本发明属于岩土工程监测与检测，具体涉及一种黄土填方地基土固结压缩过程的原位监测方法。
背景技术：
1、近年来，黄土丘陵沟壑区城市为了增加建设用地，多利用城市周边的低丘缓坡，采取“削峁填沟”的方式造地，形成了以黄土为填料、经分层压实的黄土填方地基，地基土在自重压力作用下会产生固结压缩变形。当前对黄土填方地基土各阶段固结压缩特性的研究，主要通过室内固结压缩试验或在现场测量沉降方式，上述方法存在以下不足：(1)室内固结压缩试验：通过现场取样后，运输至室内制样，该方法会对土体产生较大扰动，试样的尺寸小，脱离原有地质环境和应力状态，不能完全真实反映地基土的固结压缩情况；(2)现场测量沉降：通过在地基土内部安装监测装置，观测地表沉降或内部沉降，分析出地基土总体或某一层土的沉降变化趋势，无法直接反映原位地基土的固结压缩情况。此外，对于黄土填方地基，施工后期在自重荷载的作用下会产生蠕变变形，遇水后还会产生增湿变形，当地基产生沉降变形后，现有方法无法对地基土的变形原因进行区分，导致无法给出针对性的工程应对措施。为此，工程上亟需一种黄土填方地基土固结压缩过程的原位监测方法，准确评估黄土填方地基土的固结状态。
技术实现思路
1、本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种黄土填方地基土固结压缩过程的原位监测方法，同时监测填方地基土的含水率和干密度变化，从土力学角度反应填方地基土在受到外部荷载作用下，由于土颗粒之间的排列紧密程度增加，孔隙度减小，导致土体积缩小，密度增加的过程，便于推广使用。
2、为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种黄土填方地基土固结压缩过程的原位监测方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
3、步骤一、标定tdr探头：在填方场地回填设定厚度且未超过最低埋设高程时，在填方场地内选择一块区域整平，利用一步法测试tdr探头得出表观介电常数ka和导电率ecb，再通过室内试验得到实验土体的含水率、干密度，绘制散点图，求出系数，得到表观介电常数ka和导电率ecb与实验土体的含水率、干密度的关系；
4、步骤二、开挖埋设坑、导线槽和导线管埋设槽：在黄土填方的现地面上开挖埋设坑、导线槽和导线管埋设槽，并做好标记，埋设坑形状为上大下小的倒梯形，坑壁与水平面夹角小于45°，坑底边长应不小于土压力计直径的3倍，坑底整平至埋设高程并形成水平面，在埋设坑的一侧开挖导线槽，导线槽长度应大于两倍的埋设坑顶部边长，深度为埋设坑深度的一半，在导线槽端部开挖导线管埋设槽，导线管埋设槽坑底深度低于导线槽深度，坑底半径大于导线管半径；
5、步骤三、安装土压力计、tdr探头并取土：将土压力计置于埋设坑坑底中心，在垂直立面取土并做好土样保护措施，在埋设坑靠近导线槽一侧的垂直平面取土并水平安装tdr探头，tdr探头中心高度与土压力计顶部对齐，用木锤轻轻敲击探头，直至探针完全进入土体，再将同轴电缆与土压力计数据线呈“s”形敷设于导线槽底引到导线管埋设槽，将土样送至实验室；
6、步骤四、整理线缆：将同轴电缆和土压力计数据线引入导线管，将导线管在现地面水平放置，将同轴电缆和土压力计数据线从导线管有缺口的一侧穿入导线管并从另一侧穿出，再将导线管竖起放置于导线管埋设槽中，使同轴电缆与土压力计数据线从底部缺口中穿入导线管并从导线管顶部穿出；再将导线管顶侧线缆做好标记后收纳到防水的袋子中挂在导线管顶部；
7、步骤五、埋设坑、导线槽和导线管埋设槽的回填：对埋设坑按照原含水率、干密度人工分层回填密实，当采用分层压实法施工时，为防止冲击荷载破坏安装土压力计、tdr探头，待土压力计上部回填厚度超过1.2m时，方可进行碾压施工，待埋设坑回填至现地面后，使用原状土将导线槽和导线管埋设槽回填至现地面；
