻杆，将十字板头清洗干净待F次再用。4.0.3 十字板测试的记录1 用自动记录仪记录用自动记录仪的操作要遵守下列规定:(1)试验前要正确连接十字板头、电缆和记录仪、通电预热 10-ISmin;用于逆时针转动十字板头，观察记录仪显示，若反向显示，应调换接线;使用桥压可调的自动记录仪时，必须按十字板头率定的要求，调准桥压值，然后调零:使用双笔自动记录仪时，可用上笔记录试验过程。(2)试验开始后，应用于匀速转动自动记录仪走纸机构的齿轮。(3)当曲线出现峰值或稳定值后，均可视为其抗剪抗强度值，可停止试验。(的重塑土试验可重复 2、3 条的过程

10、。2 用微机记录用原位测试微机记录的操作应遵守下列规定:(1)试验前要正确连接十字板头、屏蔽电缆、微机，然后开机;选择调零下的通道、设置初值，使初值在 40-80 左右;用于逆时针转动十字扳头，观察数据是否由小变大，若由大变小，应调换连线。(2)试验时要按顺序输入有关参数、率定系数的输入应与原率定条件相一致;进入试验状态，输入韧值深度参数;试验每隔lO s 采样 1 次，当曲线开始下降或稳定不变时，结束试验，储存资料。(3)重塑土试验要把周围土充分破坏，然后重复上述试验步骤。3 用静态电阻应变仪记录(1)试验前应将十字板头、传输电缆、静态电阻应变仪连.112.接后，开机调零。(2)试验开始后，

11、当十字板每转动1 0 时，应调整应变仪相应的旋钮，(3)重塑土剪切试验可重复上述操作过程。4.0.4 试验深度按工程要求决定。试验段间距可根据地层均匀情况确定，一般均匀土每隔 1m 试验 1 次，每一层土不少于6 次，最好在不同孔内试验。4.O.5 试验深度超过 10m 时，为防止探杆弯曲，可安装导轮。试验土层太软时，为防止底部塌孔或孔底土上涌，除用护壁装置外，还可向孔内注入清水。4.0.6 记录表格式见附录 Ao5 资料整理5.0.1 机械式十字板剪切试验1 计算土的抗剪强度 CuC.=K.C(Ry-R.)(5.0.1-1)式中:C u-土的不排水抗剪强度(kPa);C 钢环率定系数(kN/

12、O.Ol mm);Rf原状土剪损时百分表读数(0.01mm);R5一轴杆与土问摩擦百分表的稳定读数(0.O1 mm);Py一原状士剪损时的扭力(kN);f 一轴轩与土间摩擦阻力(kN);K 一十字板常数(m-2)可按下式计算采用:K=2平-一臂 D2(亏+的R-转盘半径(m);D 一十字板头直径(m);H 一十字板头高度(m)。(5.O.1-2)113 2 计算重塑土的抗剪强度 C 丛Ca=K.C(R,-R/)(5.0.1-3)式中C一重塑土的不排水抗剪强度(kPa);R，.一重塑土剪损时百分表读数(0.Olmm);P，重塑t剪损时的扭力(kN)。3 计算士的灵敏度,)t去(5.O.1-4)4

13、 绘制单孔十字饭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，需要时绘制剪切强度与扭转角度的关系曲线。5.O.2 电测十字板剪切试验l 计算上的抗剪强度 CC=K .Ry(5.O.2-1)式中:cu一土的不排水抗剪强度(kPa);5 电测十字板头传感器的率定系数(kN/或kN/V);RY-原状士剪损时仪器读数(或 V)c 2 计算重塑士的抗剪强 ft c u C=K .Rc(5.O.2-2)式中C 也重塑土的不排水抗剪强度(kPa);Rc一重塑土剪损时仪器读数(或 V)。3 计算士的灵敏度、绘制十字板抗剪强度与试验深度关系曲线和抗剪强度与回转角的关系曲线，参照机

14、械式十字板剪切试验的规定。5.O.3 十字板剪切试验精度以1 吁 2kPa 为宜。.114 附录 A十字板剪切试验记录十字板剪切试验记录表表A.0.1 工程名称:试验编号:十字板常数 K(m-2):率定系数试验日期:年月日试验*状土重塑土深度旋转角度剪损时i卖数旋转角度剪损时在数备注(m)(0)Ry(0)R,一-一-机械式十字板时足和民的单位为 O.Olmm电测十字板剪切试验时R，和尺的唯位为 E或f.LV一一一一一试验:记录:检查:115 附录 B十字板头率定B.0.1 机械式十字板头率定对机械式十字板头施加扭力的大小，是通过钢环(开口钢环、量力环)的测微表(百分表)读数确定的，应对钢环进行

15、事先率定，求得钢环率定系数轧钢环率定一般每半年进行一次，其率远方法为:1 用绳扎住钢环后座，将钢环垂直吊空，在钢环的下端挂秤盘，秤盘内轻轻施加最大荷重 O.3kN，重复 2 次，以消除钢环的残余变形。2 然后逐级加荷，每级 o.05kN，测记相应的钢环变形;加至 O.3kN 后再逐级卸荷，每级 O.05kN，测记相应的钢环变形 R。3 如此至少重复 3 次，取每级荷重对应的百分表读数差值不超过 O.5mm 的 3 个读数的平均值 R 为横坐标，荷重 P 为纵坐标，绘制 R-P 散点图的连线，必须是通过原点的直线才算合格。4 计算钢环率定系数 CC=f(BO1-1)式中c 一钢环率定系数，kN/

