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2.涓嶅悓宀╂憾鍙戣偛鍦板尯镄勫嫎瀵熸柟娉曚笌鎶链
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2.1宀╂憾琛ョ粰鍖哄拰寰勬祦鍖哄伐绋嫔嫎瀵
2.1.1鍦颁笅姘磋ˉ缁椤尯宀╂憾鍙戣偛鐗圭偣
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2.1.2鍦颁笅姘村缎娴佸尯宀╂憾鍙戣偛鐗圭偣
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2.1.3宀╂憾琛ョ粰鍖哄拰寰勬祦鍖哄伐绋嫔嫎瀵熸柟娉曞拰镓嬫
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2.2宀╂憾鎺掓硠鍖哄伐绋嫔嫎瀵
2.2.1鍦颁笅姘存帓娉勫尯宀╂憾鍙戣偛鐗圭偣
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2.2.2宀╂憾鎺掓硠鍖哄伐绋嫔嫎瀵
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2.2鍕桦疗浜哄憳镄勬妧链鑳藉姏缂轰箯
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3.2妗╁熀纭镄勬楠
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4.3锷犲己瀵规柦宸ュ尯锘熺殑镰旂┒
鎴戝浗鏄涓涓鍏锋湁澶氱嶅湴褰㈠拰骞挎硾镄勫湴锘熷樊寮备互鍙婂湴锘熻窘阒旂殑锲藉躲傚洜姝わ纴鍦ㄥ博鍦熷伐绋嫔嫎瀵熷拰鍦板熀鍒嗘瀽涓锛岃佸厖鍒呜冭槛鍦扮悊鐜澧冨瑰嫎瀵熺粨鏋灭殑褰卞搷锛屼笉钖岄儴浣崭笉钖屽湴璐ㄦ浔浠剁殑褰卞搷锛岄夋嫨钖堢悊镄勫博鍦熷伐绋嫔嫎瀵熷拰鍦板熀璁捐℃柟妗埚氨鏄惧缑灏や负閲嶈併备负浜嗘彁楂桦博鍦熷伐绋嫔嫎瀵熺殑鍙婃椂镐у拰鍑嗙‘镐э纴鍕桦疗浜哄憳瑕佹彁鍓嶅埌鏂藉伐鐜板満杩涜屽嫎瀵燂纴涔熻佸嫎瀵熷洿宀╁强锻ㄥ洿鐜澧冦傛ゅ栵纴杩桦簲钖戞湁鍏抽儴闂ㄤ简瑙e綋鍦扮殑鏂藉伐鐗圭偣锛岀粡杩囧叏闱㈢殑璋冩煡鍜屽垎鏋愶纴纭淇濅简锘虹璁捐$殑鍙闱犳с
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5.1鐜板満宸ョ▼鍦拌川鍜屽湴涓嬫按𨱍呭喌
5.1.1鐜板満宸ョ▼鍦拌川𨱍呭喌椤圭洰鍖哄湴锷胯缉涓哄钩鍧︼纴镙规嵁阍昏繘鍦板眰镄勫垽鏂鍒嗘瀽锛岄櫎浜嗛”鐩鍖哄规潅濉鍦熻〃闱浜哄伐鍫嗙Н锛圦4ml锛夛纴鍏朵綑镄勬槸锛氭洿鏂扮粺娌虫祦鐩稿湪绗锲涚郴銆佸浔绉灞傦纸Q3al+pl锛夊拰娌虫祦鐩哥锲涚郴镟存柊缁熸渤娴佺浉鍐层佸浔绉灞傦纸Q2al+pl锛夈5.1.2鍦颁笅姘存浔浠跺嫎镆ユ湡闂达纴璇ュ尯鍦颁笅姘翠负瀛旈殭娼沧按锛屽湴涓嬫按寰勬祦鏂瑰悜鐢变笢钖戣タ锛屽疄娴嬬ǔ瀹氭按浣崭负12.2锝12.9m锛屼富瑕佺敱澶ф皵闄嶆按琛ョ粰銆傛綔姘存按浣嶅弹瀛h妭鏁埚簲镄勫奖鍝嶈缉澶э纴姘翠綅鍙桦寲绾︿负0.4m宸﹀彸銆
5.2鍦哄湴宀╁湡鍒嗘瀽璇勪环
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3. 岩土工程勘察主要内容是什么
