摘要：十字板剪切试验方法于中国南京水利科学院在五十年代所引入使用，在沿海各个省市和很多江河平原区域软黏土场地获得一定范围的运用。作为一种快速测定饱和软黏土层抗剪强度的原位测试方法，在实际应用中具有设备简单、操作方便的特点。其测定的是土层在原位压力下固结的不排水抗剪强度，有效避免了土体扰动及天然应力状态的改变，能很好的反映土的天然强度。基于此，对水运工程勘察中十字板剪切试验的应用进行研究，以供参考。
关键词：水运工程勘察 十字板剪切 实际应用
引言
十字板剪切试验被广泛用于测量饱和软粘性土的抗剪强度，是计算地基承载力、堤防稳定性、软粘土敏感性等地基力学参数不可或缺的原位试验方法。试验时，应将十字头插入试验土中，并对插入的板头施加一定的扭转力，使板头能剪切土。试验土的抗剪强度可以通过旋转十字板时的阻力矩来计算。在日常软土工程勘察中，必须测量饱和软土的抗剪强度和灵敏度，但应注意试验条件，以保证试验的准确性。
1十字板剪切试验的原理
十字剪切试验又称VST，主要经由给予送进地基内的形状及尺寸大小相对固定的十字板头增加扭转方面的力矩干扰，促进此类板头于土层内维持相同速率扭转运动，而构成圆柱形状的干扰面，经由更换计算机评估地基相关土层并不排出水分的抵抗剪切强度值。因为于试验检测时，十字板方面剪切相关试验测定并不用收集土壤样品，针对相对饱和的软黏土因为收集样品不容易，需维持天然应力情况之下给予扭剪处置，以获得天然状态下抗剪强度。此方法测得的抗剪强度在理论上相当于三轴不排水剪的总强度，或者是无侧限抗压强度的一半。在当前水运工程勘察中，必须对饱和软土进行抗剪强度测试，但是由于仪器的使用条件局限性，故需充分注重维持测定条件相对准确。
2十字板剪切试验的设备和方法
（1）试验设备，机翼细胞支架在水运技术研究中必须使用的设备有：十字板头部（通常板高是板的两倍，叶片角度为60，面比保持在13% ～ 14%）、贯流、试验轴（直径13毫米或16毫米，长度50 ～ 75毫米）、扭矩传感器、扭矩作业装置和测量仪等。（2）试验方法，1 .安装设备。设置测试用水平台，做好框架安装和固定工作。2 .实验。用柔和的音调插入十字頭，锁定探针，将数据重置为零，转动手柄（每10秒钻孔读取一次），然后转动转轴观察十字头产生的扭矩。扭矩达到稳定值或峰值后，连续顺时针旋转轴6次，测量变形土的剪切强度，放宽轴，干扰实验土，测量扰动土的剪切强度。
3十字板剪切试验在水运工程勘察中的应用
3.1岸坡（护岸）抗滑稳定性分析
拟建的水运工程场地内往往发育饱和软黏土层，而软黏土层往往是岸坡（护岸）滑动的潜在滑动面，对抗滑稳定性影响较大。因此，较为准确的获取软黏土层的抗剪强度显得至关重要。而十字板剪切试验可以测得天然状态下的抗剪强度指标，且较室内试验成果准确，与实际情况吻合度高，很大程度上提高稳定性分析的准确、合理性，更好的为设计方案所需的参考数据奠定基础。
3.2加压
缓慢向右拉动竖向力调节滚动条，观察电脑上读数，直至调到设定压力（也可根据需要勾选“自动调整竖向伺服阀”）。在软件中设置记录间隔时间（即多长时间记录一组数据），按“开始记录”按钮，开始记录试验数据。缓慢拉动剪切速率调节滚动条，直到需要的剪切速率（速率为空载下测得，加载时速率变慢，可勾选“自动调整剪切伺服阀”使软件自行调整），此时横向油缸匀速前进，剪切力逐渐增大，直到试样破坏。试样破坏后，按“停止记录”按钮，然后将剪切开关扭到后退位置，将竖向开关扭到上升位置，使两个方向油缸活塞回缩，与剪切盒脱离接触，竖向与横向油缸都退到底后，按“伺服停止”按钮，关闭伺服阀，再关闭油泵电机，吊起拉杆，便可向外拉出试样盒，对试样进行观察和量测剪切面积，测定剪切面起伏差，绘制沿剪切方向断面高度的变化曲线，记录剪切面的破坏情况、擦痕的分布方向和长度。
3.3饱和软粘性土的灵敏度测定
灵敏度高是饱和软粘土的重要特性，在水运工程勘察时，无法很好的进行取样，因此，只能采取原位试验的方式。同其他试验方法比较，十字板剪切试验有着数据准确和测定方便的特点。十字板剪切试验可以对原状土的抗剪强度和重塑土的抗剪强度进行测定，依靠两者的比值，得到软粘土的灵敏度。
3.4十字板剪切试验于水运项目工程具
体勘察过程中运用时的注意要点，第一，实行十字板相关剪切试验检验的前期，首先要针对测力使用的扭力传感器（或开口钢环）进行标定，一般为室温环境（20±5）℃、3个月标定一次。第二，实施钻孔的时候，十字板的头部送进孔底之下的深度值需在钻进孔的直径大小3倍～5倍，维持十字板可以与不干扰土壤的基础下开展剪切指标试验检测。第三，于同一个孔中开展深度值存在差距性的剪切项目试验测定的时候，其间距值需在0.75m～1.00m以上。第四，将十字板的头部送进土壤内要求的深度值之后，需予以静置放置2min～3min，之后再开展剪切项目试验测定。由于送入板头的时候于周围形成超孔隙相关水压力情况，需维持静置，放置时长适当，如果放置时长比较长，则孔隙压力得以消除，导致有效应力出现提升现象，导致没有排出水分下的抵抗剪切强度值提升;如果放置时长比较短，那么土壤稍微受到干扰没有得以及时恢复过来，常常导致测定所得强度数据比较小。
4十字板剪切试验时的注意事项
十字板剪切试验港口及航道建设的研究和应用需要注意以下事项：十字板剪切试验前，需校准分裂式刚性环或扭矩传感器进行力测量。在试验过程中，必须将十字头插入指定深度，然后在试验开始前2 ～ 3分钟保持静止状态。使用开放式钢环试验装置时，应考虑轴与土之间的摩擦。水运工程勘察往往面临勘察区为河流、湖泊和海洋的情况。这种水温试验方法容易受到过往船只或风和浪的影响。因此，机翼细胞支架必须建立稳定平台，以减少风波造成的误差。从铲切试验中获得的数据通常位于高侧，需要修改。比如未排水峰值强度，测试数据往往在高侧，实际值只能达到测试数据的60% ～ 70%。根据以往的试验经验，在含有壳屑或砂的土层中使用机翼细胞支架时，会发生数据失真。因此，机翼单元保障试验数据不能直接用于这类地面，只能作为参考。
结束语
概括地说，十字板剪切试验在饱和软粘性土抗剪强度试验中具有广泛的应用，可用于测试水运技术、地基承载力、软音灵敏度和坝体稳定性等参数。十字板剪切试验具有设备轻便、操作简便、检测速度快、效率高、无取样等优点，可以保证实验数据的准确性。由于水运工程经常面临一些影响试验结果的条件，如风波、船舶、水流、水压等对试验结果有一定影响的因素，因此，在利用十字板剪切试验检查软土剪切强度时，有必要考虑这些因素，以确保试验数据的准确性，并为工程设计提供数据支持。
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