土力學與地基基礎(chǔ)測及室內(nèi)試驗

16.1.3基礎(chǔ)工程施工監(jiān)測的主要內(nèi)容及要求

大面積填方、填海等地基處理工程應(yīng)對地面沉降進行長期監(jiān)測（直到沉降達到穩(wěn)定標準），另外，施工過程中還應(yīng)對土體位移、孔隙水壓力等進行監(jiān)測。基坑開挖應(yīng)根據(jù)設(shè)計要求進行監(jiān)測并應(yīng)實施動態(tài)設(shè)計和信息化施工。施工過程中需要降水而周邊環(huán)境要求監(jiān)控時應(yīng)對地下水位變化和降水對周邊環(huán)境的沉降和位移等影響進行監(jiān)測。預(yù)應(yīng)力錨桿施工完成后應(yīng)對鎖定的預(yù)應(yīng)力進行監(jiān)測，監(jiān)測錨桿數(shù)量不得少于錨桿總數(shù)的10%且不得少于6根?；娱_挖監(jiān)測內(nèi)容應(yīng)主要包括支護結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和變形；地下水位變化及周邊建（構(gòu)）筑物、地下管線等市政設(shè)施的沉降和位移等。16.1.4土工試驗的基本要求及試樣制備方法

試驗前要明確所作實驗的目的、要求和注意事項，應(yīng)按操作歸程認真操作、正確讀數(shù)、細心觀察、認真記錄，不得草率敷衍、拼湊數(shù)據(jù)，要愛護儀器設(shè)備。試驗完畢后應(yīng)做好整理工作，應(yīng)將試劑、材料、工具和儀器放回原處，應(yīng)洗刷器皿并清掃試驗場地，應(yīng)切斷電源、水源、氣源。（1）試樣的制備（2）試樣的飽和試樣飽和宜根據(jù)土樣的透水性能分別采用浸水飽和法、毛細管飽和法或抽氣飽和法。粗粒土應(yīng)采用浸水飽和法。滲透系數(shù)大于10-4cm/s的細粒土應(yīng)采用毛細管飽和法；滲透系數(shù)小于或等于10-4cm/s的細粒土應(yīng)采用抽氣飽和法。試樣的飽和應(yīng)按規(guī)定程序進行。16.2土的顆粒分析試驗

土的顆粒分析就是用試驗的方法求出小于某種粒徑的顆粒所占土質(zhì)量的百分數(shù)。土的顆粒分析試驗?zāi)康氖菫榱搜芯客林胁煌w粒含量對其性質(zhì)的影響，通過顆粒分析可以確定土的級配（即了解土中顆粒大小的分配情況）并借以確定土的種類及評價土的工程性質(zhì)也為建材選料提供依據(jù)。土的顆粒分析試驗一般用篩析法、密度計法和移液管法測定。篩分法是利用一套孔徑不同的標準篩來分離一定量的砂性土中與篩孔相應(yīng)的粒組而后稱重并計算各粒組的重量百分比、確定砂性土的粒度成份。密度計法是將定量的土樣與水混合傾注量筒中使懸液體積達到1000ml，懸液經(jīng)過攪拌大小顆粒均勻地分布于水中（因此懸液的濃度上下一致），然而顆粒相同的土粒依照斯托克定律將以等速下降，經(jīng)過一定時間后量得某一深度懸液的比重與原來的懸液的比重相比較即可求出小于某批徑的百分數(shù)。對于粒徑大于0.075mm的土?？捎煤Y析法測定，而對于粒徑小于0.075mm的土粒則用密度計法來測定。16.3土的密度試驗