岩土工程勘察的内容主要有工程地质调查和测绘、勘探及采取土试样、原位测试、室内试验、现场检验和检测。
最终根据以上几种或全部手段,对场地工程地质条件进行定性或定量分析评价,编制满足不同阶段所需的成果报告文件。
岩土工程勘察的主要是查明工程地质条件,分析存在的地质问题,对建筑地区做出工程地质评价。
岩土工程勘察的条件
1、查明工程地质条件,并指出有利和不利因素。
2、研究工程地质问题,进行定性和定量评价,作出确切的结论。
3、选择地质条件优良的建筑场址。
4、预测工程修建后可能对地质环境造成的影响,避免人为地质灾害。
5、根据建筑场址的具体地质条件和建筑物特征,提出岩土工程设计方案和施工措施等方面的建议。
6、对重点或高难度岩土工程的施工和运行进行监测。
4. 岩土工程勘察技术和方法
岩土工程勘察技术和方法
在建筑施工的要求下,对施工的场地进行分析和检测,从而总结出来环境和岩石的特征,这就是岩土工程的勘察内容。通过勘察可以制定相应的文件调查报告,下面根据岩土调查的内容和问题要求总结了一些建议和经验,希望有一定的借鉴作用。
1、前言
目前,我国的岩土工程的勘测技术已经有了很大的突破和创新,勘测技术的完善为岩土工程的施工创造了更好的施工环境。岩土的勘测经常会出现很多的实时的问题,因此就需要在原有的经验理论的指导下,结合现实的岩土工程现状,从而总结了如下的几点建议:
2、岩土工程勘察工作中的常见问题
2.1对岩土地质形态认识错误
主要是对有不明地下物体和空洞的埋藏位置、深度、分布形态及其方位的确定等方面存在错误的判定。对岩土界面划分不清:主要是对地质构造和软弱结构面的判定不准,对岩土体和岩石风化程度的界面划分不清,以及不良地质体的地质界面认识不清。对岩土参数测试参数确定不准:主要是对在勘察中比较难取样和难进行试验的岩土(如风化岩、残积土和粗颗粒土等)的各种设计参数(如承载力和变形指标)等难于确定。岩土工程勘察报告书写不规范:勘察报告、地基处理和基坑支护文件编制过于简单,岩土工程分析与评价千篇一律,不能根据工程和地质条件作出合适的评价,勘察报告最重要的“结论与建议”部分,大多数报告太简单。
2.2产生问题的原因分析
产生上述问题,主要原因如下。社会大环境方面的原因:尽管国家的法规对勘察市场的范围和程序有明确规定,但由于历史的原因,并且目前国内勘察市场依然混乱,受市场经济转变中竞争的影响,有些公司往往只追求于经济利益,造成了技术上的差错。勘察单位和技术人员方面的原因:主要表现在:勘察单位对勘察工作认识不够,不进行专门试验,往往以常规勘察来对待基坑工程勘察,多数引用本地区以往的经验数据,这样就造成了失误,记录人员没有进行系统的岩士勘察学习与培训,业务素质不强,导致野外记录不清、漏层或土样标签串号致使对地基土评价失误等方面错误。对国家规范性法规文件的理解存在片面与认识分歧,导致操作错误。
3、岩土工程勘察的重要性
任何工程建筑物都是建造在一定的场地与地基之上,所有工程建设方式、规模和类型都受建筑场地的工程地质条件所制约。地基的好坏不仅直接影响到建筑物的经济和安危,而且一旦出事故,处理困难、因此,在设计每一个建筑物之前,必须进行场地与地基的岩土工程勘察,充分了解建筑场地与地基的工程地质条件,论证和评价场地、地基的稳定性和适宜性、不良地质现象、软弱地基处理与加固等岩土工程的技术决策和实施方案。实践经验证明,岩土工程勘察工作做得好,设计、施工就能顺利进行,工程建筑的安全运营就有保证。相反,忽视建筑场地与地基的岩土工程勘察,都会给工程带来不同程度的影响,轻则修改设计方案、增加投资、延误工期,重则使建筑物完全不能使用.甚至突然破坏.酿成灾害。
