遼寧省地方標(biāo)準(zhǔn)

五、f字板剪切試驗(yàn)規(guī)程

Specificationsforvanesheartest

DB21/T1564.5-2007

主編單位:遼寧有色勘察研究院

批準(zhǔn)部門:遼寧省建設(shè)廳

施行日期:2008年01月12日

2007沈陽

1總則

1.0.1為規(guī)范統(tǒng)一十字板剪切試驗(yàn)(VST)的工作方法和

技術(shù)要求，實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，提高勘察成果質(zhì)量，促進(jìn)巖土工程的友

展，恃制定本規(guī)程。

1.O.2十字板剪切試驗(yàn)適用于測定飽和軟粘性土('1'=0)

的不排水抗剪強(qiáng)度和靈敏度。

1.O.3本規(guī)程適用于各種巖土工程勘察的軟土測試，使用

時尚應(yīng)符合國家和行業(yè)有關(guān)規(guī)定的要求o

2術(shù)語、符號

2.1術(shù)語

2.1.1十字板剪切試驗(yàn)(VST)

是用插人士中的標(biāo)準(zhǔn)十字板探頭，以一定速率扭轉(zhuǎn)，量測土

破壞時的抵抗力矩，測定土的不排水抗剪強(qiáng)度，適用于軟士的一

種尿位測試方法。

2.1.2靈敏度

是指原狀土的元側(cè)限抗壓強(qiáng)度與其重塑土的元側(cè)限抗壓強(qiáng)度

之比。

2.2符號

Cu一一土的不排水抗剪強(qiáng)度

C:，一一重塑土的不排水抗剪強(qiáng)度

K一一十字板常數(shù)

S，一一靈敏度

C一一鋼環(huán)率定系數(shù)

￡一一傳感器率定系數(shù)

.108.

3試驗(yàn)設(shè)備

3.0.1十字板頭規(guī)格和結(jié)構(gòu)

1常用十字扳頭為兩塊矩形薄銅(厚2-3mm)翼片成十

字交叉構(gòu)成對稱式，板頭頂部十字交叉處焊接軸桿;十字板頭翼

片也有采用與水平面成不同角度β的三角形，以測定與水平面成

β角的剪切面上的水平向平均抗剪強(qiáng)度。板頭要率定，率定方法

見附錄Bc

2目前國際上通用的矩形十字板頭規(guī)格，采用直徑D與高

H之比為1:2。國內(nèi)常用板頭規(guī)格和十字板常數(shù)K值如表

3.0.1。

國內(nèi)常用十字飯頭規(guī)格表3.0.1

十字板規(guī)格十字板頭尺寸(mm)轉(zhuǎn)盤半徑十字板常數(shù)

類型

DxH(mm)直徑D高度H厚厚(BR(mm)K(m-2)

200436.76

50x1∞502-3

1∞250545.95

200181.17

機(jī)械式75x1∞752-3

l∞250226.47

200156.19

75x120751202-3

250195.23

50x1∞501002∞436.78

電測式

75x1∞751002∞118.17

注:軟士采用大尺寸板頭，稍碩士采用小尺寸板頭。

3.0.2測試設(shè)備

十字板剪力儀測試設(shè)備，主要由施力裝置、測力設(shè)備和十字

板頭組成。按測力方式分為兩類:

1機(jī)械式十字板剪力儀

需與成套鉆探設(shè)備配合使用。儀器主要由以下i部分組成:

(1)測力裝置:開口鋼環(huán)式測力裝置，借助鋼環(huán)的拉伸變

形(百分表、秒表測記)來反映施加扭力的大小;

?109?

