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1.1黃土特征及其分布

黃土是一種第四紀(jì)沉積物，具有以下全部特征，當(dāng)缺少其中一項(xiàng)或幾項(xiàng)特征的稱為黃土狀土，這些特征是：

(1)顏色以黃色、褐黃色為主，有時(shí)呈灰黃色；

(2)顆粒組成以粉粒（0.05～0.005mm）為主，含量一般在60%以上，幾乎沒(méi)有粒徑大于0.25mm的顆粒；

(3)孔隙比較大，一般在1.0左右；

(4)富含碳酸鈣鹽類；

(5)垂直節(jié)理發(fā)育；

(6)一般有肉眼可見(jiàn)的大孔隙。

黃土及黃土狀土分布范圍很廣，全世界約1300萬(wàn)km²，占陸地總面積的9.3%^[1]，主要分布于南北美洲及歐洲中緯度干旱地區(qū)。我國(guó)黃土面積63.5萬(wàn)km²，占世界黃土總面積的4.9%，主要分布在北緯34～45°之間，區(qū)域內(nèi)氣候干燥，降雨量介于250～500mm，小于250mm的沙漠地區(qū)及大于750mm的地區(qū)基本上無(wú)黃土分布。

我國(guó)黃土主要分布于黃河中下游，而黃土狀土主要分布于新疆天山南北及松遼平原，海拔高程最低為200m，最高2400m。

我國(guó)黃土面積占世界黃土面積的比例雖然不大，但最具典型性^[2]，堆積厚度也最大，黃河中游，特別是洛河和涇河流域中下游，最大厚度達(dá)180～200m，而歐洲地區(qū)的黃土厚度小于10m。

并不是所有黃土都具有濕陷性，我國(guó)濕陷性黃土約占總黃土面積的60%，大部分分布于黃河中游地區(qū)，如隴東、陜北地區(qū)，隴西、關(guān)中、河南、山西地區(qū)，其厚度一般小于15m，最大30m。

隨著我國(guó)西部大開(kāi)發(fā)的進(jìn)展，必須在黃土地區(qū)興建大型工程，如火電站及引水工程，這些工程的基礎(chǔ)處理，一般采用樁基礎(chǔ)。因此，由于黃土濕陷導(dǎo)致的樁身負(fù)摩阻力必須在設(shè)計(jì)中予以充分考慮。我所近15年來(lái)，參加了四個(gè)工程單樁負(fù)摩阻力監(jiān)測(cè)，試驗(yàn)樁位于圓形或長(zhǎng)方形浸水坑中，坑徑或邊長(zhǎng)一般等于或大于樁長(zhǎng)，測(cè)試過(guò)程中不間斷地向試坑注水至樁端土體飽和度達(dá)80%為止，停水后繼續(xù)觀測(cè)至水位降至樁端，且地表停止沉降為止。

1.2負(fù)摩阻力監(jiān)測(cè)對(duì)儀器設(shè)備的要求

負(fù)摩阻力是由于土層沉降大于樁下沉量，導(dǎo)致下曳力作用于樁側(cè)面，增大了樁身荷載及下沉量，如考慮不周，有時(shí)會(huì)導(dǎo)致災(zāi)害。土層沉降可以由于地面堆載，地下水位降低，黃土濕陷，凍土融化以及欠固結(jié)軟土或水力充填土的自重等多種原因引起。有許多估算負(fù)摩阻力的公式，有的考慮土的抗壓強(qiáng)度，有的考慮有效應(yīng)力及抗剪強(qiáng)度，有的考慮標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)，以及樁的類型和表面粗糙度等。不同公式算出的值有較大差異，因而實(shí)測(cè)具有重要意義。