所謂“土的密度”是指土的單位體積質(zhì)量，在天然含水率狀態(tài)下的密度稱為天然密度。。測定土的濕密度可以了解土的疏密和干濕狀態(tài)以供換算土的其他物理性質(zhì)指標和工程設(shè)計或控制施工質(zhì)量之用。土的密度試驗可了解土體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的密實情況，土體密度大小與土的松緊程度、壓縮性、抗剪強度等均有一定聯(lián)系。實驗室土的密度試驗一般常用環(huán)刀法及蠟封法，兩者主要區(qū)別在于測定土的體積方法的不同，環(huán)刀法適用于細粒土；蠟封法適用于土中含有粗?；蛘邎杂惨姿殡y以用環(huán)刀切割的土（或者試樣量少、只有小塊形狀不規(guī)則時使用）。16.4土的比重試驗

測定土粒的比重可為計算土的孔隙比、飽和度以及為其他土的物理力學試驗（比如顆粒分析的比重計法試驗、壓縮試驗等）提供必需的數(shù)據(jù)。土粒比重試驗可測定土粒在105~110℃下烘至恒重的質(zhì)量與體積4℃時純水的質(zhì)量的比值，土粒比重是計算土的換算指標的一個必不可少的物理量。土的比重是土中各礦物的比重之平均值（即組成土的礦物顆粒密度的平均值，其值大小常與組成土礦物的種類及其含量有關(guān)）。土粒比重試驗應(yīng)遵守相關(guān)規(guī)定，對小于、等于和大于5mm土顆粒組成的土應(yīng)分別采用比重瓶法、浮稱法和虹吸管法測定比重，土粒比重是指土顆粒的平均比重。16.5土的含水量試驗

土的含水量（也稱土的濕度）是土在溫度105~110℃下烘到恒重時失去的水分質(zhì)量與達到恒重后干土質(zhì)量的比值（以百分數(shù)表示）。土的含水量試驗?zāi)康氖菧y定土的含水量以了解土的含水情況，土的含水率是土最基本的物理參數(shù)之一，它直接影響到土的工程性質(zhì)，是計算其物理指標（比如土的孔隙比、液性指數(shù)、飽和度）、測量其它物理狀態(tài)指標的最基本試驗。粘性土、粗粒土、細粒土、凍土、砂土和有機質(zhì)土類適用于烘干法。土的含水量試驗采用的儀器設(shè)備有電熱烘箱（應(yīng)能控制溫度為105~110℃）、天平（稱量200g、最小分度值0.01g；稱量1000g、最小分度值0.1g）以及其它干燥器、鋁盒、等。16.6土的界限含水量試驗

土的界限含水率試驗?zāi)康氖菫榱舜_定粘性土由流動狀態(tài)、可塑狀態(tài)、半固體狀態(tài)、固體狀態(tài)相互轉(zhuǎn)化時的分界含水率，它是土工試驗中的基本指標之一，可為劃分土類、計算天然稠度及塑性指數(shù)、工程設(shè)計和施工提供依據(jù)。土體由于含水率不同會分別處于流動狀態(tài)、可塑狀態(tài)、半固體狀態(tài)、固體狀態(tài)，流動狀態(tài)和可塑狀態(tài)的分界含水率（界限含水量）稱為土的液限，可塑狀態(tài)和半固體狀態(tài)的分界含水率（界限含水量）稱為土的塑限。測定土的液限時含水量可以計算土的塑性指數(shù)和液性指數(shù)并作為粘土類土的分類以及估算地基土承載力等的一個依據(jù)；測定土的塑限并與液限試驗和含水量試驗結(jié)合可以計算土的塑性指數(shù)和液性指數(shù)并作為粘性土的分類以及估算地基土承載力的一個依據(jù)。目前，土的液限試驗可采用錐式法，土的塑限試驗可采用搓條法，土的液、塑限試驗可采用液塑限聯(lián)合測定法。16.7土的滲透試驗