(2)十字扳頭:規(guī)格見表3.0.1;

(3)輔桿:按軸桿與十字板的聯(lián)接方式有離合式和牙嵌式

兩種。一般使用的軸桿直徑為20nuno

2電測式十字板剪力儀

(1)十字板頭:由十字板、扭力柱、測量電橋和套筒等組

成;

(2)回轉(zhuǎn)系統(tǒng):由渦輪、蝸桿、卡盤、搖把和插頭等組成;

(3)加力系統(tǒng)、量測系統(tǒng)、反力系統(tǒng)與靜力觸探儀共用。

4測試方法

4.0.1機(jī)械式十寧板剪切試驗(yàn)

l普通十字板測試方法和步驟(高合式板頭)

(1)在試驗(yàn)地點(diǎn)，按鉆探程序用回轉(zhuǎn)法或沖擊法將套管F

至欲試驗(yàn)深度以上3-5倍套管直徑處:

(2)清除孔內(nèi)殘土至試驗(yàn)探度，采用空心螺旋鉆清孔效果

更好:

(3)將板頭、鈾桿、鉆桿逐節(jié)接好，并用牙鉗上緊，然后

下入孔內(nèi)至披頭與孔底接觸;

(4)先用搖把套在導(dǎo)桿上，向左轉(zhuǎn)動，使十字板頭離合齒

咬合，再將十字板頭徐徐壓人士中主預(yù)定試驗(yàn)探度(如壓人有

困難，可輕輕用錘擊人);

(5)裝上十字版剪力儀底座和加力、測力裝置(開口鋼

環(huán))，并將底座與套管之間用制緊軸擰緊;裝上測微哀，以

00

(10_2)/108的速F唾轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)盤，每轉(zhuǎn)1測記鋼環(huán)變形讀數(shù)l

次，記錄測表最大讀二Ry值;

(6)在完成原狀土的試驗(yàn)后，拔下連接導(dǎo)懺與測力裝置的

特制鍵，套上搖把連續(xù)轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿、軸桿等6轉(zhuǎn)，使主體完全擾

動，再插入特制鍵，按步驟⑤記錄重塑士的測徽表最大讀數(shù)Rc

值;

.110?

(7)拔持特制鍵，將十字板軸抨向上提3-5c風(fēng)使連接軸

桿與十字板頭的離合器脫離，再插上特制鍵，按步驟⑥測得軸桿

與土層間的摩阻力，記錄測微表讀數(shù)穩(wěn)定值Rg;

(8)完成上述試驗(yàn)步驟后，拔出十字板，繼續(xù)鉆進(jìn)，下人

套管，再進(jìn)行F一深度的試驗(yàn)。今般每隔0.75-1m測定1次，

或根據(jù)靜力觸探貫入阻力均勻?qū)舆x定試驗(yàn)深度。

當(dāng)采用址二嵌式板頭時，軸桿校正不需提起導(dǎo)桿，逆時針快速

轉(zhuǎn)動搖手柄30余圃，再順時針方向轉(zhuǎn)動搖手柄，1則記士對軸桿

摩擦之穩(wěn)定值。其余操作步驟與離合式相同。

2輕便型十字板測試方法和步驟

該儀器適用于中小型工程使用，攜帶方便，操作簡單。

(1)在預(yù)定孔位用螺旋鉆清除表士，將十字板壓人孔內(nèi)預(yù)

定探度;

(2)以2-58/度的速度均勻地順時針方向旋轉(zhuǎn)，記錄測微

表最大度數(shù)Rr;

(3)將鉆軒t提3cm使離合器脫開，再繼續(xù)順時針方向旋

轉(zhuǎn)，測定軸桿與土層間的摩阻力，記錄測微表穩(wěn)定讀數(shù)幾;

(4)再將「宇板下壓進(jìn)行下層試驗(yàn)。繼續(xù)深度達(dá)5m后，用

螺旋鉆消除孔內(nèi)廢士，再壓人十字板繼續(xù)試驗(yàn)，最大試驗(yàn)探度可

達(dá)lOmo

4.O.2電測十字板測試方法和步驟

1按靜力觸探貫入方法將十字板直接貫入到預(yù)定試驗(yàn)深度，

使用旋轉(zhuǎn)裝置的卡盤卡住鉆桿，用搖把以(P_20)/108的勻

速旋轉(zhuǎn)渦輪蝸桿，每轉(zhuǎn)1。測記1次，當(dāng)讀數(shù)出現(xiàn)峰值或穩(wěn)定值

后，再繼續(xù)1min，記錄其峰值或穩(wěn)定值讀數(shù);