負(fù)摩阻力監(jiān)測(cè)的主要目的是確定地層沉降期間樁身軸向應(yīng)力分布規(guī)律，因而對(duì)測(cè)試原理及儀器的長(zhǎng)期穩(wěn)定性均有特殊要求。應(yīng)力不能直接測(cè)量，而是通過(guò)測(cè)定應(yīng)力作用下某種力學(xué)或物理參數(shù)的變化，如應(yīng)變，聲波傳播速度等，然后根據(jù)材料的本構(gòu)關(guān)系，進(jìn)一步推算應(yīng)力，因此除準(zhǔn)確測(cè)定相應(yīng)的敏感量以外，還需了解材料的本構(gòu)關(guān)系。

樁身摩阻力監(jiān)測(cè)中，以往一般是沿軸向安裝多個(gè)鋼筋計(jì)、混凝土”應(yīng)力計(jì)”或壓力盒。由于探頭與介質(zhì)無(wú)法作到理想匹配，以及固定埋設(shè)的電測(cè)元件或多或少存在零點(diǎn)飄移，實(shí)測(cè)結(jié)果在很大程度上只能是定性的。以鋼筋計(jì)為例，它是以實(shí)測(cè)鋼筋上某一點(diǎn)處的應(yīng)變來(lái)代替該斷面上樁身平均應(yīng)變。然后乘以樁身平均彈模，求出該斷面軸向應(yīng)力。這樣作存在一系列問(wèn)題，首先，測(cè)點(diǎn)處的應(yīng)變由于探頭或電阻片（包括防潮層、導(dǎo)線）的介入，局部受力狀態(tài)變化，實(shí)測(cè)應(yīng)變不等于真實(shí)應(yīng)變；其次，樁身平均彈模只是一個(gè)估算值，實(shí)際上它沿軸向變化很大，特別是現(xiàn)場(chǎng)灌注樁，而且彈模值還與加載量級(jí)和速率有關(guān)；再者，測(cè)點(diǎn)有限，間距一般為3～5m，甚至更大，相鄰點(diǎn)之間的測(cè)值用直線連接，依據(jù)不足；此外另點(diǎn)飄移，注水期間土體溫度變化都無(wú)法確定。即使提供了軸向力曲線及中性點(diǎn)位置，但實(shí)際上它只是測(cè)值中最大值的位置，并不代表真正的中性點(diǎn)，因而也不可能確定負(fù)摩阻力分布曲線。

1.3線法監(jiān)測(cè)原理及滑動(dòng)測(cè)微計(jì)

八十年代初，瑞士聯(lián)邦蘇黎世工學(xué)院K.Kovari教授等提出了線法監(jiān)測(cè)（Linewise observation）及相應(yīng)的測(cè)試技術(shù)，如滑動(dòng)測(cè)微計(jì)、三向位移計(jì)等^{[3、4、5、6、7]}。如前所述，鋼筋計(jì)，壓力盒等屬點(diǎn)法監(jiān)測(cè)（Point observation），點(diǎn)法監(jiān)測(cè)充其量只能獲得測(cè)點(diǎn)處的信息，測(cè)點(diǎn)之間如有某種不連續(xù)面或空洞（E值降低），則無(wú)法分辨出來(lái)。線法監(jiān)測(cè)原理是連續(xù)地測(cè)定一條線（直線或曲線）上相鄰二點(diǎn)間的相對(duì)位移，這樣，不僅可合理地計(jì)算軸力、摩阻力、還可揭露樁身的所有缺陷。

滑動(dòng)測(cè)微計(jì)主體為一標(biāo)長(zhǎng)1m，兩端帶有球狀測(cè)頭的位移傳感器，內(nèi)裝一個(gè)線性電感位移計(jì)（LVDT）和一個(gè)NTC溫度計(jì)。為了測(cè)定測(cè)線上的應(yīng)變及溫度分布，測(cè)線上每隔1m安置一個(gè)具有特殊定位功能的環(huán)形標(biāo)，其間用硬塑料管相連，滑動(dòng)測(cè)微計(jì)可依次地測(cè)量?jī)蓚€(gè)環(huán)形標(biāo)之間的相對(duì)位移，可用于多條測(cè)線，是一種便攜式高精度應(yīng)變儀。（圖1）。

圖1滑動(dòng)測(cè)微計(jì)

Sliding Micromeiler ISETH

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