【正文】 (或稱相對誤差)。要達到完全匹配，即把土壓力盒放到土介質中或結構物表面又不破壞原來的應力場．這一理想情況實際上是很困難的。幾十年來國內外對土壓力盒進行了大量的理論與實驗研究。如泰勒等人及我國許多單位的研究成果都具有重要的參考價值。巴拉諾夫的研究成果受到了廣泛的注意，他首先作了如下假定：①土介質是線性變形體，不能承受拉應力；②壓力盒是圓餅形．在壓力作用下壓力盒的工作面假定為平面且平行移動；③壓力盒的變形與其尺寸相比極??；④因壓力盒通常比土堅硬，故壓力盒變形是由它自由地受壓產生的；⑤討論一個無限大的土體。在它上面作用均布壓力，壓力盒的工作面與此壓力作用面相平行。根據這些假定247。導出計算壓力盒匹配誤差的基本公式：(1)壓力盒埋入無限土介質中如圖68(a)，壓力盒的中間平面在荷載作用下仍為平面，壓力盒全面積工作，這時相對誤差為式中 P，壓力盒記下的附加壓力，即壓力盒上實際平均應力與自由場應力之差；P自由場應力；(2)壓力盒埋設在剛性基礎下如圖68(b)，其它條件與第一種情況相同，這時只／P值應比式(62)算得的大一倍。即(3)壓力盒埋設在結構的凹槽中變形膜與結構表面平齊，如圖68(b)，此時式中E結構物材料的變形模量。如令氏為單位應力時壓力盒的撓度，將式(64)分母中的E以E=H／80替換則上式為(4)壓力盒有效受壓部分小于全面積設壓力盒有效受壓部分的直徑為d，壓力盒外殼可認為是絕對剛性，而有效受壓部分的等效蠻形橫量為E，其它條件同第一種情況，此時有3．土壓力盒主要參數目前設計和使用的土壓力盒最常見的外形是圓餅形，此外還有皿形、橄欖形、T形等。(1)直徑選擇一般壓力盒承壓板的有效受壓部分直徑d要大于所測介質最大顆粒粒徑的50倍以上；做模型試驗時，要求采用很小直徑(D一2～4cm)的土壓力盒。當量測大型結構物的基底壓力或側壓力時最好采用10～15cm或更大尺寸的土壓力盒。對于埋入式土壓力盒，由式(62)可看出，厚徑越大，應力集中的影響就越大；厚徑比越小(即壓力盒越薄)，所測得的應力與該點未擾動時的真正應力相近。關于壓力盒的厚度HrU與直徑D之比的選擇，一般建議厚徑比f≤0．1～0．2。對于邊界式土壓力盒，厚徑比值簧值不限。(2)量程確定量程是指土壓力盒能夠測量的壓力范圍，其上限可取經理論驗算或憑經驗估算出的土壓力加20％～50％的值，作為壓力盒最大設計荷載，下限以能保證壓力盒具有足夠的靈敏度為準。(3)剛度匹配土壓力盒與土介質變形特性間的關系是設計土壓力盒最重要的問題。這一關系的表示方法有以下三種：一是用土壓力盒的等效變形模量與土介質的變形模量之比E，／E表示；二是用壓力盒承壓板直徑與其中心最大撓度之比D／8表示；三是用承壓板撓度的變化量與板上作用的土壓力變化量之比，即柔度d8／dq表示。其中第一種方法考慮的較全面，包括了傳感器及土介質的特性。而第二、第三種方法僅考慮了傳感器承壓板的可撓性問題，在設計中一般應以滿足E／E條件為主，兼顧條件。如果土介質的變形模量E。不易取時，亦可重點考慮魯條件。對于埋入式土壓力盒，由式(61)可知，若傳感器與土介質的變形模量相等(gPN度完全匹配)時最為理想，此時由剛度問題引起的相對誤差為零。但由于土是彈塑性介質，其變形模量因土介質種類不同而異，隨壓力值變化而變化，即使是同一種介質，其變形模量在加載過程中變化也很大，在卸載時的變形模量往往比加載時的值大很多倍。