2完成原狀土剪切試驗(yàn)后，再測試亙塑士的抗剪強(qiáng)度。拔

出特ifi!j鍵，在導(dǎo)軒上端裝上旋轉(zhuǎn)手柄，順時針方向旋轉(zhuǎn)6圈，使

土充分?jǐn)_動，再取下旋轉(zhuǎn)手柄，插上旋轉(zhuǎn)特制鍵重復(fù)上條規(guī)定的

試驗(yàn)，測記重塑土剪切破壞的讀數(shù):

3完成一個試驗(yàn)深度后，松開卡盤，繼續(xù)貫人十字板頭至

.111.

下一個試驗(yàn)探度進(jìn)行試驗(yàn);

4全孔各層試驗(yàn)完成后，上拔鉆桿，將十字板頭清洗干凈

待F次再用。

4.0.3十字板測試的記錄

1用自動記錄儀記錄

用自動記錄儀的操作要遵守下列規(guī)定:

(1)試驗(yàn)前要正確連接十字板頭、電纜和記錄儀、通電預(yù)

熱10-ISmin;用于逆時針轉(zhuǎn)動十字板頭，觀察記錄儀顯示，若

反向顯示，應(yīng)調(diào)換接線;使用橋壓可調(diào)的自動記錄儀時，必須按

十字板頭率定的要求，調(diào)準(zhǔn)橋壓值，然后調(diào)零:使用雙筆自動記

錄儀時，可用上筆記錄試驗(yàn)過程。

(2)試驗(yàn)開始后，應(yīng)用于勻速轉(zhuǎn)動自動記錄儀走紙機(jī)構(gòu)的

齒輪。

(3)當(dāng)曲線出現(xiàn)峰值或穩(wěn)定值后，均可視為其抗剪抗強(qiáng)度

值，可停止試驗(yàn)。

(的重塑土試驗(yàn)可重復(fù)2、3條的過程。

2用微機(jī)記錄

用原位測試微機(jī)記錄的操作應(yīng)遵守下列規(guī)定:

(1)試驗(yàn)前要正確連接十字板頭、屏蔽電纜、微機(jī)，然后

開機(jī);選擇調(diào)零下的通道、設(shè)置初值，使初值在40-80左右;

用于逆時針轉(zhuǎn)動十字扳頭，觀察數(shù)據(jù)是否由小變大，若由大變

小，應(yīng)調(diào)換連線。

(2)試驗(yàn)時要按順序輸入有關(guān)參數(shù)、率定系數(shù)的輸入應(yīng)與

原率定條件相一致;進(jìn)入試驗(yàn)狀態(tài)，輸入韌值深度參數(shù);試驗(yàn)每

隔lOs采樣1次，當(dāng)曲線開始下降或穩(wěn)定不變時，結(jié)束試驗(yàn)，儲

存資料。

(3)重塑土試驗(yàn)要把周圍土充分破壞，然后重復(fù)上述試驗(yàn)

步驟。

3用靜態(tài)電阻應(yīng)變儀記錄

(1)試驗(yàn)前應(yīng)將十字板頭、傳輸電纜、靜態(tài)電阻應(yīng)變儀連

.112.