4、岩土工程勘察的方法
4.1工程地质测绘
工程地质测绘是岩土工程勘察的基础工作,一般在勘察的初期阶段进行。这一方法的本质是运用地质、工程地质理论,对地面的地质现象进行观察和描述,分析其性质和规律,并借以推断地下地质情况,为勘探、测试工作等其他勘察方法提供依据。在地形地貌和地质条件较复杂的场地,必须进行工程地质测绘但对地形平坦、地质条件简单且较狭小的场地,则可采用调查代替工程地质绘。
4.2勘探与取样
勘探工作包括物探、钻探和坑探等各种方法。它是被用来调查地下地质情况的并且可利用勘探工程取样进行原位测试和监测。应根据勘察目的及岩土的特性选用上述各种勘探方法。物探是一种间接的勘探手段,它的优点是较之钻探和坑探轻便、经济而迅速,能够及时解决工程地质测绘中难于推断而又急待了解的地下地质情况,所以常常与测绘工作配合使用。它又可作为钻探和坑探的先行或辅助手段。当钻探方法难以查明地下地质情况时,可采用坑探方法。坑探工程的类型较多,应根据勘察要求选用。勘探工程一般都需要动用机械和动力设备,耗费人力、物力较多,有些勘探工程施工周期又较长,而且受到许多条件的限制。因此使用这种方法时应具有经济观点,布置勘探工程需要以工程地质测绘和物探成果为依据,切避盲目性和随意性。
4.3现场检验与监侧
现场检验与监测的主要目的在于保证工程质量和安全,提高工程效益。现场检验的涵义,包括施工阶段对先前岩土工程勘察成果的验证核查以及岩土工程施工监理和质量控制。现场监朋则主要包含施工作用和各类荷载对岩土反应性状的监测、施工和运营中的结构物监测和对环境影响的监测等方面。
5、岩土工程勘察理论与经验的关系
(1)岩土工程勘察所涉及的基本理论主要包括土力学理论、工程地质理论、工程力学理论等,这些工程理论都是一种半科学半经验的理论,很多理论是建立在经验的基础上的,如很多公式都是经验公式。岩土工程问题的解决过程实际上是在理论的指导下,岩土工程技术人员利用自己的工程经验,结合工程实际情况,建立相应本构模型,运用合理适宜参数,加上良好的判断力,解决问题的过程。对岩土工程技术人员来说,扎实的基础理论同丰富的经验、良好的工程判断力是同等重要的。在学习和运用理论的过程中,一定要注意隐藏在公式和规律背后的背景知识和真正实际内涵及其假定边界条件。而积累经验的过程可分为分析与预测→现场观测→对分析、预测和现场观测结果进行比较、分析、评估和总结3个过程,可见积累经验的过程也离不开理论的`支持。
(2)重视规范规程工程建设前,进行岩土工程勘察,查明建设场地的地质条件,对存在或可能存在的问题提出解决方案,对存在的不良地质作用提前采取防治措施,可以有效防。地质灾害的发生。岩土工程勘察涉及的理论包括工程地质理论、工程力学理论、土力理论等许多方面,这些理论不仪有科学性更有实践性,闪此在解决岩上工程的问题时更要注重理论联系实际。对于技术人员来说常会犯只藁经验轻理论的错误,这是在进行工程勘察过程中要避免的。要精通理论结合自己的实际经验,配合工程的实际情况,建立模型,扎实的理论基础同丰富的经验等重要,在实践中积累经验也要进行理论的升华,所以在实际的勘察过程中要注意理论州实践的结合。还要注意规范、规程。充分了解要求。防止在工程勘察过程作量布置不足、测量数据不足等问题,了解需要才能更好完成。