8、步骤六、测量已安装土压力计和tdr探头数据并在新回填的一层填土中安装上层的土压力计和tdr探头：待现地面回填至超过下一层埋设高程0.5m时，用tdr测试仪读取已安装的tdr探头的数据并记录，用土压力计读数仪读取已安装的土压力计数据并记录；
9、重复步骤一和步骤二，将已有导线管截断至新开挖的导线槽底部，并用细砂或膨润土将导线管填充至管上部，在导线管顶部安装导线管接口，将新埋设土压力计、tdr探头的土压力计数据线和同轴电缆与已安装的土压力计、tdr探头的土压力计数据线和同轴电缆一起从一节新导线管有缺口的一端穿入，再将新导线管管插入导线管接口，待将新导线管顶部的土压力计数据线和同轴电缆做好标记后收纳到防水的袋子中挂在新导线管顶部后，重复步骤五；
10、步骤七、多次重复步骤六，直至回填至设计标高；
11、步骤八、填至设计标高后，隔固定时间采集数据并记录，将测得的表观介电常数ka和导电率ecb代入标定得到的关系中，得出填筑体每一层填土的含水率和干密度，再利用填筑体每一层填土的含水率和干密度计算该层填土的压缩系数、压缩模量和沉降量，过程如下：
12、步骤801、设从底部开始向上第i次测得第j层土的干密度为ρdi,j，土压力数据为pi,j，实验室可通过室内土工试验得出第i次测得第j层土的比重数据dsi,j，其中，i为测量次数，j为由下至上的填土层数量编号；
13、步骤802、根据公式得出第i次测得第j层土的孔隙比为ei,j，每一层填土的上覆压力为
14、步骤803、由于黄土地区高填方场地均为沟谷地形，因此可将场地看做有侧限条件，根据公式计算第i次测得第j层土的压缩系数ai,j，根据公式计算第i次测得第j层土的压缩模量esi,j；
15、步骤804、根据公式计算填筑体由下至上第j层土在第i-1次至第i次期间的沉降量δsi,j，其中，hi-1,j为第i-1次测量时由下至上第j层填土层厚；
16、根据公式计算填筑体在第i-1次至第i次期间的总沉降量δsi，其中，j为回填总层数；
17、根据公式计算填筑体由下至上第j层土第i次测量时的沉降量δsi,j，其中，h0,j为由下至上第j层填土初始层厚；
18、根据公式计算填筑体第i次测量时的总沉降量δsi；
19、步骤805、整理汇总每一次的计算结果，并根据填筑体中每一层填土的含水率是否增大及含水率增大过程中，填筑体沉降速率是否陡然增加，判断填筑体发生变形的原因，当填筑体沉降变形较为稳定且每一层填土的含水率较为稳定时，判定填筑体的沉降变形由蠕变变形引起；在填筑体中含水量增大时，一节点后的填筑体沉降变形速率急剧增大，判定该节点前填筑体的沉降变形由蠕变变形引起，该节点后填筑体的沉降变形由增湿变形引起。
20、上述的一种黄土填方地基土固结压缩过程的原位监测方法，其特征在于：步骤一中，利用一步法测试tdr探头得出表观介电常数ka和导电率ecb，再通过室内试验得到实验土体的含水率、干密度，绘制散点图，求出系数，得到表观介电常数ka和导电率ecb与实验土体的含水率、干密度的关系的过程为：
21、建立表观介电常数ka和导电率ecb与填筑体含水率ω和干密度ρd的关系式：其中，ρw为水密度，a为第一标定常数，b为第二标定常数，c为第三标定常数，d为第四标定常数，f为第五标定常数，g为第六标定常数；将～式联立求解，可得含水率与土体干密度表达式：
22、
23、一步法标定过程：在回填区中心部位选择一块地表整平，将导板放置在整平平面上，使得导板与土体表面完全接触；再通过导板上的圆孔将四根探针用木锤打入填土中，使四根探针的顶部处于同一高度；移开导板，将同轴测头放置于探针上，使每一根探针都与同轴测头上的支点接触良好；然后进行tdr测试，获得土体的表观介电常数ka和导电率ecb，再通过室内试验取得若干组填土的含水率、干密度，通过绘制散点图，拟合得出常数值。
