土力学与地基基础测及室内试验

16.1.3基础工程施工监测的主要内容及要求

大面积填方、填海等地基处理工程应对地面沉降进行长期监测（直到沉降达到稳定标准），另外，施工过程中还应对土体位移、孔隙水压力等进行监测。基坑开挖应根据设计要求进行监测并应实施动态设计和信息化施工。施工过程中需要降水而周边环境要求监控时应对地下水位变化和降水对周边环境的沉降和位移等影响进行监测。预应力锚杆施工完成后应对锁定的预应力进行监测，监测锚杆数量不得少于锚杆总数的10%且不得少于6根。基坑开挖监测内容应主要包括支护结构的内力和变形；地下水位变化及周边建（构）筑物、地下管线等市政设施的沉降和位移等。16.1.4土工试验的基本要求及试样制备方法

试验前要明确所作实验的目的、要求和注意事项，应按操作归程认真操作、正确读数、细心观察、认真记录，不得草率敷衍、拼凑数据，要爱护仪器设备。试验完毕后应做好整理工作，应将试剂、材料、工具和仪器放回原处，应洗刷器皿并清扫试验场地，应切断电源、水源、气源。（1）试样的制备（2）试样的饱和试样饱和宜根据土样的透水性能分别采用浸水饱和法、毛细管饱和法或抽气饱和法。粗粒土应采用浸水饱和法。渗透系数大于10-4cm/s的细粒土应采用毛细管饱和法；渗透系数小于或等于10-4cm/s的细粒土应采用抽气饱和法。试样的饱和应按规定程序进行。16.2土的颗粒分析试验

土的颗粒分析就是用试验的方法求出小于某种粒径的颗粒所占土质量的百分数。土的颗粒分析试验目的是为了研究土中不同颗粒含量对其性质的影响，通过颗粒分析可以确定土的级配（即了解土中颗粒大小的分配情况）并借以确定土的种类及评价土的工程性质也为建材选料提供依据。土的颗粒分析试验一般用筛析法、密度计法和移液管法测定。筛分法是利用一套孔径不同的标准筛来分离一定量的砂性土中与筛孔相应的粒组而后称重并计算各粒组的重量百分比、确定砂性土的粒度成份。密度计法是将定量的土样与水混合倾注量筒中使悬液体积达到1000ml，悬液经过搅拌大小颗粒均匀地分布于水中（因此悬液的浓度上下一致），然而颗粒相同的土粒依照斯托克定律将以等速下降，经过一定时间后量得某一深度悬液的比重与原来的悬液的比重相比较即可求出小于某批径的百分数。对于粒径大于0.075mm的土粒可用筛析法测定，而对于粒径小于0.075mm的土粒则用密度计法来测定。16.3土的密度试验

所谓“土的密度”是指土的单位体积质量，在天然含水率状态下的密度称为天然密度。。测定土的湿密度可以了解土的疏密和干湿状态以供换算土的其他物理性质指标和工程设计或控制施工质量之用。土的密度试验可了解土体内部结构的密实情况，土体密度大小与土的松紧程度、压缩性、抗剪强度等均有一定联系。实验室土的密度试验一般常用环刀法及蜡封法，两者主要区别在于测定土的体积方法的不同，环刀法适用于细粒土；蜡封法适用于土中含有粗粒或者坚硬易碎难以用环刀切割的土（或者试样量少、只有小块形状不规则时使用）。16.4土的比重试验

测定土粒的比重可为计算土的孔隙比、饱和度以及为其他土的物理力学试验（比如颗粒分析的比重计法试验、压缩试验等）提供必需的数据。土粒比重试验可测定土粒在105~110℃下烘至恒重的质量与体积4℃时纯水的质量的比值，土粒比重是计算土的换算指标的一个必不可少的物理量。土的比重是土中各矿物的比重之平均值（即组成土的矿物颗粒密度的平均值，其值大小常与组成土矿物的种类及其含量有关）。土粒比重试验应遵守相关规定，对小于、等于和大于5mm土颗粒组成的土应分别采用比重瓶法、浮称法和虹吸管法测定比重，土粒比重是指土颗粒的平均比重。16.5土的含水量试验