(3)岩土工程勘察是一种综合性的工程地质调查工作。岩土丁程勘察的日的是:运用各种勘察测试手段和方法,对建筑场地进行调查研究,对修建各种建筑物的地质条件和建设对自然地质环境的影响作出分析判断,分析并提出地基的承载能力。提供基础设计、施上以及必要时进行地基加固所需要的工程地质和岩土工程资料。所以为了更好地完成工作,就要认真研究设计图样,收集详细的设计材料,包括建筑的性质、规模、荷载、结构等,注意与设计的沟通,允分了解设计的意图,弄清楚拟建物的工程特性,才能做到有的放欠。提交满意的勘察成果。如果对此认识不足就会妨碍工程勘察的进行,很可能造成延误工期。因此详细了解设计理念就尤为莺要,要注意不能忽视。
5. 岩土工程勘察的基本理论与方法
岩土工程勘察的研究对象是,工程建筑所处的地球表面的岩土体及赋存于其中的水、应力、热等组成的整个工程建筑场地的地质环境。这样一个地质环境对工程建筑有三方面的用途,即:建筑地基(地基、坝基、路基等);建筑环境(硐室、油库、地下铁道、井巷等);建筑材料。
岩土工程勘察的主要目的是:查明建筑场地的岩土工程条件;分析论证存在的岩土工程问题;对建筑场区做出岩土工程评价。这就是说除了要应用广泛的理论,对各项具体问题进行阐述、论证及提出解决这些具体问题的途径和方法外,还要研究各种勘察方法的原理、适用条件相互关系与配合,并研究勘察方向与步骤,不同勘察阶段的工作部署,通过勘察资料的分析整理,岩土工程图的编制,发现场地存在的岩土工程问题,分阶段、有步骤地加以解决,最后应用各种理论进行正确地岩土工程评价。
岩土工程勘察的基本任务是:为工程建筑的规划、设计、施工及安全运营提供详细的可靠的地质资料,用地质力学原理(理论)回答工程上的地质问题,以使地质环境与建筑物相适应,保证工程建筑物的安全稳定、经济、合理、正常运行,并达到合理利用、保护地质环境的目的,同时对工程建筑不利的地质条件进行处理和采取可靠的技术措施。
一、岩土工程勘察的任务
岩土工程勘察的任务,具体总结有以下几个方面的内容:
(1)查明建筑场地的岩土工程条件,指出对工程有利和不利的岩土工程条件。阐明这些条件的地质特征、形成过程和控制因素。
(2)分析研究与建筑物有关的岩土工程问题,做出定性和定量的评价,为建筑物的规划、设计、施工提供可靠的地质依据。满足该工程设计所需的岩土参数、确定地基土的承载力特征值,预测变形量的大小。
(3)选出岩土工程条件优越的建筑场地,即:选择岩土工程条件优良、岩土工程问题少而小的建筑场。选择优良的建筑场地的重要性尤为突出。在上述各方面的条件中,应充分体现出:充分利用自然地质环境;避免事故的发生;减少复杂的工程措施,以获取最大的经济效益、社会效益和环境效益。
(4)配合设计、施工部门提出建筑物的类型、结构、规模、施工方法及地质要求。尤其是要提出地基基础类型、基坑支护的方法、工程降水及地基处理的方法,及与地质有关的注意事项。例如对于抗震烈度大于6度的场地,应进行场地与地基的地基效应评价。
(5)为拟定、改善和防治对建筑物有影响的不良地质条件的措施、方案提供地质资料,提出改善场地岩土工程条件,解决岩土工程问题的措施及试验数据。针对岩土工程条件中的缺陷和存在的岩土工程问题,只有在阐明不良条件的性质、涉及范围,以及正确评定有关岩土工程问题的严重程度的基础上,才能拟定出合适的措施、方案。所以,必须有岩土工程勘察的成果作为依据。例如对于抗震烈度大于6度的场地,应进行场地与地基的地基效应评价。尽管处理地基及围岩是设计施工部门的工作,但其范围,处理的可靠性,方案的选比,没有岩土工程勘察的详细工作是没有实际价值的。