接后，開機(jī)調(diào)零。

(2)試驗(yàn)開始后，當(dāng)十字板每轉(zhuǎn)動10時，應(yīng)調(diào)整應(yīng)變儀相

應(yīng)的旋鈕，

(3)重塑土剪切試驗(yàn)可重復(fù)上述操作過程。

4.0.4試驗(yàn)深度按工程要求決定。試驗(yàn)段間距可根據(jù)地層

均勻情況確定，一般均勻土每隔1m試驗(yàn)1次，每一層土不少于

6次，最好在不同孔內(nèi)試驗(yàn)。

4.O.5試驗(yàn)深度超過10m時，為防止探桿彎曲，可安裝導(dǎo)

輪。試驗(yàn)土層太軟時，為防止底部塌孔或孔底土上涌，除用護(hù)壁

裝置外，還可向孔內(nèi)注入清水。

4.0.6記錄表格式見附錄Ao

5資料整理

5.0.1機(jī)械式十字板剪切試驗(yàn)

1計算土的抗剪強(qiáng)度Cu

C.=K.C(Ry-R.)(5.0.1-1)

式中:Cu-土的不排水抗剪強(qiáng)度(kPa);

C←鋼環(huán)率定系數(shù)(kN/O.Olmm);

Rf原狀土剪損時百分表讀數(shù)(0.01mm);

R5一軸桿與土問摩擦百分表的穩(wěn)定讀數(shù)(0.O1mm);

Py一原狀士剪損時的扭力(kN);

f一軸軒與土間摩擦阻力(kN);

K一十字板常數(shù)(m-2)可按下式計算采用:

K=2平(5.O.1-2)

-一臂?D2(虧+的

R-轉(zhuǎn)盤半徑(m);

D一十字板頭直徑(m);

H一十字板頭高度(m)。

?113?

2計算重塑土的抗剪強(qiáng)度C'叢

C'a=K.C(R,-R/{)(5.0.1-3)

式中C'μ一重塑土的不排水抗剪強(qiáng)度(kPa);

R，.一重塑土剪損時百分表讀數(shù)(0.Olmm);

P，←重塑t剪損時的扭力(kN)。

3計算士的靈敏度

,)t去(5.O.1-4)

4繪制單孔十字飯剪切試驗(yàn)土的不排水抗剪峰值強(qiáng)度、殘

余強(qiáng)度、重塑土強(qiáng)度和靈敏度隨深度的變化曲線，需要時繪制剪

切強(qiáng)度與扭轉(zhuǎn)角度的關(guān)系曲線。

5.O.2電測十字板剪切試驗(yàn)

l計算上的抗剪強(qiáng)度C"

C"=K??.Ry(5.O.2-1)

式中:cu一土的不排水抗剪強(qiáng)度(kPa);

5電測十字板頭傳感器的率定系數(shù)(kN/μ或kN/

μV);

RY-原狀士剪損時儀器讀數(shù)(μ或μV)c

2計算重塑士的抗剪強(qiáng)f?tc'u

C'"=K??.Rc(5.O.2-2)

式中C'也←重塑土的不排水抗剪強(qiáng)度(kPa);

Rc一重塑土剪損時儀器讀數(shù)(με或μV)。

3計算士的靈敏度、繪制十字板抗剪強(qiáng)度與試驗(yàn)深度關(guān)系

曲線和抗剪強(qiáng)度與回轉(zhuǎn)角的關(guān)系曲線，參照機(jī)械式十字板剪切試

驗(yàn)的規(guī)定。

5.O.3十字板剪切試驗(yàn)精度以1吁2kPa為宜。

.114?

附錄A十字板剪切試驗(yàn)記錄

十字板剪切試驗(yàn)記錄表表A.0.1

工程名稱:

試驗(yàn)編號:十字板常數(shù)K(m-2):

率定系數(shù)·試驗(yàn)日期:年月日

試驗(yàn)*狀土重塑土

深度旋轉(zhuǎn)角度剪損時i賣數(shù)旋轉(zhuǎn)角度剪損時在數(shù)備注

(m)(0)Ry(0)R,

←一-一-

①機(jī)械

式十字板

時足和

民的單位

為O.Olmm

②電測

十字板剪

切試驗(yàn)時

R，和尺的

唯位為μE

或f.LV

一一一一一

試驗(yàn):記錄:檢查:

?115?

