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  • 1 # 科學薈萃

    主要是因為其它型別的土質測出結果誤差太大或者無法測出。

    十字板剪下試驗:全稱為野外十字板剪下試驗(Field Vane Shear Test,簡稱FVST)是用插入軟粘土中的十字板頭,以一定的速率旋轉,測出土的抵抗力矩,換算地基土不排水抗剪強度的現場試驗。

    此項技術最初由瑞典人在1919年提出來的,到40年代有巨大進展。其間,英國Skempton等人結合φ=0原理的概念在十字板剪下試驗的應用上作了很大貢獻。此後,在世界範圍內獲得廣泛應用。

    在中國,50年代由南京水利科學院引進,並在沿海諸省及多條河流的沖積平原軟粘土地區得到廣泛應用, 歷時十餘年的工作奠定了在中國的應用基礎。此後,中國很多單位在裝置的改進和應用實驗方面做了大量工作。

    十字剪板主要用於以下引數的測量:

    測定原位應力條件下軟粘土的不排水抗剪強度;

    評定軟粘土的靈敏度;計算地基的承載力;

    由於其儀器裝置和試驗方法導致其有一定的適用範圍:

    在沿海軟土地區廣泛使用,適用於靈敏度St ≤ 10、固結係數cv ≤ 100(m2/a)的均質飽和軟粘土。

    基本原理:

    在鑽孔中某深度的軟粘土中插入規定形狀和尺寸的十字板頭,施加扭轉力矩,將土體剪下破壞,測定土體抵抗扭損的最大力矩,根據力矩平衡條件,透過換算得到土體不排水抗剪強度Cu值(假定φ=0)。

    十字板頭旋轉過程中假設在土體中產生—個高度為H(十字板的高度)、直徑為D(十字板頭的直徑)的圓柱狀剪損面,如右圖;並假定該剪損面的側面和上、下底面上土的抗剪強度都相等。在剪損過程中,土體產生的最大抵抗力矩M由圓柱側表面的抵抗力矩M1和圓柱上下面的抵抗力矩M2兩部分組成。即M=M1十M2。其中:

    式中, cu—— 十字板抗剪強度;

    D—— 十字板頭直徑;

    H—— 十字板頭高度。

    對於普通十字板儀,上式中的M值應等於試驗測得的總力矩減去軸杆與土體間的摩擦力矩和儀器機械摩阻力矩,即:

    pf——剪損土體的總作用力;

    f——軸杆與土體間的摩擦力和儀器機械阻力,試驗時透過使十字板儀與軸杆脫離進行測定;

    R——施力轉盤半徑。

    將上式代入cu表示式,得:

    前面的係數對於一定規格的十字板儀來說為一常量,稱為十字板常數k,即

    則有

    該試驗在實際操作時,需要注意誤差分析。有很多因素會對結果造成影響,例如轉速,角度,儀器位置,深度等。

    綜上所述,十字剪下板試驗有它自身的適用範圍。

    主要優點:

    (1)試驗在原位進行,不用取樣;

    (2)對無法取樣和很難進行室內試驗的極軟粘土、岩土接觸面等,可以獲得必要的力學指標;

    (3)能更好的反映土的結構、構造特性;

    (4)試驗中的邊界條件是實際的邊界條件;

    (5)所測得的強度能較好的反映土的天然強度;

    (6)裝置簡單、操作方便。

    主要缺點:

    (1)對於不均勻土層,特別是夾有薄層粉細砂或粉土的軟粘土,會有較大誤差,使用時必須謹慎。

    (2)僅適用於江河湖海的沿岸地帶的軟土,適應範圍有限,對硬塑粘性土和含有礫石雜物的土不宜採用,否則會損傷十字板頭。

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