1）十字板剪切试验原理

十字板剪切试验是野外剪切试验的一种，其原理是将具有一定高径比的十字板插入待测试土层中，通过钻杆对十字板头施加扭矩使其匀速旋转，根据施加的扭矩即可以得到土层的抵抗扭矩，进一步可换算成土的抗剪强度。如图9.11所示。十字板剪切试验适用于测定饱和软黏性土（φ=0）的不排水抗剪强度和灵敏度。

扭转十字板时，十字板周围的土体将出现一个圆柱状的剪切破坏面，土体产生的抵抗扭矩M由两部分构成，一是圆柱侧面的抵抗扭矩M1，二是圆柱的圆形底面和顶面产生的抵抗扭矩M2。即：

其中

式中　Cu——饱和黏性土不排水抗剪强度，kPa；

　　　H——十字板的高度，m；

　　　D——十字板的直径，m；

　　　α——与圆柱顶、底面土体剪应力分布有关的系数，取值见表9.23。

十字板头匀速旋转时，施加扭矩和土层抵抗扭矩相等，即土体抵抗扭矩M是已知的，将式（9.27）和式（9.28）代入式（9.26）并整理，即可得到土的不排水抗剪强度表达式：

需要说明的是，上述推导是在假设圆柱形剪切破坏面的侧面，和顶、底面具有相同的抗剪强度的前提下进行的，实际上，由于土体存在各向异性，圆柱侧面和顶、底面的强度可能是不同的，按上述公式得到的抗剪强度只是某种意义上的平均值。

图9.11　现场十字板剪切试验示意图

表9.23　α取值

2）十字板剪切试验技术要求

①十字板形状宜采用矩形，板的高径比为2，板厚2～3mm。

②十字板头插入钻孔的深度不应小于钻孔或套管直径的3～5倍。

③板头插入试验深度后，应静止2～3min方可进行试验。

④剪切试验时，扭转剪切速率宜采用（1°～2°）/10s，并应测得峰值强度后继续测记1min。

⑤在峰值或稳定强度测试完后，顺扭转方向连续转动6圈，测定重塑土的不排水抗剪强度。

⑥对开口钢环十字板剪切仪，应修正轴杆与土间的摩擦力的影响。(www.daowen.com)

3）十字板剪切试验的成果应用

十字板剪切试验的成果主要有：各试验点软黏土的不排水抗剪峰值强度、残余强度、重塑土强度和灵敏度，及其随深度的变化曲线，抗剪强度与扭转角的关系曲线等。成果应用如下：

（1）计算软土地基（φ≈0）承载力特征值

依据中国建筑科学研究院、华东电力设计院经验：

式中　fak——地基承载力特征值，kPa；

　　　γ——土的重度，kN/m3；

　　　h——基础埋置深度，m。

需要说明的是：一般认为十字板测得的不排水抗剪强度是峰值强度，其值偏高，长期强度只有峰值强度的60%～70%。

（2）估算单桩极限承载力Qu

式中　qp——桩端阻力，qp=NcCu；

　　　Nc——承载力系数，均质土体取9；

　　　qs——桩侧阻力，qs=αCu，与桩类型、土类、土层顺序等有关；

　　　A——桩身截面积，m2；

　　　U——桩身周长，m；

　　　L——桩身入土深度，m。

（3）估算地基土的灵敏度

软黏土地基的灵敏度按下式计算：

式中　Cu0——重塑土的十字板强度，kPa；

　　　St——软黏土的灵敏度，当St≤2时，为低灵敏度土；当2<St<4时，为中等灵敏度土；当St≥4时，为高灵敏度土。

（4）判定软土的固结历史

根据十字板剪切试验得到的抗剪强度与深度的关系曲线，可以判定被测场地地基土的固结历史。正常固结土，抗剪强度与深度成正比，并可依据实测的抗剪强度值绘制一直线且通过原点。超固结土，抗剪强度与深度成正比，实测的抗剪强度近似成一直线，但不通过原点。