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1.1黄土特征及其漫衍

黄土是一种第四纪沉积物
，，，，具有以下所有特征
，，，，当缺少其中一项或几项特征的称为黄土状土
，，，，这些特征是：

(1)颜色以黄色、褐黄色为主
，，，，有时呈灰黄色；；；；；；

(2)颗粒组成以粉粒（0.05～0.005mm）为主
，，，，含量一样平常在60%以上
，，，，险些没有粒径大于0.25mm的颗粒；；；；；；

(3)孔隙较量大
，，，，一样平常在1.0左右；；；；；；

(4)富含碳酸钙盐类；；；；；；

(5)笔直节剃头育；；；；；；

(6)一样平常有肉眼可见的大孔隙。。。。

黄土及黄土状土漫衍规模很广
，，，，全天下约1300万km²
，，，，占陆地总面积的9.3%^[1]
，，，，主要漫衍于南北美洲及欧洲中纬度干旱地区。。。。我国黄土面积63.5万km²
，，，，占天下黄土总面积的4.9%
，，，，主要漫衍在北纬34～45°之间
，，，，区域内天气干燥
，，，，降雨量介于250～500mm
，，，，小于250mm的沙漠地区及大于750mm的地区基本上无黄土漫衍。。。。

我国黄土主要漫衍于黄河中下游
，，，，而黄土状土主要漫衍于新疆天山南北及松辽平原
，，，，海拔高程最低为200m
，，，，最高2400m。。。。

我国黄土面积占天下黄土面积的比例虽然不大
，，，，但最具典范性^[2]
，，，，群集厚度也最大
，，，，黄河中游
，，，，特殊是洛河和泾河流域中下游
，，，，最大厚度达180～200m
，，，，而欧洲地区的黄土厚度小于10m。。。。

并不是所有黄土都具有湿陷性
，，，，我国湿陷性黄土约占总黄土面积的60%
，，，，大部分漫衍于黄河中游地区
，，，，如陇东、陕北地区
，，，，陇西、关中、河南、山西地区
，，，，其厚度一样平常小于15m
，，，，最大30m。。。。

随着我国西部大开发的希望
，，，，必需在黄土地区兴建大型工程
，，，，如火电站及引水工程
，，，，这些工程的基础处置惩罚
，，，，一样平常接纳桩基础。。。。因此
，，，，由于黄土湿陷导致的桩身负摩阻力必需在设计中予以充分思量。。。。我所近15年来
，，，，加入了四个工程单桩负摩阻力监测
，，，，试验桩位于圆形或长方形浸水坑中
，，，，坑径或边长一样平常即是或大于桩长
，，，，测试历程中不中止地向试坑注水至桩端土体饱和度达80%为止
，，，，停水后继续视察至水位降至桩端
，，，，且地表阻止沉降为止。。。。

1.2负摩阻力监测对仪器装备的要求

负摩阻力是由于土层沉降大于桩下沉量
，，，，导致下曳力作用于桩侧面
，，，，增大了桩身荷载及下沉量
，，，，如思量不周
，，，，有时会导致灾难。。。。土层沉降可以由于地面堆载
，，，，地下水位降低
，，，，黄土湿陷
，，，，冻土融化以及欠固结软土或水力充填土的自重等多种缘故原由引起。。。。有许多估算负摩阻力的公式
，，，，有的思量土的抗压强度
，，，，有的思量有用应力及抗剪强度
，，，，有的思量标准贯入击数
，，，，以及桩的类型和外貌粗糙度等。。。。差别公式算出的值有较大差别
，，，，因而实测具有主要意义。。。。

负摩阻力监测的主要目的是确定地层沉降时代桩身轴向应力漫衍纪律
，，，，因而对测试原理及仪器的恒久稳固性均有特殊要求。。。。应力不可直接丈量
，，，，而是通过测定应力作用下某种力学或物理参数的转变
，，，，如应变
，，，，声波撒播速率等
，，，，然后凭证质料的本构关系
，，，，进一步推算应力
，，，，因此除准确测定响应的敏感量以外
，，，，还需相识质料的本构关系。。。。