24、上述的一种黄土填方地基土固结压缩过程的原位监测方法，其特征在于：所述导线管下部缺口用于将土压力计数据线和同轴电缆引入导线管，由于在接口处导线管接口会将上下两根导线管各包裹一部分，因此缺口高度高于导线管接口一半高度的1cm～2cm，以便留出引入线缆的空隙。
25、上述的一种黄土填方地基土固结压缩过程的原位监测方法，其特征在于：所述探针为不锈钢针，不锈钢针直径不大于6mm，不锈钢针长度为150mm～200mm。
26、上述的一种黄土填方地基土固结压缩过程的原位监测方法，其特征在于：所述探针通过连接导线与探头连接，tdr测试仪通过数据线与数据记录仪器连接。
27、本发明与现有技术相比具有以下优点：
28、1、本发明通过tdr探头和土压力计测得数据，并通过计算可以得出填筑体各层填土的含水率、干密度、压缩指标和沉降量，既可进行填筑体内的内部沉降监测，也可以通过压缩指标分析填筑体的固结压缩情况。
29、2、本发明可以通过tdr探头测得的数据计算得出填筑体中每一层填土的含水率，可以根据含水率是否增大及含水率增大过程中填筑体沉降速率是否陡然增加判断填筑体发生变形的原因。
30、3、本发明中tdr探头和土压力计在填方过程中随回填高度埋设，将仪器线缆通过导线管引出地面，减少了传统土压力计埋置方法中线缆埋置、开挖探井取出线缆等工作，减轻了工作人员负担，减少了对填方地基的扰动；
31、4、本发明在将仪器线缆从导线管中引出地面后，使用细砂或膨润土回填导线管，既可以防止填土压坏导线管，也可防止后续工作中线缆从导线管中掉落，从而丢失测量数据，减少了后续的维护工作，保证了数据的完整性和结果的准确性；
32、5、本发明在回填过程中将下层的同轴线缆和土压力计数据线逐层向上抬升，可在回填过程中阶段性测得填方区黄土的干密度、含水率与土压力变化，获得施工期和工后期全过程数据。
33、6、本发明将仪器埋置于当前回填面地表以下，减少了回填施工工作与仪器埋设工作的互相影响，此外，在一层填土回填结束后同时布置该层仪器，每个点之间互相无影响，保证测试结果准确性。
34、综上所述，本发明同时监测填方地基土的含水率和干密度变化，从土力学角度反应填方地基土在受到外部荷载作用下，由于土颗粒之间的排列紧密程度增加，孔隙度减小，导致土体积缩小，密度增加的过程，便于推广使用。
35、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
1.一种黄土填方地基土固结压缩过程的原位监测方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
2.按照权利要求1所述的一种黄土填方地基土固结压缩过程的原位监测方法，其特征在于：步骤一中，利用一步法测试tdr探头(7)得出表观介电常数ka和导电率ecb，再通过室内试验得到实验土体的含水率、干密度，绘制散点图，求出系数，得到表观介电常数ka和导电率ecb与实验土体的含水率、干密度的关系的过程为：
3.按照权利要求1所述的一种黄土填方地基土固结压缩过程的原位监测方法，其特征在于：所述导线管下部缺口用于将土压力计数据线(9)和同轴电缆(10)引入导线管(4)，由于在接口处导线管接口会将上下两根导线管各包裹一部分，因此缺口高度高于导线管接口一半高度的1cm～2cm，以便留出引入线缆的空隙。
4.按照权利要求1所述的一种黄土填方地基土固结压缩过程的原位监测方法，其特征在于：所述探针(7-3)为不锈钢针，不锈钢针直径不大于6mm，不锈钢针长度为150mm～200mm。
5.按照权利要求1所述的一种黄土填方地基土固结压缩过程的原位监测方法，其特征在于：所述探针(7-3)通过连接导线(7-2)与探头(7-1)连接，tdr测试仪(12)通过数据线(13)与数据记录仪器(14)连接。
