地基基础检测时机械式十字板剪切仪试验操作有哪些方法
室内的抗剪强度测试要求取得原状土样，但由于试样在采取、运送、保存和制备等方面不可避免地受到扰动，含水量也很难保持，特别是对于高灵敏度的软黏土，室内试验结果的精度就受到影响。因此，研发就地测定土的性质的仪器具有重要的意义。它不需要取原状土样，试验时的排水条件、受力状态与土所处的天然状态比较接近，对于很难取样的土也可以进行测试。在抗剪强度的原位测试方法中，目前国内广泛应用的是十字板剪切试验。
1.设备
由以下几部分组成：
（1）压入主机：见图6—2，应能将十字板头垂直压入土中。
（2）十字板头：见图6—3，直径D=50mm，高H=100mm，板厚2mm，刃口为60°，轴杆直径为13mm，轴杆长度为50mm。
（3）扭力传感器：见图6—4。传感器（电阻式）应具有良好的密封和绝缘性能，对地绝缘电阻不应小于200MΩ。传感器应事先率定。
图6—2 电测式十字板剪切仪
1—电缆；2—施加扭力装置；3—大齿轮；4—小齿轮；5—大链轮；6—链条；7—小链轮；8—摇把；9—钻杆；10—链条；11—支架立杆；12—山形板；13—垫压块；14—槽钢；15—十字板头
图6—3 十字板头
图6—4 电测式十字板扭力传感器
1—电缆；2—钻杆接头；3—固定护套螺丝；4—引线孔；5—电阻应变片；6—受扭力柱；7—护套；8—接十字板头丝扣
（4）量测扭力仪表：静态电阻应变仪（精度为5με）或数字测力仪（精度5N）。
（5）施加扭力装置：由蜗轮蜗杆、变速齿轮、钻杆夹具和手柄等组成。手摇柄转动一圈正好使钻杆转动一度。
（6）其他：钻杆、水平尺和管钳等。
2.测试方法
包括十字板头扭力传感器的率定和正式测试两部分。
（1）扭力传感器率定：其目的在于确定扭力矩与传感器应变值之间的关系，算出传感器率定系数。一般每隔三个月率定一次。如在使用过程中出现异常，经过检修后应重新率定。试验时使用的传感器、导线和测量仪器均应与率定时相同。其率定步骤如下：
①将十字板头接在扭力传感器上，拧紧后，把板头插入率定仪的固定座内。
②通过施加扭矩的圆盘（半径为20cm），用砝码反复加荷至最大允许扭矩（一般反复2—3次），并观测仪器零位漂移情况，直至传感器回零正常。
③逐级施加扭矩（一般每级加1ON重力的砝码），并测记相应的应变仪读数，直至达传感器的最大允许扭矩，然后逐级卸荷，并测记相应读数。如此重复率定三次，然后根据试验记录进行计算和绘图。首先计算同级扭矩下三次率定读数（应变值）的平均值（包括加荷与卸荷）。再以扭矩为纵坐标，以平均应变读数值为横坐标，绘制扭矩与应变值的关系曲线（图6—5）。最后，按下式计算传感器率定系数α值：
土体原位测试机理、方法及其工程应用
式中：α——传感器率定系数（N·cm/με）;
M——扭矩（N·cm）；
εp——扭矩M所对应的应变（με）。
率定后的传感器，其综合误差（包括线性误差、重复性误差及回滞误差等）不应大于全量程的士1%。对率定合格的传感器应建立档案，内容包括传感器编号、率定系数、接线方法、率定者及日期，以供查用。十字板剪切试验抗剪强度的测定精度应达到1—2kPa。
图6—5 扭矩与应变值关系曲线
（2）现场十字板剪切测试方法：
①安装及调平电测式十字板剪切仪机架，用地锚固定，并安装好施加扭力的装置。
②将十字板头接在传感器上拧紧，然后将其所附电缆及插头与穿入钻杆内的电缆及插座连接，并进行防水处理。接通测量仪器。注意，先将电缆穿过施加扭力装置的中心孔，然后再穿入探杆。
③将十字板头垂直压入土中至预定深度，并用卡盘卡住钻杆，使十字板头固定在同一深度上进行扭剪。在扭剪前，应读取初始读数或将仪器调零。
④测试开始。匀速转动手摇柄，摇柄每转一圈，十字板头旋转一度。每10s使摇柄转动一圈，每转动一圈测记应变读数一次。当读数出现峰值或稳定值后，再继续测记1min0GB50021-94规范规定，十字板头插入预定深度后须静置2—5min后才能开始扭剪，并应在2min内测得峰值强度。
⑤松开钻杆夹具，用扳手或管钳快速将探杆顺时针方向旋转6圈，使十字板头周围的土充分扰动后，立即拧紧钻杆夹具，重复步骤④，测记重塑土剪切破坏时的应变仪或测力仪的读数。在松开夹具旋转探杆时，应注意不使十字板下沉，必须保持在同一深度进行测试。为防止因十字板头旋转圈数太多而扭断电缆，应事先反向旋转板头数圈。
⑥完成一次试验后，松开钻杆夹具。根据需要，继续将十字板头压至下一个试验深度，重复③至⑤步骤。试验完毕，逐节提取钻杆和十字板头，清洗干净，检查各部件完好程度，拆除压入主机。
3.测试资料整理
电测十字板剪切试验中的数据可分为二类：第一类是原位剪切所测的原状土剪切破坏时的读数Ry和重塑土剪切破坏时的读数Re等；第二类是传感器率定系数及十字板头直径与高度。据上述试验数据，按下式计算土的抗剪强度及灵敏度：
土体原位测试机理、方法及其工程应用
式中：Cu——原状土抗剪强度（kPa）；
Cu′——重塑土抗剪强度（kPa）;
k——与十字板头尺寸有关的常数（cm-3）；如D=5cm，则k=0.00218cm-3；
α——传感器率定系数（N·cm/με）;
Ry,Re——分别为原状土和重塑土剪切破坏时的读数（με）;
D,H——分别为十字板头直径和高度（cm）。
按下式计算土的灵敏度St：
土体原位测试机理、方法及其工程应用
然后，可根据需要绘制土的抗剪强度随深度变化曲线和各试验点抗剪强度与转动角度的关系曲线，如图（6-6）、图（6—7）所示。
图6—6 抗剪强度与转角关系曲线
1—原状土；2—扰动土
图6—7 抗剪强度随深度变化曲线
1—原状土；2—扰动土
3、接上导杆，将底座穿过导杆固定在套管上，用制紧螺丝拧紧，然后将十字板头压入土内欲测深度处；当试验深度处为较硬夹层时，应穿过该层再进行试验。十字板插入至试验深度后，至少应静止3min，方可开始试验。
4、先提升导杆2～3厘米，使离合器脱离，用旋转手柄快速旋转导杆十余圈，使轴杆摩擦减至最低值，然后再合上离合器。
5、安装扭力测量设备，测读初始读数P0. 6施加扭力，以6～12度/min的转速旋转，每1～2度测读数据一次。当出现峰值或稳定值后，再继续测读1min.其峰值或稳定值读数即为原状土剪切破坏时的读数Pf.
6、松开导杆夹具，测读初始读数或调整零位，再用扳手或管钳快速将钻杆反方向转动6圈，使十字板头周围土充分扰动，进行重塑土的试验，测得最大读数。
7、依次进行下一个测试深度处的剪切试验。
8、待全孔试验完毕后，逐节提取探杆与十字板头，清洗干净，检查各部件的完好程度，妥善保存，不应使板头暴晒。
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如何确定地基承载力特征值的原位测试方法?
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