十字板抗剪強度

十字板剪切試驗( VST) 是用插入土中的標準十字板探頭，以一定的速率扭轉，量測土破壞時的抵抗力矩，測定土的不排水的抗剪強度和殘餘強度。在圍堰、防波堤等海洋工程設計中需要採用土的抗剪強度指標進行穩定性計算。由於十字板抗剪強度指標客觀真實地反映了軟土地基的真實強度。所以設計者越來越多地選擇採用十字板抗剪強度指標進行軟土地基的穩定性計算。全面地掌握十字板抗剪強度的影響因素，對客觀合理地評價軟土地基的抗剪強度，具有十分重要的實用價值 ^[1]  。

在大連花園口經濟區建設一期工程勘察中，對上部存在的第四系海相沉積( Qm4) 淤泥質土進行了十字板剪切試驗。試驗方法採用電阻應變式十字板剪切試驗。為保證試驗段地層與鑽孔揭露地層對應一致，便於鑽孔地層及土工試驗指標與十字板試驗指標進行分析與比對，十字板試驗點佈置在勘探鑽孔附近1 ～ 2m 處。試驗方法及步驟，嚴格按有關規範規定執行 ^[2]  。

對十字板抗剪強度試驗數據，在直角座標中做折線圖進行相關分析，分析結果表明: 原狀土及重塑土抗剪強度與試驗深度均呈高度線性相關，土的抗剪強度隨試驗深度的加大而加大，反之亦反。

在直角座標中做原狀土與重塑土抗剪強度散點圖進行相關分析，分析結果表明: 重塑土抗剪強度與原狀土抗剪強度呈高度線性相關，重塑土抗剪強度隨原狀土抗剪強度的增大而增大，反之亦反。

根據庫侖定律，土的抗剪強度由兩部分組成，即土在剪切破壞面上的摩擦力與土的粘聚力。其中土的摩擦力= 正壓力× 摩擦係數。上覆土層的正壓力可以近似地採用土的自重壓力代替，剪切面的摩擦係數為土的內摩擦角的正切值。所以原狀土的抗剪強度與土的物理力學指標間的近似計算公式為:

Cu = γ × h × tanφ + c

式中，

Cu為原狀土的抗剪強度，kPa;

γ 為土的重度，kN/m3 ;

h 為試驗深度，m; φ 為土的內摩擦角;

c為土的粘聚力，kPa。

根據上述計算公式，將對應十字板剪切試驗段的土工試驗指標按四種情況取值: 快剪指標、固快指標、固快與快剪平均指標、固快與快剪差值指標進行計算。

原狀土抗剪強度理論計算值，採用快剪指標計算的最低，固快指標計算的最高，固快與快剪均值及固快與快剪差值指標計算的居中。由此可以説明，原狀土抗剪強度，介於快剪指標與固結快剪指標理論計算值之間。土工試驗抗剪強度指標越大，原狀土的抗剪強度越大，反之則越小。

實測土的抗剪強度並不是按照一條直線隨着深度的增大而增大，而是呈折線變化。通過對鑽孔巖芯現場鑑定，土中含有大量貝殼及粉土粉砂部位，土的抗剪強度就會突然增大，當土質均勻時，土的抗剪強度就會變小。

一般認為十字板測得的不排水抗剪強度是峯值強度，其值偏高，長期強度只有峯值強度的60% ～70%。因此，十字板的峯值強度需要進行修正後才能用於設計計算。

《鐵路工程地質原位測試規程》( TB10018 －2003) 規定，當塑性指數IP≤20 時，採用修正係數μ = 1進行修正，當20 < IP≤40 時採用修正係數μ =0． 9 進行修正。説明軟土的塑性指數越大，其實測的峯值強度越大，反之亦反 ^[2]  。

綜合上述工程實例分析，軟土十字板試驗抗剪強度實測值，主要受下列因素影響:

1) 實測十字板抗剪強度與土層的深度有關，隨着土層深度的加大而增大;

2) 重塑土的抗剪強度與原狀土的抗剪強度有關，重塑土的抗剪強度隨着原狀土的抗剪強度的增大而增大;

3) 土的抗剪強度與土工試驗抗剪強度指標有關，土工試驗抗剪強度指標越大，土的抗剪強度越大，反之亦反。原狀土抗剪強度實測值介於快剪指標與固結快剪指標理論計算值之間，並且與採用固結快剪與快剪均值及差值指標理論計算抗剪強度接近;

4) 軟土的抗剪強度與土質的均勻程度有關，當土中混有貝殼、粉砂及碎石等強度較大的包含物時，土的抗剪強度指標會突然增大;

5) 軟土的抗剪強度與土質的塑性指數有關，土的塑性指數越大，其抗剪強度越大。

基於上述十字板抗剪強度的影響因素，提交設計計算的十字板抗剪強度指標建議如下:

1) 提供按深度分層統計的試驗指標;

2) 對由包含物引起抗剪強度突然變大數據進行合理修正或剔除，然後再進行數據統計;

3) 十字板抗剪強度統計指標應按土的塑性指數進行修正;

4) 若為永久性工程，十字板抗剪強度設計計算指標，建議設計者採用對實測值做進一步修正的長期強度 ^[3]  。