十字板剪切试验又称现场十字板剪切试验（Field Vane Text，FVT），是土工原位测试技术中一种发展较早、使用较成熟的方法，由瑞典人John Olsson于1919年首先提出，主要用于测定饱和软黏土的不排水抗剪强度及灵敏度等参数，测试深度不大于30 m。

（一）试验原理

十字板剪切试验是将具有一定高度与直径之比的十字板插入土层中，通过钻杆对十字板头施加扭矩使其等速旋转，根据土的抵抗扭矩求算地基土抗剪强度Cu。十字板剪切试验可以很好模拟地基土排水条件和天然受力状态，对试验土层扰动性小、测试精度高。但严格地讲，十字板剪切试验只适用于内摩擦角为零的饱和软黏土。

十字板剪切试验所测得的抗剪强度值，相当于天然土层试验深度处，在上覆压力作用下的固结不排水抗剪强度，在理论上它相当于室内三轴不排水抗剪总强度或无侧限抗压强度的一半。

图5-33　十字板剪切实验原理示意图

对插入土中的矩形十字板头施加扭转力矩时，土体中将形成一个圆柱形剪切面（图5-33），假设该圆柱上下面各点、侧面各点Cu值相等，则旋转过程中，土体产生的抵抗力矩M1由圆柱体侧表面的抵抗力矩和圆柱上下面的抗力矩M2两部分组成。其中

式中：M——土体破坏时的抵抗力矩（kN·m）；

　　　M1——圆柱体侧面产生的抵抗力矩（kN·m）；

　　　M2——圆柱体上下两端面所产生的抵抗力矩（kN·m）；

　　　Cu——饱和黏土不排水抗剪强度（kPa）；

　　　D——十字板圆柱的直径（m）；

　　　H——圆柱体高度，对于软黏土相当于十字板的高度（m）。

十字板剪切试验点位置宜根据土层的静力触探分层情况，结合工程特点和要求进行布置。测定场地土的灵敏度时，宜根据土层情况和工程需要选择有代表性的孔段进行。每层土的试验次（孔）数宜为3～5次（孔）。

（二）十字板剪切试验设备

十字板剪切试验仪器主要有十字板头、传力系统、施力装置和测力装置等组成，目前国内的十字板剪切仪主要有开口铜环式和电调式两种类型，它们的主要区别在于量力设备上。

十字板剪切试验仪的基本构造如图5-34所示。

（三）十字板剪切试验成果应用

在软土地基勘察中，野外十字板剪切试验应用十分广泛，由于试验结果受很多因素影响，因此必须对试验数据进行修正处理。试验成果主要应用于以下几方面。

1.估算地基标准承载力fk

利用十字板剪切试验确定软土地基承载力标准值一般按式（5-58）进行计算。

式中：（Cu）Fv——扰动十字板不排水抗剪强度（kPa）；

　　　γ——土的重度（kN/m³）；

　　　h——基础埋置深度（m）。

图5-34　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；16—钻杆接头；17—固定护套螺钉；18—引线孔；19—电阻应变片；20—受阻立柱；21—护套；22—接十字板头丝扣。(www.daowen.com)

2.估算土的液性指数IL

黏性土的液性指数与十字板抗剪强度之间的关系可用式（5-59）表示。

3.估计土的应力历史

根据十字板剪切试验可以计算软土的超固结比OCR，即

式中：（Cu）F——现场不排水抗剪强度（工程用）（kPa）；

——上覆有效土压力（kPa）。

4.估算单桩侧阻力和桩端阻力

美国石油学会API-RP2A规程建议分别按式（5-61）和（5-62）估算桩侧阻力和桩端阻力。桩侧阻力为

式中：pf——桩侧阻力（kPa）；

　　　αs——折减系数，当（Cu）F≤25kPa，αs=1.0；当25kPa＜（Cu）F≤75kPa，αs=0.5～1.0之间线性内插；当（Cu）F≥25kPa，αs=0.5。

桩端极限阻力为

式中：pb——桩端极限阻力（kPa）。

5.估算地基土灵敏度

软黏土地基的灵敏度可按式（5-63）进行估算。

式中：CuO——扰动土的十字板强度（kPa）。

当St≤2时，为地灵敏度土；当2＜St≤4时，为中等灵敏度土；当St≥4时，为高灵敏度土。

6.检验地基加固效果

在对软土地基进行预压加固（或配以砂井排水）处理时，可用十字板剪切试验探测加固过程中强度变化，用于控制施工速率和检验加固效果。此时应在3～10 min内将土剪坏，单项工程十字板剪切试验孔不小于2个，试验点间距为10～15 m，软弱夹层应有试验点，每层土的试验点不少于3～5个。

式中：fps，k——复合地基承载力的标准值（kPa）；

　　　nc——桩土应力比，无实测资料时可取2～4，原状土强度时取低值，反之，取高值；

　　　mc——面积置换率。