十字板剪切試驗(yàn)在寧波地區(qū)的應(yīng)用

【摘 要】文章結(jié)合寧波市的土層特點(diǎn)，在十字板原位剪切試驗(yàn)的適用性、試驗(yàn)原理及試驗(yàn)方法提出了自己的見解，提出了十字板剪切實(shí)驗(yàn)的成果取得及其應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】十字板剪切試驗(yàn)；成果；應(yīng)用

【Abstract】Combining the characteristics of the soil in Ningbo City， applicability， test principle and test methods in situ vane shear test in the proposed own opinion， made vane shear test and its application of the results obtained.

【Key words】Vane shear test；Results；Application

寧波位于浙江省東部的東海之濱，受自然地質(zhì)條件的影響，軟弱土分布廣泛，且厚度較大，天然含水量高。在工程地質(zhì)勘察中對(duì)軟土的原位測(cè)試工作顯得比較重要，近年來，無論是興建各類建（構(gòu)）筑物，還是修筑海堤、高速公路均采用了十字板剪切試驗(yàn)，十字板剪切試驗(yàn)是在現(xiàn)場(chǎng)原位進(jìn)行，保持了土的天然應(yīng)力狀態(tài)，減少了土的擾動(dòng)，試驗(yàn)操作簡(jiǎn)便，結(jié)果判釋簡(jiǎn)單直觀，成果較為精確。

1. 試驗(yàn)的適用條件和原理

（1）十字板原位剪切試驗(yàn)適用于測(cè)定滲透系數(shù)很小的飽和軟粘土的不排水抗剪強(qiáng)度和殘余抗剪強(qiáng)度，并計(jì)算其測(cè)試點(diǎn)的靈敏度，測(cè)得的值為飽和軟土在天然應(yīng)力狀態(tài)下固結(jié)的不排水抗剪強(qiáng)度，對(duì)于具有粉砂、粉土夾層或透鏡體的軟土其值往往偏高，而且其成果的離散性大，對(duì)于含有砂層、礫石、貝殼、樹根及其他為分解的有機(jī)質(zhì)土層是不宜適用的。

（2）目前普遍采用的電測(cè)式十字板剪力儀試驗(yàn)，其原理是將一定規(guī)格的十字板頭插入至預(yù)定試驗(yàn)深度，并對(duì)板頭施加扭力矩，以一定的速率逐漸將土體剪損，測(cè)得土體抵抗抗剪損所需的最大扭力矩。最后通過一定的計(jì)算得出土體得不排水抗剪強(qiáng)度值（相當(dāng)于內(nèi)摩擦角為0）。

2. 試驗(yàn)方法

十字板原位剪切試驗(yàn)可根據(jù)不同的試驗(yàn)要求執(zhí)行相應(yīng)的試驗(yàn)規(guī)程，在試驗(yàn)時(shí)必須注意以下幾點(diǎn)：

2.1 傳感器的率定。

由于試驗(yàn)所需的扭力傳感器為電阻應(yīng)變片式的橋路組合，因此一般每3個(gè)月應(yīng)率定一次，對(duì)于大中型、重大工程或?qū)鞲衅饔幸蓡枙r(shí)均應(yīng)事先對(duì)傳感器進(jìn)行率定，率定合格后方可使用。其率定的綜合誤差（線性誤差、重復(fù)性誤差、回滯誤差等）應(yīng)小于±1%，并建立其檔案，以供查用。

2.2 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。

（1）剪力儀安裝必須豎直地面，嚴(yán)格控制板頭的貫入深度、試驗(yàn)間距及十字板的剪切速率。

（2）對(duì)均質(zhì)土豎向間距可選為1m，對(duì)非均質(zhì)或夾薄層粉細(xì)砂的軟粘性土，宜先作靜力觸探，結(jié)合土層變化，選擇軟粘土再進(jìn)行十字板試驗(yàn)。十字板插入至試驗(yàn)深度后，至少應(yīng)靜止2～3min方可開始試驗(yàn)；扭轉(zhuǎn)剪切速率宜采用1～2°/10s，試驗(yàn)在3～10min內(nèi)出現(xiàn)峰值強(qiáng)度，若出現(xiàn)峰值強(qiáng)度在10min之后則試驗(yàn)數(shù)據(jù)會(huì)隨試驗(yàn)時(shí)間的增加而最大，其實(shí)其試驗(yàn)條件也已發(fā)生了改變，那時(shí)就不再是不排水抗剪強(qiáng)度了；在測(cè)得峰值強(qiáng)度后尚應(yīng)繼續(xù)測(cè)記1min。

（3）在峰值強(qiáng)度測(cè)試完后，順扭轉(zhuǎn)方向連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)6 圈后，測(cè)定重塑土的不排水抗剪強(qiáng)度，在重塑土的試驗(yàn)時(shí)其值往往是個(gè)穩(wěn)定值。

2.3 減少土體擾動(dòng)。

十字板頭進(jìn)入土層必然會(huì)引起土的擾動(dòng)，因此選用的板頭應(yīng)符合要求，十字板板頭形狀宜為矩形，徑高比1：2，板厚宜為2～3mm；并且插入后應(yīng)間歇一段時(shí)間，讓土體有一定的恢復(fù)，但間歇時(shí)間過長(zhǎng)會(huì)產(chǎn)生土體自重壓力下沿板頭排水。一般宜保持2～5min的間歇。