桩身摩阻力监测中
，，，，以往一样平常是沿轴向装置多个钢筋计、混凝土”应力计”或压力盒。。。。由于探头与介质无法作到理想匹配
，，，，以及牢靠埋设的电测元件或多或少保存零点飘移
，，，，实测效果在很洪流平上只能是定性的。。。。以钢筋计为例
，，，，它是以实测钢筋上某一点处的应变来取代该断面上桩身平均应变。。。。然后乘以桩身平均弹模
，，，，求出该断面轴向应力。。。。这样作保存一系列问题
，，，，首先
，，，，测点处的应变由于探头或电阻片（包括防潮层、导线）的介入
，，，，局部受力状态转变
，，，，实测应变不即是真实应变；；；；；；其次
，，，，桩身平均弹模只是一个估算值
，，，，现实上它沿轴向转变很大
，，，，特殊是现场灌注桩
，，，，并且弹模值还与加载量级和速率有关；；；；；；再者
，，，，测点有限
，，，，间距一样平常为3～5m
，，，，甚至更大
，，，，相邻点之间的测值用直线毗连
，，，，依据缺乏；；；；；；别的另点飘移
，，，，注水时代土体温度转变都无法确定。。。。纵然提供了轴向力曲线及中性点位置
，，，，但现实上它只是测值中最大值的位置
，，，，并不代表真正的中性点
，，，，因而也不可能确定负摩阻力漫衍曲线。。。。

1.3线法监测原理及滑动测微计

八十年月初
，，，，瑞士联邦苏黎世工学院K.Kovari教授等提出了线法监测（Linewise observation）及响应的测试手艺
，，，，如滑动测微计、三向位移计等^{[3、4、5、6、7]}。。。。如前所述
，，，，钢筋计
，，，，压力盒等属点法监测（Point observation）
，，，，点法监测充其量只能获得测点处的信息
，，，，测点之间若有某种不一连面或朴陋（E值降低）
，，，，则无法区分出来。。。。线法监测原理是一连地测定一条线（直线或曲线）上相邻二点间的相对位移
，，，，这样
，，，，不但可合理地盘算轴力、摩阻力、还可揭破桩身的所有缺陷。。。。

滑动测微计主体为一标长1m
，，，，两头带有球状测头的位移传感器
，，，，内装一个线性电感位移计（LVDT）和一个NTC温度计。。。。为了测定测线上的应变及温度漫衍
，，，，测线上每隔1m安顿一个具有特殊定位功效的环形标
，，，，其间用硬塑料管相连
，，，，滑动测微计可依次地丈量两个环形标之间的相对位移
，，，，可用于多条测线
，，，，是一种便携式高精度应变仪。。。。（图1）。。。。

图1滑动测微计

Sliding Micromeiler ISETH

图2  线法（滑动测微计）与点法

  （”钢筋计”）监测的基本区别

与古板要领相比
，，，，新要领具有如下主要优点：

  （1)它一连地测定标距1m的桩身平均应变
，，，，桩身任何部位细小变形都反应在测值中
，，，，而古板要领只能测定几个点的应变
，，，，两点之间的变形只能推断
，，，，并且测点处的应变由于探头的介入而爆发局部应力畸变
，，，，其测值将偏离真实值。。。。

(2)古板要领是将被测元件予埋在桩身内部
，，，，不但测点有限
，，，，并且易于损坏
，，，，更主要的是零点飘移无法阻止
，，，，无法修正
，，，，新要领只在桩内埋设套管和测环
，，，，用一个探头丈量
，，，，简朴可靠
，，，，不易损坏；；；；；；并且探头可随时在铟钢标定筒内举行标定
，，，，可有用地修正零点飘移
，，，，特殊适用于恒久视察。。。。

(3)新要领所用探头具有温度自赔偿功效。。。。温度系数小于0.002mm/m/°C
，，，，并且附有一区分率为0.1°C的温度计
，，，，可随时监测测段温度
，，，，特殊适用于视察期有温度转变的现场监测
，，，，以区分温度应变及应力导致的应变
，，，，这是古板要领无法作到的。。。。浸水期
，，，，由于原地温与水温相差很大（例如冬季）
，，，，浸水后地温将降低好几度。。。。

(4)当用于笔直试桩时
，，，，不但可提供摩阻力负摩阻力、端阻力等参数
，，，，还可评估桩身质量
，，，，缺陷部位
，，，，提供弹性模量等。。。。用于水平试桩时
，，，，除提供临介承载力Hcr及极限承载力Hu外
，，，，还可提供挠度曲线
，，，，其精度可达10^-5
，，，，比常用钻孔测斜仪高一个量级。。。。

2 温陷性黄土地区负摩阻力测试

我所自83年从瑞士购入滑动测微计以来
，，，，约20个试桩工程接纳磷泼仪器
，，，，其中有五个工程监测负摩阻力
，，，，除一个工程在沿海淤泥地基外
，，，，其余四个均处于黄土地区。。。。

