沿海、河湖地区常有淤泥、淤泥质土等软土分布,这类土强度低、灵敏度高,取样到室内试验容易受到扰动,测出的强度往往和原位状态有出入。十字板剪切试验在软土现场直接测定土的不排水抗剪强度,避免了取样扰动,是勘察中常用的原位测试方法。本文介绍十字板剪切仪的应用方法。
一、原理
十字板剪切仪把一个十字形的板头压入土中,然后在地面通过杆件施加扭矩使板头在土体内旋转,土体被剪切成一个圆柱面。根据施加的最大扭矩、板头尺寸和旋转参数,可以换算出软土的不排水抗剪强度。由于是在土的原位状态下剪切,结果比较接近土体的实际强度。 二、设备组成与准备
设备主要由十字板头、轴杆、施加扭矩的装置和测力(或测扭)系统组成。测试前要检查板头尺寸是否符合要求、轴杆有无弯曲、测力装置是否校准。根据预计的土质软硬选择合适尺寸的板头,软弱土用较大板头,稍硬的土用较小板头。
三、测试步骤
把板头缓慢压入土中到预定深度,静置一段时间消除压入产生的扰动,然后匀速施加扭矩。开始阶段扭矩随转角增大而上升,达到峰值后再继续转动,扭矩会下降并趋于平稳,据此可以得到峰值强度和重塑后的强度,两者的比值反映了土的灵敏度。测完一个深度后可以提起板头到下一个深度继续测试,或者按规范在若干深度布点。
四、成果应用
十字板剪切试验得到的抗剪强度可以用于软土地基的承载力估算、边坡稳定分析和堤坝设计。由于软土强度存在各向异性和随深度变化的特点,应结合多个测点的结果综合分析。灵敏度高的软土在受到扰动后强度下降明显,施工时要注意减少对地基土的扰动。
五、注意事项
压入板头时速度不要太快,以免扰动过大。不同土层的交界处不宜作为测点,以免结果失真。轴杆的摩擦会影响扭矩传递,可采用护套管减小杆侧摩阻的影响。测试记录要完整,注明深度、转角、扭矩和对应强度。十字板剪切仪直接服务于工程实践,方法简便,适用于不易取原状样的软土场地,是勘察工作中的一项实用手段。
在软土地区开展勘察时,十字板试验常和静力触探、取土试验配合使用,互相补充。