附錄B十字板頭率定

B.0.1機(jī)械式十字板頭率定

對機(jī)械式十字板頭施加扭力的大小，是通過鋼環(huán)(開口鋼

環(huán)、量力環(huán))的測微表(百分表)讀數(shù)確定的，應(yīng)對鋼環(huán)進(jìn)行

事先率定，求得鋼環(huán)率定系數(shù)軋鋼環(huán)率定一般每半年進(jìn)行一

次，其率遠(yuǎn)方法為:

1用繩扎住鋼環(huán)后座，將鋼環(huán)垂直吊空，在鋼環(huán)的下端掛

秤盤，秤盤內(nèi)輕輕施加最大荷重O.3kN，重復(fù)2次，以消除鋼環(huán)

的殘余變形。

2然后逐級加荷，每級o.05kN，測記相應(yīng)的鋼環(huán)變形;加

至O.3kN后再逐級卸荷，每級O.05kN，測記相應(yīng)的鋼環(huán)變形R。

3如此至少重復(fù)3次，取每級荷重對應(yīng)的百分表讀數(shù)差值

不超過O.∞5mm的3個讀數(shù)的平均值R為橫坐標(biāo)，荷重P為縱

坐標(biāo)，繪制R-P散點(diǎn)圖的連線，必須是通過原點(diǎn)的直線才算合

格。

4計算鋼環(huán)率定系數(shù)C

C=f(BO1-1)

式中c一鋼環(huán)率定系數(shù)，kN/O.Olmm;

P一某級荷載，kN;

R一相對應(yīng)某級荷載的鋼環(huán)變形即百分表讀數(shù)，O.Olmmo

B.O.2電測十字板頭率遠(yuǎn)

對電測十字板頭扭力柱施加扭力P的大小，是通過應(yīng)變儀

或數(shù)字測力儀測試應(yīng)變g來確定的，一般3-6個月率定1次，

其率定方法是:

1將十字板頭插入率定儀固定座內(nèi)，通過施加扭矩的圓盤

用陸碼反復(fù)加荷至最大扭力P，一般反復(fù)2-3次，以消除扭力

柱加工引起的殘余應(yīng)力，并觀測儀器零位漂移情況，直至回零正

?116?

產(chǎn)y.

吊o

2逐級加荷，→般每級O.OlkN，并測記儀器讀數(shù)8;直至

扭力矩達(dá)到最大扭力，然后再逐級卸荷，測記相應(yīng)的讀數(shù)s。

3按上述方法重復(fù)3次，計算同級扭力r3次率定讀數(shù)的

平均值(包括加荷和卸荷)。

4以扭力P為縱坐標(biāo)，取每級扭力P對應(yīng)的應(yīng)變讀數(shù)S的

平均值為橫坐標(biāo)，繪制P-8散點(diǎn)圖，計算十字板扭力柱率定系

數(shù)苦。

f=2(BO2-1)

式中:t一率定系數(shù)，kN/μ或kN/mV;

P一率走曲線上直線段任一點(diǎn)扭力，kN;

8-相對應(yīng)P的應(yīng)變讀數(shù)，με或mV。

?117?

附錄C本規(guī)程用詞說明

C.0.1為便于在執(zhí)行本規(guī)程條文時區(qū)別對待，對要求嚴(yán)格

程度不同的用詞說明如下:

(1)表示很嚴(yán)格，非這樣做不可的用詞:

正面詞采用"必須

反面扣j采用"嚴(yán)禁"。

(2)表示嚴(yán)格，在正常情況下均應(yīng)這樣做的用詞:

正面詞采用"應(yīng)

反面詞采用"不應(yīng)"或"不得"。

(3)表示允許稍有選擇，在條件許可時，首先應(yīng)這樣做的

用詞:

正面詞采用"宜"

反面詞采用"不宜"。

表示允許有選擇，在一定條件下可以這樣做的用詞采用

"可"。

c.O.2規(guī)程中指定應(yīng)按其他標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范執(zhí)行時，寫法為

"應(yīng)符合……的規(guī)定"或"應(yīng)按……執(zhí)行"。

.118.