3. 試驗(yàn)成果的取得

十字板剪切試驗(yàn)可獲得軟土的不排水抗剪強(qiáng)度值即現(xiàn)場(chǎng)十字板強(qiáng)度，由于現(xiàn)場(chǎng)十字板剪切試驗(yàn)會(huì)受各種因素的影響，其值偏大。在寧波地區(qū)的軟土層含有機(jī)質(zhì)，且呈層狀，層間夾粉細(xì)砂薄層。部分地段還會(huì)有貝殼的富集，因此對(duì)十字板強(qiáng)度應(yīng)配合附近的鉆孔資料進(jìn)行具體的分析，尤其是當(dāng)十字板強(qiáng)度比較離散時(shí)，尚應(yīng)分析其合理性。另外在寧波地區(qū)的軟土其塑性指數(shù)較高，一般在16～19左右，個(gè)別的會(huì)大于30，為讓試驗(yàn)結(jié)果更好地反應(yīng)實(shí)際的地質(zhì)情況，準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)地基土的強(qiáng)度，還應(yīng)根據(jù)試驗(yàn)所需的剪切破壞時(shí)間和試驗(yàn)的軟土特性進(jìn)行修正（公式略）。

4. 試驗(yàn)成果的應(yīng)用

寧波地區(qū)采用十字板強(qiáng)度主要用于判斷飽和軟土的靈敏度、邊坡的穩(wěn)定性驗(yàn)算、測(cè)定地基土的強(qiáng)度變化及估算地基土的應(yīng)力歷史，下面根據(jù)既有的工程實(shí)例總結(jié)如下：

（1）判斷飽和軟土的靈敏度。

只要進(jìn)行了原狀土與重塑土的十字板強(qiáng)度試驗(yàn)，就可判斷其軟土的結(jié)構(gòu)性-靈敏度。一般地處于寧波地區(qū)周邊海岸線一帶的軟土其靈敏度介于4～6之間，個(gè)別的可達(dá)10～15，屬于高靈敏土，其他地區(qū)的軟土其靈敏度一般為2～8中至高靈敏土。

（2）邊坡穩(wěn)定性的驗(yàn)算。

在軟土地基上興建水利工程及填挖方斜坡工程的穩(wěn)定性分析與驗(yàn)算時(shí)，尤其是目前的高層建筑興起、標(biāo)準(zhǔn)海塘的修建、滑坡地區(qū)測(cè)定滑動(dòng)帶位置及其殘余強(qiáng)度的測(cè)定均普遍采用十字板剪切試驗(yàn)。

（3）測(cè)定地基土的加固效果。

在軟基上所進(jìn)行的堆載預(yù)壓等方法加固后，可采用加固前后的十字板強(qiáng)度值進(jìn)行對(duì)比來評(píng)價(jià)其加固效果。與寧波相連的高速公路以及杭州灣跨海大橋引橋段、北侖港務(wù)局等工程均進(jìn)行了加固前后的大量十字板剪切試驗(yàn)對(duì)比。

（4）測(cè)定地基土的應(yīng)力歷史。

十字板剪切試驗(yàn)是在現(xiàn)場(chǎng)原位進(jìn)行的，試驗(yàn)時(shí)地基土的應(yīng)力仍保持天然狀態(tài)，因此十字板強(qiáng)度反映了上覆土的有效應(yīng)力作用，一般地十字板的強(qiáng)度在同一層中隨深度的增加而增大，十字板強(qiáng)度Cu隨深度H增加一般呈線性變化，其一般式為：

Cu=AH+B

場(chǎng)地土的應(yīng)力歷史只要看B值的數(shù)值就可判定。寧波地區(qū)的B值一般為大于或等于0，為正常或超固結(jié)土，僅在近海岸地帶出現(xiàn)B小于0，為欠固結(jié)土。

（5）十字板強(qiáng)度與其他指標(biāo)的比較。

在寧波地區(qū)，由于軟土的分布范圍廣，含水量大，采用十字板法進(jìn)行原位剪切試驗(yàn)較為適宜，所以應(yīng)用較為普遍。為與其他一些試驗(yàn)值之間進(jìn)行對(duì)

比，根據(jù)本人多年積累的資料，將十字板剪切試驗(yàn)強(qiáng)度與靜力觸探指標(biāo)qc、無側(cè)限抗壓強(qiáng)度qu的關(guān)系為：

Cu=3.01+0.06qc （相關(guān)系數(shù)γ=0.96）

Cu=qu/2 （相關(guān)系數(shù)γ=0.98）

式中：Cu——現(xiàn)場(chǎng)十字板強(qiáng)度（KPa）

qc——錐尖阻力（KPa）

qu——無側(cè)限抗壓強(qiáng)度（KPa）

參考文獻(xiàn)

[1] 《巖土工程勘察規(guī)范》（GB 50021-2001.

[文章編號(hào)]1619-2737（2015）03-18-333