16、O.Olmm;P 一某级荷载，kN;R 一相对应某级荷载的钢环变形即百分表读数，O.Olmm o B.O.2 电测十字板头率远对电测十字板头扭力柱施加扭力 P 的大小，是通过应变仪或数字测力仪测试应变 g 来确定的，一般 3-6 个月率定1 次，其率定方法是:1 将十字板头插入率定仪固定座内，通过施加扭矩的圆盘用陆码反复加荷至最大扭力 P，一般反复 2-3 次，以消除扭力柱加工引起的残余应力，并观测仪器零位漂移情况，直至回零正 116 产y.吊 o2 逐级加荷，般每级 O.OlkN，并测记仪器读数 8;直至扭力矩达到最大扭力，然后再逐级卸荷，测记相应的读数 s。3 按上述方法重复 3 次，计算

17、同级扭力 r3 次率定读数的平均值(包括加荷和卸荷)。4 以扭力 P 为纵坐标，取每级扭力 P 对应的应变读数 S 的平均值为横坐标，绘制 P-8 散点图，计算十字板扭力柱率定系数苦。f=2(B O 2-1)式中:t 一率定系数，kN/或 kN/mV;P 一率走曲线上直线段任一点扭力，kN;8-相对应 P 的应变读数，或 mV。117 附录 C本规程用词说明C.0.1 为便于在执行本规程条文时区别对待，对要求严格程度不同的用词说明如下:(1)表示很严格，非这样做不可的用词:正面词采用必须反面扣j采用严禁。(2)表示严格，在正常情况下均应这样做的用词:正面词采用应反面词采用不应或不得。(3)表示

18、允许稍有选择，在条件许可时，首先应这样做的用词:正面词采用宜反面词采用不宜。表示允许有选择，在一定条件下可以这样做的用词采用可。c.O.2 规程中指定应按其他标准、规范执行时，写法为应符合的规定或应按执行。.118.条文说明1总则1.0.1 本规程是在岩土工程勘察规范)(GB52 1)的基础上，充分利用工程实践中积累的经验，参考有关技术资料编制而成的。1.O.2 十字板剪切试验的适用范围，大部分国家规定限于饱和软粘性土问=0)，我国的工程经验也限于饱和软粘性土，对于其他的土，十字板剪切试验会有相当大的误差。1.O.3 由于岩土工程的范围广泛性，本规程不可能将岩土工程勘察中遇到的所有问题全部包括

19、进来。勘察人员进行工作时，还需遵守其他有关规范、规程的规定。3 仪器设备3.0.1 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，相当的面积比为 13%-14 l;l配。3.0.2 国内多采用电测十字板、静力触探轻型链式两用仪，只需在静力触探的机架上附加一套旋转装置，用

20、以十字板及进行十字板剪切试验，该装置与机械式十字板的旋转装置原理相同。4 测试方法4.0.1 机械式十字板剪切试验 120 机 J帧式十字板剪力仪是 20 世纪 50-70 年代常用的原位测试设备，但现在较少采用。电测十字板剪力仪从 80 年代起，国内开始普遍采用。l 十字板头插入孔底的深度影响测试成果，美国规定为日(b 为钻孔直径)，苏联规定为 0.3-O.5m，德国规定为 0.3m，中国规远为(3-5)b o 2 剪切速率的规寇，应考虑能满足在基本不排水条件下进行剪切skempton 认为用O.10/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，规是相应的不排水条件的剪切速

21、率是合理的;目前各国规程规定的剪切速率在 O.I O/s-0.5 0/8,如美国 O.1 0/s，英国 O.1 0/s-O.2 0/8，苏联 O.2 0/8-O.3 0/s，德国 0.5 0/s o3 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。由于原状士与重塑土的摩阻力是不同的，为了使轴杆与土间的摩阻力戚到最低值，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。4.0.2 电测十字板剪切试验，不必测试轴杆与土层间的摩阻力。电测十字板工作的心脏是扭力柱(传感器)，在扭力柱表面粘贴 4 片应变片构成全桥电路，当十字板头

22、受到扭矩时，扭力柱将产生变形，以电测仪器测定其微应变，电测仪器操作方法见静力触探操作方法。4.O.3 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。5 资料整理5.O.1-S.O.3 十字板剪切试验的成果分析应用作如下说 121 明:1 实践证明，正常固结的饱和软粘性土的不排水抗剪强度是随深度增加的;辛内抗剪强度的试验成果，由于取样扰动等因素，佳往不能很好地反映这一变化规律;利用十宇板剪切试验，可以较好地反映不排水抗剪强度随深度的变化。

23、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，口Jf价软粘士的触变性。3 国外十字板剪切试验规程对精确的规定，美国为l.3kPa.英因为 lkPa.苏联1-2kPa，德国 2kPa，参照这些标准，以1-2kPa 为宜。4 绘制抗剪强度与扭转角的关系曲线，可了解士体受剪时的剪叨破坏过程，确定软士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。5 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f宇板测定的值作必要的修正，以供设计时采用。6 十字板不排水抗剪强度，主要用于可假设=0，按总应力法分析的各类土工问题如下:(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，地基承载力叮按下式估算:q=2C丛+h 式中:C斗彦正后的不排水抗剪强度(kPa);士的重度(kN/m 3);h-基础理深(m)0(2)地基抗滑稳定性分析;(3)通过加固前后土的强度变化，可以检验地基的加固效果;.122.(4)根据 Cu-h 曲线，判定软土的固结历史:若 C u-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。123.