條文說明

1總則

1.0.1本規(guī)程是在《巖土工程勘察規(guī)范)(GB5∞21)的

基礎(chǔ)上，充分利用工程實(shí)踐中積累的經(jīng)驗(yàn)，參考有關(guān)技術(shù)資料編

制而成的。

1.O.2十字板剪切試驗(yàn)的適用范圍，大部分國家規(guī)定限于

飽和軟粘性土問=0)，我國的工程經(jīng)驗(yàn)也限于飽和軟粘性土，

對于其他的土，十字板剪切試驗(yàn)會有相當(dāng)大的誤差。

1.O.3由于巖土工程的范圍廣泛性，本規(guī)程不可能將巖土

工程勘察中遇到的所有問題全部包括進(jìn)來?？辈烊藛T進(jìn)行工作

時，還需遵守其他有關(guān)規(guī)范、規(guī)程的規(guī)定。

3儀器設(shè)備

3.0.1十字板頭形狀國外有矩形、菱形、半圓形等，但國

內(nèi)均采用矩形，故本規(guī)范只列矩形。當(dāng)需要測定不排水抗剪強(qiáng)度

的各向異性變化時，可以考慮采用不同菱角的菱形板頭，也可以

采用不同徑高比板頭進(jìn)行分析。矩形十字板頭的徑高比1:2為

通用標(biāo)準(zhǔn)。十字板頭面積比，直接影響插入板頭時對土的擠壓擾

動，一般要求面積比小于15%;十字板頭直徑為50mm和

75mm，翼板厚度分別為2mm和3mm，相當(dāng)?shù)拿娣e比為13%-

14l;l配。

3.0.2國內(nèi)多采用電測十字板、靜力觸探輕型鏈?zhǔn)絻捎脙x，

只需在靜力觸探的機(jī)架上附加一套旋轉(zhuǎn)裝置，用以十字板及進(jìn)行

十字板剪切試驗(yàn)，該裝置與機(jī)械式十字板的旋轉(zhuǎn)裝置原理相同。

4測試方法

4.0.1機(jī)械式十字板剪切試驗(yàn)

?120?

機(jī)J幀式十字板剪力儀是20世紀(jì)50-70年代常用的原位測試

設(shè)備，但現(xiàn)在較少采用。電測十字板剪力儀從80年代起，國內(nèi)

開始普遍采用。

l十字板頭插入孔底的深度影響測試成果，美國規(guī)定為日

(b為鉆孔直徑)，蘇聯(lián)規(guī)定為0.3-O.5m，德國規(guī)定為0.3m，

中國規(guī)遠(yuǎn)為(3-5)bo

2剪切速率的規(guī)寇，應(yīng)考慮能滿足在基本不排水條件下進(jìn)

行剪切skempton認(rèn)為用O.10/s的剪切速率得到的Cu誤差最

小;實(shí)際上對不同滲透性的土，規(guī)是相應(yīng)的不排水條件的剪切速

率是合理的;目前各國規(guī)程規(guī)定的剪切速率在O.IO/s-0.50/8,

00

如美國O.10/s，英國O.10/s-O.20/8，蘇聯(lián)O.2/8-O.3/s，德

國0.50/so

3機(jī)械式十字板剪切儀由于軸桿與土層間存在摩阻力，因

此應(yīng)進(jìn)行軸桿校正。由于原狀士與重塑土的摩阻力是不同的，為

了使軸桿與土間的摩阻力戚到最低值，使進(jìn)行原狀土和擾動土不

排水抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)時有同樣的摩阻力值，在進(jìn)行十字板試驗(yàn)前，

應(yīng)將軸桿先快速旋轉(zhuǎn)十余圈。

4.0.2電測十字板剪切試驗(yàn)，不必測試軸桿與土層間的摩

阻力。電測十字板工作的心臟是扭力柱(傳感器)，在扭力柱表

面粘貼4片應(yīng)變片構(gòu)成全橋電路，當(dāng)十字板頭受到扭矩時，扭力

柱將產(chǎn)生變形，以電測儀器測定其微應(yīng)變，