試驗資料整理及成果應用
由試驗測記的百分表讀數εy，εc和εg，根據式(5-5)、(5-6)可求出飽和粘性土的原狀和重塑狀態的不排水剪強度Cu和C′u。若采用電測式十字板剪切儀資料則可用式(5-7)、(5-8)計算強度Cu和C′u值。根據Cu和C′u值據式(5-11)可計算出土的靈敏度St。
壹、十字板強度與室內三軸強度的比較
十字板測得的不排水剪強度，與室內三軸不排水強度相比，能更好反映土的天然結構和應力狀態。國內、外學者曾將十字板資料與室內試驗資料進行對比。
1.國內對飽和軟粘土所做的比較試驗
我國曾在東南沿海壹帶做過大量的比較試驗，以比較十字板強度與無側限抗壓強度及三軸不排水強度之間的差異。所用的試樣都是以薄壁取土器鉆取的高質量的未擾動土樣。所有土樣的塑性指數Ip=15～24，粘粒(d＜0.005mm)含量為9%～50%。由34個土樣整理得qu/2-Cu關系式，其關系用下式表示：
表5-3 現場十字板剪切試驗記錄表
qu/2=Cu-0.03 (5-12)
由34個土樣整理出三軸不固結不排水剪強度Cuu-Cu關系式：
Cuu=Cu-0.037 (5-13)
表5-4 十字板強度與三軸固結不排水強度的比較
之後，在進行福建莆田北洋海堤，浙江舟山大成塘海堤及溫嶺東海塘海堤現場試驗時，都曾比較三軸固結不排水剪的Ccu與十字板試驗的Cu、qu的試驗(十字板試驗的Cu、φu指標的取得，是將十字板強度沿深度的變化換算為十字板強度Cu與垂直固結壓力的關系式確定出來)。所得結果如表5-4所列。
2.國外對靈敏軟粘土所做的比較試驗
1972年，Bjerrum提出對填土工程地基，根據假設滑動面所通過的方向分別采用三軸壓縮、單剪、三軸拉伸三種試驗測定不排水抗剪強度，以三者的平均值代表整個滑動面的平均抗剪強度(圖5-5)。
圖5-5 現場不同位置的抗剪強度與室內剪切試驗的關系
20世紀80年代後期，在兩個場地做了十字板試驗與室內強度試驗的比較。室內試驗為K0結狀態下的不排水三軸壓縮及拉伸試驗、單剪不排水剪切試驗。此外，還測定了有效上覆壓力σ′v0及先期固結壓力σ′p等值。
表5-5 各種歸壹化不排水抗剪強度的平均值
兩個場地為高靈敏度的海相粘土，其靈敏度由淺層的 St=30 至深處的近於St=400。靜止側壓力系數K0=0.55，Ip=10%～17%。兩處的十字板強度Cu(FV)、三軸壓縮τc、三軸拉伸τe、單剪τd及平均強度τave，以相應深度的先期固結壓力σ′p對上述各種強度進行歸壹化。在5.5～12.5m範圍內算出各種歸壹化不排水抗剪強度的平均值，列於表5-5。
由表可以看出，兩個場地的τave/σ′p與Cu(FV)/σ′p平均值是相等的，與τd/σ′p也相當壹致。這說明：如室內的固結不排水試驗是在現場應力條件下進行固結的，則十字板試驗強度與室內歸壹化不排水抗剪強度是相同的。
研究資料表明：十字板抗剪強度隨剪切速率的增大而增大，而壹般加荷速率比工程實際的加荷速率大。
Bjerrum依據軟基上築堤的破壞實例，繪出理論的破壞安全系數與地基土的塑性指數的關系，如圖5-6所示。在綜合分析比較實測的十字板強度與實際破壞工程反算的平均強度的基礎上，提出了綜合的修正系數μ，以修正後的十字板不排水抗剪強度作為設計值，即：
Cu(設計值)=μ·Su(實測值) (5-14)
式中：Cu為設計采用的不排水抗剪強度；Su為十字板試驗的實測強度；μ為修正系數，隨土的塑性指數而變。
圖5-6 軟基上築堤的理論破壞安全系數與地基土塑性指數的關系
圖5-7為μ-Ip關系。由圖可見：Ip越低，μ值越高。其後，壹些研究結果進壹步驗證Bjerrum公式的合理性。
圖5-7 修正系數μ與Ip的關系曲線
二、成果應用
十字板剪切試驗成果可按地區經驗來確定地基承載力、單樁承載力，計算邊坡穩定，並判別軟粘土的固結歷史。
1.計算軟土地基承載力
根據中國建築科學研究院、華東電力設計院的經驗，地基容許承載力可按式(5-15)估算：
fk=2Cu+γh (5-15)
式中：fk為地基承載力標準值(kPa)；Cu為修正後的十字板強度(kPa)；γ為土的重度(kN/m3)；h為基礎埋深(m)。
日本中瀨明男(1963)利用圖5-8給出地面處條形荷載下地基極限承載力公式：
土體原位測試與工程勘察
式中：λ為Cu-h直線的斜率；t為Cu-h直線段的延長線在h軸上的截距；B為條形荷載的寬度。
圖5-8 Cuh關系
根據式(5-16)，結合荷載、上部結構和地質條件，取安全系數1.5～2.0，計算地基容許承載力。
2.軟土地基抗滑穩定性分析
用十字板能較準確圈定滑動面位置，並為復核和采取工程措施提供可靠的抗剪強度指標。
對飽和軟粘土地基施工期的穩定問題，采用φ=0 分析方法，其抗剪強度應選天然強度，可選十字板強度、無側限抗壓強度或三軸不固結不排水強度。
在20世紀50～60年代，國內、外都以破壞工程實例總結使用十字板強度的經驗。瑞典的Cadling和Odenstad(1950)根據11處滑坡工程，以十字板強度計算安全系數，其平均值為1.03。南京水利科學研究院根據多年的經驗積累認為，以十字板強度用總應力分析方法進行穩定分析時，穩定安全系數選用1.30左右。交通部港口工程規範(1978年版)規定，當采用快剪指標時，選K=1.0～1.2，而采用十字板強度，選K=1.1～1.3；而JTJ250-98版中，籠統提到K=1.1～1.3，仍意味著對不同強度選不同的K值。
3.估算樁的端阻力和側阻力
樁端阻力
qp=9Cu (5-17)
樁側阻力
qs=α·Cu (5-18)
式中：α為與樁類型、土類、土層順序等有關的系數。
根據樁端阻力qp和樁側阻力qs可以估算單樁極限承載力。
4.檢驗軟土地基的加固效果
實踐表明：十字板強度能十分敏感地反映出地基強度增長的狀態，故已經成為檢驗加固效果的主要手段。
例如，浙江杜湖土壩地基加固效果的檢驗，時間的跨度長達10年，有很好的規律性，見圖5-9。
圖5-9 1970～1980年浙江杜湖土壩地基加固效果檢驗
5.判定軟土的固結歷史
根據Cu-h曲線，可以判定飽和軟土的固結歷史。如果Cuh曲線大致呈壹通過地面原點的直線，可以判定為正常固結土；若Cu-h直線不通過原點，而與縱坐標的向上延長軸線相交，則可判定為超固結土。
參考文獻
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