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c_u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。

图10.1 修正系数μ

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c_u—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c_u—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。