由此可見，研制一種在測量期間始終與土介質同一的變形性質，即要求E；一E，且有穩(wěn)定的測力特性的土壓力盒，實際上是不可能的。理論和實際研究表明，取下A9≥5～10，且滿足厚徑0．1～0．2時，可以得到可靠的測量結果。也可以根據不同條件選取相對誤差趨于穩(wěn)定時的E／E，值進行設計。對邊界式土壓力盒來說，壓力盒與安放壓力盒的結構物材料的變形模量相等時，由剛度問題引起的相對誤差為零。但結構物材料的變形模量隨本身的材料、季節(jié)及溫度、濕度等因素的變化而變化，所以要實現變形模量相等這一條件也是相當困難的。壓力盒的變形模量大于或小于結構物材料的變形模量都會帶來誤差，但當壓力盒的D／a。對土介質的變形模量E之比(即等／E)大于一定值后，相對誤差趨于穩(wěn)定。一般設計時取等／E≥10。土介質的變形模量E的取值很重要。若取得過小，會使測量誤差增大；若取得過大，則給土壓力盒的設計帶來困難。通常應取整個量測過程中載荷引起E變化的最大值。E值也可根據土介質特性及荷載形式、大小預估，最好用試驗方法測定。壓力盒與土介質的泊松比不完全匹配所引起的誤差很小，通?？梢院雎圆挥?。②D／a的選擇在對土壓力盒加卸載過程中，如果承壓板的撓度很大，承壓板上面的土層就會產生拱效應，導致作用在壓力盒上應力量測值的減少。為避免拱作用的影響，最初要求壓力盒承壓板直徑D與中心最大撓度6之比應大于2000，目前有人把這個限度提高到5000，甚至10000。da／dq的選擇為了使荷載作用后土介質密度的變化對量測值的影響限制在一定范圍內，并保證承壓板在卸荷時具有恢復原狀的能力，要求承壓板的撓度艿的變化量對板上作用的土壓力q的變化量之比(即柔度)能滿足下列條件土壓力盒在制造、組裝完畢后，都必須對原來設計的指標進行一系列的試驗。例如在使用前，需進行傳感器的標定(亦稱率定)試驗，以建立傳感器的輸入量(壓力)與輸出量(頻率)之間的關系。同時需進行穩(wěn)定性試驗、溫度影響試驗及防水密封試驗等，以確定傳感器的性能是否符合要求。4．土壓力盒的埋設土壓力測量前，應選擇合適的土壓力盒。對于長期測量靜態(tài)土壓力時，一般多采用鋼弦式土壓力盒，又以單膜和單線圈型式的較為經濟實用。傳感器量程的選擇，一般應比預計的壓力大2～4倍，應避免超量程使用。對靜態(tài)土壓力長期觀測，要求具有較好的長期穩(wěn)定性，即零點穩(wěn)定不變，或變化很小。要求具有很好的密封防水性能，在等量程壓力時保持不漏水。鋼弦式土壓力盒因其輸出為頻率信號，且量測結果不受導線長度、優(yōu)劣的影響。所以一般情況下對導線的要求不高。但為滿足防水要求時，特別是在地下水位較高的軟土中，應注意導線的選擇。一般可選用雙芯帶屏蔽的橡膠電纜。導線長度可根據實際長度(適當保留富裕)確定，中間不允許有接頭，可在向廠商訂貨時明確要求。目前在現場測量中，接收儀器多采用袖珍式的數字頻率接收儀，使用攜帶比較方便，量測簡便快捷。(1)布點原則監(jiān)測點的布置首先應考慮監(jiān)測的目的和要求。如僅僅通過觀測了解建筑物的受力狀態(tài)和對周圍環(huán)境的影響程度，那么需要傳感器的數量不應太多。如果要求通過試驗來驗證結構理論及評定理論公式和系數的復雜問題時，則使用的傳感器數量應比較多。然而在這種情況下，應根據理論計算的結果和地質資料的分析來布設測點。要把測點布設在有代表性的結構斷面和土層上。例如基坑圍護擋墻上，可在擋墻兩側不同深度處，埋設土壓力盒，以測定在開挖過程中主動土壓力與被動土壓力的大小和變化，并與設計計算時的土壓力進行比較，看其是否安全。