实验四 基坑与边坡稳定性监测实验
一、实验目的
1.了解基坑与边坡稳定性监测实验方法。 2.了解滑动式测斜仪的工作原理。 3.掌握滑动式测斜仪的使用方法。 4.掌握数据处理方法
二、实验原理
深层水平位移就是测量围护桩墙和土体在不同深度上的点的水平位移，通常采用测斜仪测量，将围护桩墙在不同深度上的点的水平位移按一定比例绘制出水平位移随深度变化的曲线，即围护桩墙深层挠曲线。测斜仪由测斜管、测斜探头、数字式测读仪三部分组成，测斜管在基坑开挖前埋设于围护桩墙和土体内，测斜管内有四条十字型对称分布的凹型导槽，作为测斜仪滑轮上下滑行轨道，测量时，使测斜探头的导向滚轮卡在测斜管内壁的导槽中，沿槽滚动将测斜探头放人测斜管，并由引出的导线将测斜管的倾斜角或其正弦值显示在测读仪上。
测斜仪的原理是通过摆锤受重力作用来测量测斜探头轴线与铅垂线之间倾角φ，进而计算垂直位置各点的水平位移的。图12.1为测斜仪量测的原理图，当土体产生位移时，埋人土体中的测斜管随土体同步位移，测斜管的位移量即为土体的位移量。放人测斜管内的活动深头测出的量是各个不同量测段上测斜管的倾角φ，而该分段两端点(探头下滑动轮作用点与上滑动轮作用点)的水平偏差可由测得的倾角φ用下式表示：
?i?Li?sin?i （1） 式中?i——第i量测段的水平偏差值(mm)；
Li——第i量测段的长度，通常取为0.5m、1.0m等整数(mm)；
°
?i——第i量测段的倾角值()。
当测斜管埋设得足够深时，管底可以认为是位移不动点，从管底上数第n量测段处测斜管的水平偏差总量为：nn
????i?L?sin??i (2)
i?1i?1?o就是各量测段水平偏差的总和。 显然，管口的水平偏差值
在测斜管两端都有水平位移的情况下，就需要实测管口的水平偏差值?o，并从管口下数
?n，即： 第n量测段处的水平偏差值nL?sin?i （3） ?n??0?i?1应该引起注意的是：只有当埋设好的测斜管的轴线是铅垂线时，水平偏差值才是对应的水平位移值，但要将测斜管的轴线埋设成铅垂线是几乎不可能的，测斜管埋设好后，终有一定的倾斜或挠曲，因此，各量测段的水平位移?应该是各次测得的水平偏差与测斜管的初始水平偏差之差，即：
??? ?n??n??0n??0??L?(sin?i?1ni?sin?0i) （4）
式中 ?0n——从管口下数第n量测段处的水平偏差初始值；
?0i——从管口下数第n量测段处的倾角初始值；
?0——实测的管口水平位移，当从管口起算时，管口没有水平偏差初始值。
图12.1 测斜仪量测原理图 测斜管可以用于测单向位移，也可以测双向位移，测双向位移时，由两个方向的测量值求出其矢量和，得位移的最大值和方向。
实际测量时，将测斜仪探头沿管内导槽插入测斜管内，缓慢下滑，按取定的间距L逐段测定各量测段处的测斜管与铅直线的倾角，就能得到整个桩墙轴线的水平挠曲或土体不同深度的水平位移。
三、测斜仪类型
测斜仪按探头的传感元件不同，可分为滑动电阻式、电阻片式、钢弦式及伺服加速度式四种（图12.2为伺服加速度式测斜仪）。
滑动电阻式探头以悬吊摆为传感元件，在摆的活动端装一电刷，在探头壳体上装电位计，当摆相对壳体倾斜时，电刷在电位计表面滑动，由电位计将摆相对壳体的倾摆角位移变成电信号输出，用电桥测定电阻比的变化，根据标定结果就可进行倾斜测量。该探头的优点是坚固可靠，缺点是测量精度不高。
电阻片式探头是用弹性好的青铜弹簧片下挂摆锤；弹簧片两侧各贴两片电阻应变片，构成差动可变阻式传感器。弹簧片可设计成等应变梁，使之在弹性极限内探头的倾角与电阳应变读数呈线性关系。
钢弦式是通过在四个方向上十字型布置的四个钢弦式应变计测定重力摆运动的弹性变