土的滲透是水流通過多孔介質(zhì)的現(xiàn)象（滲透系數(shù)是表達這一現(xiàn)象的定量指標），若土中滲透水流屬于層流則滲透速度與水力坡降成正比，當水力坡降等于1時的滲透速度稱為土的滲透系數(shù)。滲透試驗的目的是測定水通過土中孔隙難易程度的性質(zhì)，它是土工試驗中的基本項目之一，地下水的補給與排泄條件以及在土中的滲透速度都與土的滲透性有關(guān)，在計算地基沉降速度和地下水涌水量時都需要土的滲透性指標。所謂“滲透試驗”是根據(jù)達西定律測定滲透系數(shù)的。常水頭滲透試驗適用于粗粒土，變水頭滲透試驗適用于細粒土。試驗采用的純水應(yīng)在試驗前用抽氣法或煮沸法脫氣，試驗時的水溫宜高于試驗室溫度3~4℃。試驗應(yīng)以水溫20℃為標準溫度，標準溫度下的滲透系數(shù)應(yīng)按式k20=kT（ηT/η20）計算，其中，k20為標準溫度時試樣的滲透系數(shù)、單位為mm/s；ηT為T℃時水的動力粘滯系數(shù)、單位為kPa·s；η20為20℃時水的動力粘滯系數(shù)、單位為kPa·s。根據(jù)計算的滲透系數(shù)應(yīng)取3~4個在允許差值范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)的平均值作為試樣在孔隙比下的滲透系數(shù)（允許差值不大于2×10-6）。當進行不同孔隙比下的滲透試驗時應(yīng)以孔隙比為縱坐標、滲透系數(shù)的對數(shù)為橫坐標繪制關(guān)系曲線。16.8土的擊實試驗

為提高填土的密實度、降低其透水性和壓縮性、使土的壓縮效果最好就必須找出在一定的壓實能量下使土最容易壓實、并能達到最大密度時的含水率和相應(yīng)的干密實。擊實試驗可獲得相應(yīng)的控制參數(shù)，擊實試驗可為施工控制填土密度提供設(shè)計依據(jù)以保證工程質(zhì)量。擊實試驗有輕型擊實和重型擊實2種（輕型擊實試驗適用于粒徑小于5mm的土，擊實筒容積為947cm3、擊錘質(zhì)量為2.5kg，把制備成一定含水量的土料分三層裝入擊實筒，每層土料用擊錘均勻錘擊25下，擊錘落高為30.5cm。重型擊實試驗適用于粒徑小于40mm的土，擊實筒容積為2104cm3、擊錘質(zhì)量為4.5kg，擊錘落高為45.7cm，分五層擊實、每層56擊，采用三層擊實時最大粒徑應(yīng)不大于40mm），根據(jù)擊實后土樣的密度和實測含水量計算相應(yīng)的干密度。輕型擊實試驗的單位體積擊實功約592.2kJ/m3，重型擊實試驗的單位體積擊實功約2684.9kJ/m3。對過濕的土進行夯實或碾壓時會出現(xiàn)軟彈現(xiàn)象（此時的土的密實度是不會增大的），對很干的土進行夯實或碾壓時顯然也不能把土充分壓實，因此，要使土的壓實效果最好其含水率一定要適當。擊實試驗是利用標準化擊實儀器在一定壓實能量下對數(shù)個試樣進行擊實獲得擊實曲線并進而獲得相應(yīng)的參數(shù)，擊實試驗是用錘擊使土密度增加的一種方法，土在一定擊實效應(yīng)下其含水量不同所得的密度也不相同，能使土達到最大密度所要求的含水量稱為最優(yōu)含水量，其相應(yīng)的干密度稱最大干密度。在標準擊實方法下測定土的最大干密度和最優(yōu)含水量可為控制路堤、土壩或填土地基等的密實度提供重要的指標。16.9土的壓縮試驗