當然還需對墻體位移情況進行綜合分析，判斷其安全性。(2)壓力盒的現場埋設以地下連續(xù)墻為例來說明壓力盒埋設方法。地下連續(xù)墻主要作為基坑工程的圍護結構和永久性地下結構。①埋設特點1)在充滿護壁泥漿的溝槽中埋設；2)壁面平整度受挖槽機械性能和土質條件的限制，在傳感器埋設部位的壁面無法修平；3)在澆注水下混凝土后，要保證壓力傳感器與槽壁面緊密接觸，并且不能有護壁泥漿殘留于壓力傳感器與護壁之間，更不允許有混凝土或砂漿流入其間。②埋設方法1)水壓活塞式埋設法該裝置由活塞裝置(包括活塞、活塞缸、密封圈、限位器、護盒、砂包等)，安裝定位框架(包括承重角鋼、U型卡環(huán)、聯接板及定位架等)及加壓裝置(包括手搖泵、水管及閥門等)三部分組成，如圖69所示。在30～40m深的泥漿槽中，泥漿槽壁面為凹凸不平的情況下埋設傳感器，關鍵是要保證傳感器受壓面與壁面緊密接觸，混凝土澆注前后，均不應有護壁泥漿留于傳感器與槽壁之間，亦不應有混凝土或砂漿流入其間。而采用水壓活塞式埋設裝置，是將裝有土壓力傳感器的活塞裝置用螺釘與安裝定位框架聯結起來，這種裝置根據土壓傳感器的布置、安裝及運輸方便可分成若干節(jié)，在泥漿槽槽口處依次組裝的；然后用吊車將其對準槽中，徐徐放到預定高程，將進水管與加壓裝置聯接適當，施加水壓力推動活塞使土壓傳感器壓向槽壁，當儀器讀數表明土壓傳感器已與槽壁接觸后，再適當增加水壓使其緊貼槽壁，并保持這個壓力到混凝土澆注之后待混凝土初凝時再除去水壓力。圖610示出了水壓活塞裝置將傳感器在泥漿槽中埋設就位的情況。2)掛布法掛布法是將土壓力傳感器按布點的位置，先裝在一定寬度的尼龍布上，然后將帶有傳感器的尼龍布鋪掛在鋼筋籠的表面相應位置上，隨同鋼筋籠一起吊入溝槽中，定位后向溝槽內澆注混凝土，隨混凝土面的上升，借混凝土的側向推力，將鋪掛在鋼筋籠表面的尼龍布連同土壓力傳感器一起壓向溝槽的壁面。當混凝土繼續(xù)上升時，推力不斷增加，使傳感器與槽壁側面的土面接觸得更緊密。注意澆注混凝土時遠離傳感器一定距離，在振搗混凝土時，振搗棒不要直接接觸尼龍布上的傳感器。1一電纜束引至觀測室；2一加壓裝置；3一槽口板；4～安裝定位框架；5一護壁；6一活塞裝置；7一土壓力傳感器5．土壓力觀測實例某圍堰為有拉桿的雙排鋼板樁結構。圍堰地基土層物理力學指標如表62所示，回填料物理力學指標如表63所示。施工程序為：鋼板樁打入前開挖海底淤泥至一0．5m，然后拋板樁左右兩側棱體，繼之回填粗砂至一4．Om，回填石屑至一2．Om。完畢后，打入鋼板樁，固定錨桿，并同時回填山皮土至+3．8m，圍堰合攏后數日回填坡土+5．Om。圍堰施工結束塢內抽水，最終水位降至一8．Om，塢內挖泥至一8．5m。由于船塢主體為水中圍堰陸上施工，因此圍堰的安全是船塢工程的關鍵。為監(jiān)測圍堰在施工和抽水全過程中的穩(wěn)定性，在堰體和基礎中進行了雙排鋼板樁土壓力、變形、拉桿應力、水位、孔隙水壓力等觀測。土壓力觀測采用鋼弦式土壓力盒，鋼板樁上埋設土壓力盒后打入時，需穿過2m厚石屑，為保護土壓力盒，同時為減少壓力盒受石屑、山皮土的作用力的應力集中，在土壓力盒膜片前方裝一個中間傳力瀝青囊，在土壓力盒背面，為使土壓力盒膜面與鋼板樁臨土面在同一平面上，裝有固定土壓力盒的保護殼。如圖611所示。土壓力盒觀測值為總壓力，將觀測值減去同時觀測的水壓力，并測量土壓力盒電阻值進行溫度校正。