形，进而求得探头的倾角。可同时进行两个水平方向的测斜。
伺服加速度计式测斜探头是根据检测质量块因输入加速度而产生惯性力，并与地磁感应系统产生的反力相平衡，感应线圈的电流与此反力成正比，根据电压大小可测定倾角。该类测斜探头灵敏度和精度较高。
活动式测斜仪主要有以下四部分组成：装有重力式测斜传感元件的探头、测读仪、电缆和测斜管。
(1)测斜仪探头 它是倾角传感元件，其外观为细长金属鱼雷状探头，上、下近两端配有两对轮子，上端有与测读仪连接的绝缘量测电缆。
(2)测读仪 测读仪是测斜仪探头的二次仪表，是与测斜仪探头配套使用的。
(3)电缆 电缆的作用有四个：①向探头供给电源；②给测读仪传递量测信息；③作为量测探头所在的量测点距孔口的深度尺；④ 提升和下降探头的绳索。电缆需要很高的防水性能，因为作为深度尺，在提升和下降过程中有较大的伸缩，为此，电缆中有一根加强钢芯线。
(4)测斜管 测斜管一般有塑料(PVC)和铝合金材料制成，管长分为2m和4m两种规格，管段之间由外包接头管连接，管内对称分布有四条十字型凹型导槽，管径有60mm、70mm、90mm等多种不同规格。铝合金具有相当的韧性和柔度，较PVC管更适合于现场监测，但成本远大于后者。
四、埋设
测斜管有绑扎埋设和钻孔埋设两种方式：
（1）绑扎埋设 主要用于桩墙体深层挠曲测试，埋设时将测斜管在现场组装后绑扎固定在桩墙钢筋笼上，随钢筋笼一起下到孔槽内，并将其浇筑在混凝土中。
(2)钻孔埋设 首先在土层中预钻孔，孔径略大于所选用测斜管的外径，然后将测斜管封好底盖逐节组装逐节放人钻孔内，并同时在测斜管内注满清水，直到放到预定的标高为主。随后在测斜管与钻孔之间空隙内回填细砂，或水泥和粘土拌合的材料固定测斜管，配合比取决于土层的物理力学性质。
埋设过程中应注意，避免管子的纵向旋转，在管节连接时必须将上、下管节的滑槽严格对准，以免导槽不畅通。埋设就位时必须注意测斜管的一对凹槽与欲测量的位移方向一致(通常为与基坑边缘相垂直的方向)。测斜管固定完毕或混凝土浇筑完毕后，用清水将测斜管内冲洗干净。由于测斜仪的探头是贵重仪器，在未确认导槽畅通可用时，先用探头模型放人测斜管内，沿导槽上下滑行一遍，待检查导槽是正常可用时，放可用实际探头进行测试。埋设好测斜管后，需测量测斜管导槽的方位、管口坐标及高程，要及时做好保护工作，如测斜管外局部设置金属套管保护，测斜管管口处砌筑窨井，并加盖。
五、量测
将测头插入测斜管，使滚轮卡在导槽上，缓慢下至孔底，测量自孔底开始，自下而上沿导槽全长每隔一定距离测读一次，每次测量时，应将测头稳定在某一位置上。测量完毕后，将测头旋转180度。插入同一对导槽，按以上方法重复测量。两次测量的各测点应在同一位置上，此时各测点的两个读数应是数值接近、符号相反。如果测量数据有疑问，应及时复测。
基坑工程中通常只需监测垂直于基坑边线方向的水平位移。但对于基坑仰角的部位，就有必要测量两个方向的深层水平位移，此时，可用同样的方法测另一对导槽的水平位移。有些测读仪可以同时测出两个相互垂直方向的深层水平位移。深层水平位移的初始值应是基坑开挖之前连续3次测量无明显差异读数的平均值，或取开挖前最后一次的测量值作为初始值。测斜管孔口需布设地表水平位移测点，以便必要时根据孔口水平位移量对深层水平位移量进行校正。
六、数据记录与计算
数据记录格式如下：
表12-1 数据记录表
工程名称： 测试日期： 深度（m） U（mv）差值 U1 0.5 1.0 1.5 U2 差值 U1-U2 累计 (mv) 累计位移 (mm) 测试人： 记录人： 复核：
七、实验报告
1.现场测斜管埋设方法；
2.测试数据处理。绘制时间、深度－位移曲线。
注：本实验仪器读数为mv，乘以100即换算为mm。