(6)预测工程兴建后对地质环境的影响,制订保护地质环境的措施。人类工程经济活动取得了利用地质环境、改造地质环境为人类谋福利的巨大效益。但它同时也成为新的地质营力而产生了一系列不利于人类生活与生产的地质环境问题。例如,铁路的修建方便了交通,但是在山区开挖边坡,也常常引起新的滑坡、崩塌;水库的修建,有利于防洪、发电等,但也带来了库岸地区的浸没、坍岸、甚至出现水库诱发地震等问题。
(7)进一步完善和发展岩土工程勘察的理论和方法。
以上几项任务,前两项是岩土工程勘察独自完成的,后几项是与设计、施工及其他部门共同完成,前两项任务是后几项任务的基础。查明岩土工程条件是岩土工程勘察最基本的任务,也是岩土工程工作者最基本的工作,在这方面出了问题,后面的几项任务就难以完成,并可能得出错误的结论。
二、岩土工程条件
岩土工程条件是指与工程建筑有关的地质要素之综合。包括:地形地貌条件、地质结构条件、岩土类型及岩土工程性质、地质结构条件、水文地质条件、物理地质现象和天然建筑材料等六要素。
将地质要素称为岩土工程条件是因为:对其研究和评价者是以岩土工程观点出发,是针对具体工程建筑的;对地质条件变化的预测也是与工程建筑相联系的。
这些要素,对区域的合理利用、不同类型建筑区及场地的选择、不同类型工程的配置、建筑物的稳定性及其正常运营和施工条件均起着决定性的作用;同时产生岩土工程问题也会很不相同。
岩土工程条件是综合性的概念,是指上述六个要素的综合。单独一、两个要素不能称为岩土工程条件,而仅能按其本身术语称谓,或称为岩土工程条件的地质结构要素等。尽管岩土工程条件受气候、水文、植被等自然因素的影响,但是这些自然因素并非为岩土工程条件的组成部分,故不能把岩土工程条件定义为“自然因素的综合”。
岩土工程条件是地质演化过程及其后生变化而逐渐形成的,即:内、外动力地质作用的产物。岩土工程条件的形成受大地构造、地形地貌、气候、水文、植被等自然因素的控制,但是,岩土工程条件各要素之间又是相互联系、相互制约的,从而形成了差异巨大的岩土工程条件模式。例如:①山区模式:基岩为主—断裂发育—基岩裂隙水为主—物理地质现象发育—石料丰富;②平原区模式:冲积层巨厚—砂土、粘性土交互发育—物理地质现象不发育—孔隙水为主—土料丰富;③山前平原区模式;④峡谷区模式;⑤岩溶地区模式;⑥花岗岩区模式。
在岩土工程勘察中,对岩土工程条件的各要素的研究应按一定的顺序进行,并且,各勘测阶段研究的重点和详细程度也不相同。下面对岩土工程条件六要素逐一予以阐述。
1.地形地貌条件
地形地貌是内、外动力地质作用在漫长的地质历史过程中形成的。一个地区地形地貌的各种形态及其总体特征,往往有助于认识当地的地质结构、岩性的构成、地质作用和地质现象的分布,以及它们对于已建成拟建工程的危害性的预测。
地形地貌的研究能反映出地质结构、水文地质结构特征,成因类型、地壳运动,尤其是新构造运动特征等。对建筑场地的选择、建筑物的配置和形式、工程量的大小、勘察工作量的布置有重大影响。