觀測結果如圖612所示。從觀測結果看，這種鋼板樁圍堰土壓力與按庫侖理論計算相比較，在板樁底部土壓力實側值大于計算值。二、孔隙水壓力測量地基土中孔隙水壓力的變化與地基所受到的應力變化和地下水的排水條件密切相關，是影響基坑邊坡穩(wěn)定的重要因素，施工中應有效地監(jiān)測孔隙水壓力的變化。土是三相體，由骨架(礦物顆粒)，液體(水)，氣體組成。當飽和土在外力作用下，其總應力由土骨架的粒間應力(有效應力)和孔隙水所承擔的孔隙水壓力所承擔式中仃土中某點總應力；式(69)即為有效應力原理的數學表達式。由于直接測量土中有效應力很困難，由此可以通過測量土中的總應力與孔隙壓力推算有效應力，這樣孔隙壓力的研究與實測也就得到了發(fā)展?？紫端畨毫τ?或稱孔隙壓力計、孔壓計)的基本工作原理，是把多孔元件放置在土中，使土中水連續(xù)通過元件的孔隙(透水后)，把水收集在一個容器中，再測量容器中水的水位或水壓力，即可測出孔隙壓力?？紫秹毫τ嫷闹饕鬄椋?1)能準確測得土中的孔隙壓力，不論是正的還是負的(吸力)，誤差在已知和允許范圍內；(2)在天然土中埋設孔壓計時，對土的擾動最?。?3)對孔隙壓力變化的反應迅速；(4)堅固可靠，長期穩(wěn)定性好。對任何孔壓計，為了增加測量系統(tǒng)內的壓力，就要一定量的水從土中流入元件，這就會使儀器不能立即顯示孔隙壓力的變化。因為土的滲透性是有限的，在地下水壓力變化和孔隙壓力計顯示這個壓力之間有一個時間差，這個時間差小，孔壓計的反應也就迅速。 1．孔隙水壓力計目前，國內外所使用的孔隙水壓力計的種類很多，但在我國常用的孔隙水壓力計主要為雙管液壓式(SKY)、鋼弦式(GKD)及電感調頻式(BSY)。其工作原理見表64。(1)孔隙水壓力的率定每個孔隙水壓力計在埋設之前均應進行壓力計的率定，以求得壓力計的標定系數(五)及零點壓力下的頻率值(fo)；有些壓力計在出廠時提供標定系數(忌)及零點壓力下的頻率值(Yo)。由于在埋設條件的氣壓氣溫等環(huán)境條件與率定現場不同，零點壓力的頻率值(fo)可能會出現漂移現象，故在壓力計埋設之前，需重新測得零點壓力下的頻率值(fo)。(2)孔隙水壓力計的選用雙管液壓式能較直觀地得到孔隙水壓力的數據，但是操作較為繁瑣，受氣候的影響較大；鋼弦式和電感調頻式操作較為簡單，受氣候的影響較小，但要做動態(tài)觀測。(3)孔隙水壓力觀測的儀器設備主要由兩部分組成，即壓力計與測讀器。①壓力計是受壓的部分，由錐頭、濾水石、承壓部件、傳壓(管)線組成。②雙管液壓式壓力計的測讀器是零位計、調壓筒和壓力表直接測讀孔隙水壓力值；鋼弦式和電感調頻式壓力計的測讀器是由數字顯示頻率儀測得頻率值，經換算求得孔隙水壓力值。2．孔隙水壓力計的埋設首先要根據埋設壓力計的深度，孔隙水壓力的變化幅度，以及大氣降水可能會對孔隙水壓力造成的影響等因素，確定埋設孔隙水壓力計的量程，以免造成孔隙水壓力超出量程范圍，或是量程選用過大，影響測量精度。將濾水石洗凈、排氣，避免由于氣體造成所測的孔隙水壓力值錯誤。備足直徑約為1～2cm的干燥粘土球，其粘土的塑性指數，不得小于17，最好采用膨潤土，以供封孔使用。備足純凈的砂，作為壓力計周圍的過濾層。計算所需的管長度或電纜長度。孔徑原則上要求大小應與壓力計的直徑相同，一般則采用j591mm或j5108mm的鉆具成孔。原則上不得采用泥漿護壁工藝成孔，如采用泥漿護壁的工藝，在