土的含水量（也称土的湿度）是土在温度105~110℃下烘到恒重时失去的水分质量与达到恒重后干土质量的比值（以百分数表示）。土的含水量试验目的是测定土的含水量以了解土的含水情况，土的含水率是土最基本的物理参数之一，它直接影响到土的工程性质，是计算其物理指标（比如土的孔隙比、液性指数、饱和度）、测量其它物理状态指标的最基本试验。粘性土、粗粒土、细粒土、冻土、砂土和有机质土类适用于烘干法。土的含水量试验采用的仪器设备有电热烘箱（应能控制温度为105~110℃）、天平（称量200g、最小分度值0.01g；称量1000g、最小分度值0.1g）以及其它干燥器、铝盒、等。16.6土的界限含水量试验

土的界限含水率试验目的是为了确定粘性土由流动状态、可塑状态、半固体状态、固体状态相互转化时的分界含水率，它是土工试验中的基本指标之一，可为划分土类、计算天然稠度及塑性指数、工程设计和施工提供依据。土体由于含水率不同会分别处于流动状态、可塑状态、半固体状态、固体状态，流动状态和可塑状态的分界含水率（界限含水量）称为土的液限，可塑状态和半固体状态的分界含水率（界限含水量）称为土的塑限。测定土的液限时含水量可以计算土的塑性指数和液性指数并作为粘土类土的分类以及估算地基土承载力等的一个依据；测定土的塑限并与液限试验和含水量试验结合可以计算土的塑性指数和液性指数并作为粘性土的分类以及估算地基土承载力的一个依据。目前，土的液限试验可采用锥式法，土的塑限试验可采用搓条法，土的液、塑限试验可采用液塑限联合测定法。16.7土的渗透试验

土的渗透是水流通过多孔介质的现象（渗透系数是表达这一现象的定量指标），若土中渗透水流属于层流则渗透速度与水力坡降成正比，当水力坡降等于1时的渗透速度称为土的渗透系数。渗透试验的目的是测定水通过土中孔隙难易程度的性质，它是土工试验中的基本项目之一，地下水的补给与排泄条件以及在土中的渗透速度都与土的渗透性有关，在计算地基沉降速度和地下水涌水量时都需要土的渗透性指标。所谓“渗透试验”是根据达西定律测定渗透系数的。常水头渗透试验适用于粗粒土，变水头渗透试验适用于细粒土。试验采用的纯水应在试验前用抽气法或煮沸法脱气，试验时的水温宜高于试验室温度3~4℃。试验应以水温20℃为标准温度，标准温度下的渗透系数应按式k20=kT（ηT/η20）计算，其中，k20为标准温度时试样的渗透系数、单位为mm/s；ηT为T℃时水的动力粘滞系数、单位为kPa·s；η20为20℃时水的动力粘滞系数、单位为kPa·s。根据计算的渗透系数应取3~4个在允许差值范围内的数据的平均值作为试样在孔隙比下的渗透系数（允许差值不大于2×10-6）。当进行不同孔隙比下的渗透试验时应以孔隙比为纵坐标、渗透系数的对数为横坐标绘制关系曲线。16.8土的击实试验

为提高填土的密实度、降低其透水性和压缩性、使土的压缩效果最好就必须找出在一定的压实能量下使土最容易压实、并能达到最大密度时的含水率和相应的干密实。击实试验可获得相应的控制参数，击实试验可为施工控制填土密度提供设计依据以保证工程质量。击实试验有轻型击实和重型击实2种（轻型击实试验适用于粒径小于5mm的土，击实筒容积为947cm3、击锤质量为2.5kg，把制备成一定含水量的土料分三层装入击实筒，每层土料用击锤均匀锤击25下，击锤落高为30.5cm。重型击实试验适用于粒径小于40mm的土，击实筒容积为2104cm3、击锤质量为4.5kg，击锤落高为45.7cm，分五层击实、每层56击，采用三层击实时最大粒径应不大于40mm），根据击实后土样的密度和实测含水量计算相应的干密度。轻型击实试验的单位体积击实功约592.2kJ/m3，重型击实试验的单位体积击实功约2684.9kJ/m3。对过湿的土进行夯实或碾压时会出现软弹现象（此时的土的密实度是不会增大的），对很干的土进行夯实或碾压时显然也不能把土充分压实，因此，要使土的压实效果最好其含水率一定要适当。击实试验是利用标准化击实仪器在一定压实能量下对数个试样进行击实获得击实曲线并进而获得相应的参数，击实试验是用锤击使土密度增加的一种方法，土在一定击实效应下其含水量不同所得的密度也不相同，能使土达到最大密度所要求的含水量称为最优含水量，其相应的干密度称最大干密度。在标准击实方法下测定土的最大干密度和最优含水量可为控制路堤、土坝或填土地基等的密实度提供重要的指标。16.9土的压缩试验