地形地貌条件对建筑场地的选择,尤其是水电枢纽工程、铁路、运河渠道等方案的选择意义重大。例如:平原区的地貌条件比较简单,场地线路的选择较为理想;而在地形地貌复杂多变的山区,如何使线路“平、顺、直”,而又避免大的挖(填)方工程以及尽可能避免建造大型工程建筑物(桥梁、隧道),是一件直接影响经济合理性的复杂工作;河谷的宽度影响到水坝的长短;山体的宽厚与否、河谷的陡峻对称与否、阶地的发育与否,直接影响到坝型的选择与工程量的大小;此外,场地的宽敞程度、有无心滩,又直接影响到施工方法和施工条件、工期长短与工程造价。所以,合理利用地形地貌条件是规划选址阶段应首先加以注意的问题。
地形地貌条件包括如下几个方面的研究内容:①地形地貌分级;②地貌单元划分;③地形起伏的变化(水系分布、高程及相对高差);④地面切割情况(沟谷的发育系统、形态、方向、密度、深度及宽度);⑤山坡形状、高度、陡度;⑥山背、山顶的形态、宽度、平整程度;⑦河谷情况即河谷结构、坡度、河谷地形、宽度等;⑧阶地情况:阶地成因类型、阶地级数及高程、宽度、起伏度、完整程度、结构及组成物质;⑨不同地貌单元的特征及相互联系与差异。
对于地形地貌的研究,一般是在踏勘和初勘阶段进行的。有关岩土工程条件的最重要的资料,往往是通过对当地地形地貌的野外调查和对航测等资料的研究中获得的。岩土工程工作者在一个新的区域进行工作,若没有首先对地形地貌的研究与调查,其工作就会迷失方向而造成工作的被动局面。这样很多勘察工作的布置也难以正确进行,资料也会造成不完整性和缺乏代表性。
2.地质结构条件
地质结构一词比地质构造含义更广,且与岩土工程关系更为密切。因此,岩土工程和岩土工程界经常采用地质结构这一术语。我们在岩土工程中常用的岩体结构、土体的结构等,并不限于地质构造的含义。地质构造所形成的结构面,称为构造结构面,包括:断层面、层间错动面、切理面、劈理面等。这些结构面仅限于岩体内部,在土体中很少或基本不存在。
岩体土体中占重要地位的是原生结构面,它们对岩体常具有控制意义。不整合面、假整合面也是原生的沉积结构面,其分开来的不同部分在物质成分和结构构造上也是互不相同的,差异明显是属于物质分界面。火成岩中的各种结构面;变质作用形成的结构面;风化卸荷形成的裂隙面,都是构造结构面。因此,地质结构包括了构造结构面和次生结构面,原生结构面等。
土体结构是指土层组合关系,即:由层所分隔的各层土的类型,其厚度及其空间分布变化。
相变剧烈是土体结构的最大特征。对建筑物极有意义的是地基土体中的强度高、低,透水性大、小,以及土层的上下关系和其相对厚度,它们对建筑物的地基承载力和建筑物的沉降变形等起着决定性作用。
岩体结构的主体是构造结构面、缝隙、软弱夹层及构造破碎带,也是岩体结构的研究重点,这些结构面的性质与分布,是岩土工程勘察中的重要内容。
岩体天然应力状态是赋存于地质结构中的,也就是地应力,它对于地基开挖后的岩体变形、失稳,洞室围岩的变形与破坏(尤其是在结构面发育的地段)影响尤为剧烈,破坏极为严重。在岩土工程勘察中应当重视。
有关地质结构的研究,在初勘阶段主要以大的控制性结构为主,而在详勘阶段,则有关微裂隙的研究便成为重点对象。
3.岩土类型及岩土工程性质
岩土是区域岩土工程条件中最重要的因素,是岩土工程条件诸因素中与工程建筑密切相关的。它决定着地形特征,地质作用的发育情况,地下水的分布。同时岩土还是各种工程建筑物的天然地基、环境和建筑材料。
有关岩土类型及岩土工程性质的研究,在各个勘察阶段都有其广泛的内容,而且重点也不一样。