2.1蒲城电厂负摩阻力测试

蒲城电厂位于陕西渭北黄土原上
，，，，地层为黄土与古土壤分层交互漫衍
，，，，上部6m为马兰黄土（Q₃）下部为离石黄土（Q₂）
，，，，总厚60m
，，，，属大厚度黄土地基
，，，，地下水稳固水位为-62.8m。。。。

试桩为钻孔灌注桩
，，，，二种尺寸
，，，，各二根A型为φ1.2m
，，，，长40m
，，，，扩大端φ2.5m；；；；；；B型为φ1.0m
，，，，长32m
，，，，扩大端φ2.2m。。。。

试桩及锚桩均置于φ40m深1m的试坑中
，，，，坑底0.3m小卵石。。。？？？？
？幽诎才φ157mm
，，，，深32-40m
，，，，间距3m的注水孔140个
，，，，孔中填粒径为2～8cm卵石。。。。

为使桩基土层饱和
，，，，从90年11月15日最先注水
，，，，共注水79860m³
，，，，历时40天
，，，，于12月25日停水。。。。40m以上地层饱和度达90%。。。。沉降视察延续至91年1月29日
，，，，当最后5天平均湿陷量小于1mm时
，，，，切合《黄土规范》稳固标准
，，，，即阻止视察
，，，，最大湿陷量为65mm
，，，，小于70mm
，，，，评定为非自重湿陷性黄土。。。。特殊值得指出的是
，，，，注水时代
，，，，地层不但不沉降
，，，，反而抬升
，，，，湿陷是停水后
，，，，随着地下水位下降
，，，，土层固结而爆发的。。。。

试桩时代对A₁A₂B₁B₂四桩举行了周全的试验
，，，，包括自然状态下的笔直和水清静载试验
，，，，浸水期负摩阻力监测
，，，，饱和状态下笔直和水清静载试验。。。。试验由建科院地基所主持
，，，，以下仅先容浸水期负摩阻力监测^[8]。。。。

(1)A₁、B₁由于桩顶划分施加了6000和4800kN轴向力,浸水时代桩顶沉降较大(划分为37.7mm、15.6mm)
，，，，因而中性点位置较高（划分为18m、11m）
，，，，而A₂、B₂二桩由于顶部荷载为零
，，，，沉降只是由于浸水后土层下曳力引起
，，，，因而较小
，，，，中性点位置较低
，，，，并且随水位下降而下移
，，，，A₂从15m下降至25m处
，，，，B₂由15m下降至21m。。。。A₂、B₂中性点处的轴向力只在停水后才随水位降低而增添。。。。由于最后一次视察时
，，，，水位仍停留在25m处
，，，，因此尚未抵达最大值。。。。

(2)浸水初期
，，，，A₂、B₂不但未泛起负摩阻力
，，，，反而爆发拉应变
，，，，特殊是A₂桩
，，，，在17、25、29、35m四处
，，，，高达1285με
，，，，这一征象可用浸水初期地表抬升来诠释
，，，，浸水后
，，，，土颗粒结构尚未破损
，，，，而有用应力降低到（γ-1）H
，，，，桩身自重由于浮力也降低了
，，，，而桩端因扩大头的镶嵌作用
，，，，相当于一牢靠端座
，，，，这些因素导致桩身爆发拉应力。。。。A₂桩由于原有裂痕的保存
，，，，水渗入后爆发“楔”作用
，，，，使裂纹扩张。。。。停水后
，，，，水位下降
，，，，裂纹自上而下逐渐闭合。。。。（图3）

(3)图4批注种种工况条件下B1桩实测应变
，，，，回

归应变及正负摩阻力的转变曲线。。。。数据处置惩罚要领将在下一节叙述。。。。（图4）

(4)浸水时代
，，，，桩身正负摩阻力及端阻力漫衍如表

1所示
，，，， B₁桩由于下沉量大大凌驾其他三根桩
，，，，因而

图3  A₂桩浸水期实测应变

   中性点最高
，，，，负摩阻力和单位负摩阻力较小。。。。关于无桩顶荷载的A₂、B₂桩而言
，，，，单位正摩阻力略高于负摩阻力。。。。

图4a  B1桩实测应变曲线           图4b  B1桩回归应变曲线          图4c  B1桩正负摩阻力曲线

表1  蒲城电厂浸水时代正负摩阻力及端阻力