壓縮試驗是研究土的壓縮性大小及其特征的室內(nèi)試驗方法（也稱固結(jié)試驗）。土的壓縮就是土在壓力作用下體積逐漸縮小的過程，壓縮試驗是將土樣放在金屬容器內(nèi)在有側(cè)限的條件下施加壓力，觀察在不同壓力下土的壓縮變形量以測定土的壓縮系數(shù)、壓縮模量、固結(jié)系數(shù)等有關(guān)壓縮性指標并了解土的壓縮性，籍以作為設(shè)計計算的依據(jù)。16.10土的無側(cè)限抗壓強度試驗

土的無側(cè)限抗壓強度是指試樣在無側(cè)向壓力條件下抵抗軸向壓力的極限應(yīng)力。土的靈敏度是指原狀土的無側(cè)阻抗壓強度與重塑后的無測限抗壓強度的比值。用無側(cè)限抗壓強度可以確定天然地基的強度參數(shù)和靈敏度。一般情況下，土的無側(cè)限抗壓強度試驗適用于粘性土類（特別適用于飽和粘性土的抗壓強度及靈敏度測試）。土的無側(cè)限抗壓強度試驗設(shè)備簡單、操作簡便，在工程上應(yīng)用很廣。目前，土的無側(cè)限抗壓強度試驗方法多為應(yīng)變控制法。利用三軸剪力儀也可測定土的無側(cè)限抗壓強度（即在試樣周圍壓力等于0的條件下進行），因此，無側(cè)限抗壓強度試驗是三軸試驗的一個特例（即將土樣置于不受側(cè)向限制的條件下進行的壓力試驗，此時土樣所受的小主應(yīng)力σ3=0而大主應(yīng)力σ1之極限值即為無側(cè)限抗壓強度）。16.11土的直接剪切試驗

土的抗剪強度是土在外力作用下其一部份土體對于另一部份土體滑動時所具有的抵抗剪切的極限強度。直接剪切試驗是測定土的抗剪強度的一種常用方法，直接剪切試驗是將同一種土的幾個試樣分別在不同的豎向壓力作用下沿固定的剪切面直接施加水平剪力得到破壞時的剪應(yīng)力，然后根據(jù)庫侖定律確定土的抗剪強度指標（內(nèi)摩擦角和凝聚力）。直接剪切試驗通常采用4個試樣為一組的方式，分別在不同的豎向壓力σ下施加水平剪應(yīng)力進行剪切求得破壞時的剪應(yīng)力τ，然后根據(jù)庫侖定律確定土的抗剪強度參數(shù)（內(nèi)摩擦角φ和凝聚力c）。直剪試驗分為快剪（Q）、固結(jié)快剪（CQ）和慢剪（S）等3種試驗方法?？旒粼囼炇窃谠嚇由鲜┘迂Q向壓力后立即快速施加水平剪切力（以0.8~1.2mm/min的速率剪切，一般可使試樣在3~5min內(nèi)剪破），在整個試驗過程中不允許試樣的原始含水率有所改變（即在試驗過程中孔隙水壓力應(yīng)保持不變，故試樣兩端應(yīng)用隔水紙），快剪法適用于測定粘性土（或滲透系數(shù)小于10-5cm/s的細粒土）的天然強度。慢剪試驗適用于細粒土，固結(jié)快剪試驗方法適用于滲透系數(shù)小于10-6cm/s的細粒土。16.12土的三軸剪切試驗

土的抗剪強度是指土本身所具有抵抗剪切破壞的極限強度，即土體在各向主應(yīng)力的作用下在某一應(yīng)力面上的剪應(yīng)力（σ1）與法向應(yīng)力（σ3）之比達到某一比值土體就將沿該面發(fā)生剪切破壞。三軸剪切試驗（壓縮試驗）是在三向應(yīng)力狀態(tài)下測定土的抗剪強度參數(shù)的一種剪切試驗方法，其依據(jù)是莫爾~庫侖強度理論，通常用3~4個圓柱體試樣分別在不同的恒定圍壓下施加軸向壓力進行剪切、直至破壞，然后根據(jù)極限應(yīng)力圓包絡(luò)線求