压缩试验是研究土的压缩性大小及其特征的室内试验方法（也称固结试验）。土的压缩就是土在压力作用下体积逐渐缩小的过程，压缩试验是将土样放在金属容器内在有侧限的条件下施加压力，观察在不同压力下土的压缩变形量以测定土的压缩系数、压缩模量、固结系数等有关压缩性指标并了解土的压缩性，籍以作为设计计算的依据。16.10土的无侧限抗压强度试验

土的无侧限抗压强度是指试样在无侧向压力条件下抵抗轴向压力的极限应力。土的灵敏度是指原状土的无侧阻抗压强度与重塑后的无测限抗压强度的比值。用无侧限抗压强度可以确定天然地基的强度参数和灵敏度。一般情况下，土的无侧限抗压强度试验适用于粘性土类（特别适用于饱和粘性土的抗压强度及灵敏度测试）。土的无侧限抗压强度试验设备简单、操作简便，在工程上应用很广。目前，土的无侧限抗压强度试验方法多为应变控制法。利用三轴剪力仪也可测定土的无侧限抗压强度（即在试样周围压力等于0的条件下进行），因此，无侧限抗压强度试验是三轴试验的一个特例（即将土样置于不受侧向限制的条件下进行的压力试验，此时土样所受的小主应力σ3=0而大主应力σ1之极限值即为无侧限抗压强度）。16.11土的直接剪切试验

土的抗剪强度是土在外力作用下其一部份土体对于另一部份土体滑动时所具有的抵抗剪切的极限强度。直接剪切试验是测定土的抗剪强度的一种常用方法，直接剪切试验是将同一种土的几个试样分别在不同的竖向压力作用下沿固定的剪切面直接施加水平剪力得到破坏时的剪应力，然后根据库仑定律确定土的抗剪强度指标（内摩擦角和凝聚力）。直接剪切试验通常采用4个试样为一组的方式，分别在不同的竖向压力σ下施加水平剪应力进行剪切求得破坏时的剪应力τ，然后根据库仑定律确定土的抗剪强度参数（内摩擦角φ和凝聚力c）。直剪试验分为快剪（Q）、固结快剪（CQ）和慢剪（S）等3种试验方法。快剪试验是在试样上施加竖向压力后立即快速施加水平剪切力（以0.8~1.2mm/min的速率剪切，一般可使试样在3~5min内剪破），在整个试验过程中不允许试样的原始含水率有所改变（即在试验过程中孔隙水压力应保持不变，故试样两端应用隔水纸），快剪法适用于测定粘性土（或渗透系数小于10-5cm/s的细粒土）的天然强度。慢剪试验适用于细粒土，固结快剪试验方法适用于渗透系数小于10-6cm/s的细粒土。16.12土的三轴剪切试验

土的抗剪强度是指土本身所具有抵抗剪切破坏的极限强度，即土体在各向主应力的作用下在某一应力面上的剪应力（σ1）与法向应力（σ3）之比达到某一比值土体就将沿该面发生剪切破坏。三轴剪切试验（压缩试验）是在三向应力状态下测定土的抗剪强度参数的一种剪切试验方法，其依据是莫尔~库仑强度理论，通常用3~4个圆柱体试样分别在不同的恒定围压下施加轴向压力进行剪切、直至破坏，然后根据极限应力圆包络线求