试验数据的整理和结果的应用
1.十字板强度与室内三轴强度的比较
与室内三轴不排水抗剪强度相比，十字板测得的不排水抗剪强度更能反映土的天然结构和应力状态。国内外学者将十字板数据与室内试验数据进行了对比。
1.中国饱和软粘土的对比试验
我国在东南沿海地区做了大量的对比试验，比较十字板强度、无侧限抗压强度和三轴不排水强度的差异。所用样品均为薄壁取土器钻取的优质原状土样。所有土样的塑性指数IP为15 ~ 24，粘粒含量(D < 0.005 mm)为9% ~ 50%。从34个土壤样品中获得Qu/2-Cu关系，该关系由下式表示:
表5-3现场十字板剪切试验记录表
qu/2=Cu-0.03 (5-12)
三轴不固结不排水抗剪强度的Cuu-Cu关系由34个土样编制而成:
Cuu=Cu-0.037 (5-13)
表5-4十字板强度和三轴固结不排水强度对比
后来在福建莆田北洋海塘、浙江舟山大成塘海塘、温岭东海塘海塘的现场试验中，将三轴固结不排水剪切的Ccu与十字板试验的cu、qu进行了对比(十字板试验的Cu、φu指标是将十字板强度沿深度的变化转化为十字板强度Cu与竖向固结压力的关系得到的)。结果列于表5-4。
2.国外敏感软粘土对比试验。
Bjerrum在1972中提出，不排水抗剪强度应根据假定的滑动面方向，通过三轴压缩试验、简单剪切试验和三轴拉伸试验来测定，三次试验的平均值代表整个滑动面的平均抗剪强度(图5-5)。
图5-5不同场地抗剪强度与室内抗剪试验的关系
在80年代后期，十字板试验和室内强度试验在两个地点进行了比较。室内试验为K0结状态下的不排水三轴压缩和拉伸试验以及单剪状态下的不排水剪切试验。此外，还测定了有效上覆压力σ′v 0和前期固结压力σ′p的当量值。
表5-5各种归一化不排水抗剪强度的平均值
两个场地均为海相粘土，敏感性较高，其敏感性从浅层的St=30到深层的近St=400不等。静压系数K0=0.55，IP = 10% ~ 17%。两处十字板强度Cu(FV)、三轴压缩τc、三轴拉伸τe、单剪τd和平均强度τave用相应深度的前期固结压力σ′p归一化。在5.5 ~ 12.5 m范围内计算了各种归一化不排水抗剪强度的平均值，列于表5-5。
从表中可以看出，两个地点的τave/σ′p的平均值与Cu(Fv)/σ′p相等，也与τd/σ′p相当一致..这说明在现场应力条件下进行室内固结不排水试验，十字板试验的强度与室内归一化不排水抗剪强度相同。
研究数据表明，十字板的抗剪强度随着剪切速率的增加而增加，工程中一般加载速率高于实际加载速率。
Bjerrum根据软基上路堤的破坏实例，绘制了理论破坏安全系数与地基土塑性指数的关系，如图5-6所示。在综合分析比较十字板实测强度和实际破损工程平均强度的基础上，提出综合修正系数μ，将十字板修正不排水抗剪强度作为设计值，即:
Cu(设计值)= μ su(实测值)(5-14)
式中:Cu为设计中采用的不排水抗剪强度；Su是十字板试验的实测强度；μ为修正系数，随土的塑性指数而变化。
图5-6软土地基路堤理论破坏安全系数与地基土塑性指数的关系
图5-7显示了μ-Ip关系。从图中可以看出，Ip越低，μ值越高。后来一些研究成果进一步验证了Bjerrum公式的合理性。
图5-7修正系数μ与ip的关系曲线
二、成果的应用
根据地区经验，十字板剪切试验可以确定地基和单桩承载力，计算边坡稳定性，判断软粘土的固结历史。
1.软土地基承载力的计算
根据中国建筑科学研究院和华东电力设计院的经验，地基容许承载力可按公式(5-15)估算:
fk=2Cu+γh (5-15)
式中，fk为地基承载力的标准值(kPa)；Cu为修正后的十字板强度(kPa)；γ为土的重力(kn/m3)；h为基础埋深(m)。
日本Akio Nakase (1963)利用图5-8给出了地基在条形荷载下的极限承载力公式:
土壤原位测试和工程调查
其中λ为Cu-h直线的斜率；t是Cu-h直线段延长线在H轴上的截距；b是条形荷载的宽度。
图5-8 Cuh关系
根据公式(5-16)，结合荷载、上部结构和地质条件，取安全系数1.5 ~ 2.0计算地基容许承载力。
2.软土地基抗滑稳定性分析
利用十字板可以准确地圈定滑动面的位置，为工程措施的检查和采取提供可靠的抗剪强度指标。
对于施工期饱和软粘土地基的稳定性，采用φ=0分析法，其抗剪强度应为天然强度、十字板强度、无侧限抗压强度或三轴不固结不排水强度。
上世纪五六十年代，结合国内外破坏工程实例，总结了利用风向标力量的经验。瑞典Cadling和Odenstad(1950)根据11处的滑坡项目，计算出基于风向标强度的安全系数，平均值为1.03。南京水利科学研究院根据多年积累的经验，认为用总应力分析法分析叶片强度稳定性时，稳定安全系数应为1.30左右。交通部港口工程规范(1978版)规定，当采用快剪指标时，取k = 1.0 ~ 1.2，而采用十字板强度时，取k = 1.1 ~ 1.3；但在JTJ250-98中，一般提到K = 1.1 ~ 1.3，仍然是指不同强度选择不同的K值。
3.估算桩的端阻力和侧阻力
桩端阻力
qp=9Cu (5-17)
桩侧阻力
qs=α Cu (5-18)
式中:α为与桩型、土型、土层顺序等有关的系数。
根据桩端阻力qp和桩侧阻力qs可以估算单桩的极限承载力。
4.测试软土地基的加固效果。
实践表明，十字板强度能非常灵敏地反映地基强度增长的状况，因此成为检验加固效果的主要手段。
如浙江省杜湖土坝地基加固效果的检验，时间跨度长达10年，规律性较好，如图5-9所示。
图5-9浙江省杜湖土坝1970 ~ 1980地基加固效果检验
5.确定软土的固结历史。
根据Cu-h曲线，可以判断饱和软土的固结历史。如果Cuh曲线大致是一条穿过地面原点的直线，则可以判断为正常固结土；如果Cu-h直线不经过原点，而是与纵坐标向上延伸轴相交，则可判定为超固结土。
参考
中华人民共和国国家标准。2002.《岩土工程勘察规范》(GB 50021-2001)，北京:中国建筑工业出版社。
林宗元，编。2003.简明岩土工程勘察设计手册，北京:中国建筑工业出版社。
萌高头。1997.土壤原位测试的机理、方法及工程应用[M].北京:地质出版社。
南京水利科学研究院岩土工程研究所。2003.土工试验技术手册，北京:人民交通出版社。
王中琪，孙广忠，刘双光，等。岩土工程测试技术，北京:中国建筑工业出版社。
张喜发、刘、栾作天、张。1984.工程地质原位测试[M]。北京:地质出版社。