在工程初步勘察阶段,在岩土类型及成因的划分上与地质测绘没有太大的差别,以分到界、系、统即可,而对其岩土工程性质的研究则一般是据经验值给出,以方便对地质结构等的研究;而在详细勘察阶段,则对岩土类型的划分就基于岩土工程的观点进行详细地划分,据其岩土工程性质划分岩土工程单元体,以利于对其进行正确的岩土工程评价,并且在此阶段,有关岩土性质的测试研究工作量也是巨大的,是岩土工程勘察的重要工作。
有关岩土类型的划分,在《岩石学》课程和《工程岩土学》中已经讲过。但应说明的是,岩土的类型随着研究的深入和勘察阶段性则由粗到细。例如,在规划阶段一般可按成因类型划分(注意年代),在详细勘察阶段则须按物理力学性质划分,对于具有岩土工程性质特殊性的特种岩土,则应按具体情况专门研究和划分。
在详细勘察阶段,则须按物理力学性质划分。由于软土、黄土、膨胀土、红土、盐渍土等特殊土体,以及软岩、软弱夹层及破碎岩体不利于地基的稳定性,边坡的滑移、洞室的塌落也往往由这种软弱夹层引起,勘察中需要特别注意研究。因此,在岩土工程详细勘察中必须进行仔细的勘探、试验工作,以查清它们的分布情况、厚度变化,以取得准确的物理力学性质指标。
4.水文地质条件
水文地质条件是影响岩土工程性质,是使岩土工程问题变得更为复杂的重要因素。对其研究的主要内容有:①水文地质结构——补给、径流和排泄条件;②地下水类型、水质;③地下水位、水头、水量及变化;④含水层、隔水层的分布、厚度及组合关系;⑤岩土层的渗透性、富水性、承压性、渗透压力;⑥地下水的侵蚀性。
地下水位的高低影响到建筑物基础的埋深,施工方法的选择及处理措施;岩土的岩土工程性质与含水率有直接关系;地基沉降量计算中必须考虑地下水位的波动幅度;道路翻浆、水库渗漏、浸没、渠道渗漏、基坑漏水、流沙等岩土工程问题的出现,这些与地下水位及变幅不无密切关系。
在水库库址选择中,含水层、隔水层的空间分布至关重要。坝基防渗的范围与深度直接与含、隔水层有关;由于构造导水造成的集中渗漏,对坝基防渗的水库渗漏的影响很大。
地下水位幅度的变化对岩溶的发育至关重要,它对于研究岩溶发育规律具有重要意义。
基岩裂隙水的分布很不均一,对于地下硐室稳定以及井巷围岩支护安全有重要影响;而座落于松散地基中的坝基,在较高地下水头作用下,易在较大的坝基场压力作用下产生渗透变形而失稳。
此外,在岩土边坡中,地下水的存在一方面加大了下滑力,另一方面使结构面软化、弱化、减小了抗滑力,致使边坡产生失稳的例子不胜枚举。
地下水的侵蚀性对于基础类型的选择,也是必须在勘察中加以注意的。
大量抽取地下水还会造成许多环境岩土工程问题。例如:地面沉降或地基不均匀沉降、矿区塌陷、岩溶塌陷、附近区井泉干枯等,也会对降水区域内建筑物的安全产生一定影响。
在工程勘察中对水文地质条件的研究,在初步勘察阶段一般是对其水文地质结构、含水层、隔水层的空间分布、厚度加以研究;详细勘察阶段则主要是通过钻探、取样和抽取地下水试验进行全面的水文地质参数的获取工作,以正确地评价岩土工程条件、解决存在的岩土工程问题。
5.物理地质现象
物理地质现象是指内、外地质动力作用对地壳表层岩土体综合作用的产物,如地震、边坡变形引起的破坏、地面塌陷、泥石流、冲沟等。这些现象是岩土工程条件中最活跃的因素。因此,仅对其目前的存在状态的研究是不够的,还要对其发生、发展、消亡的规律、产生的原因、影响发育的因素、形成条件与机制、发展的过程及阶段进行反演和预测,才能作出正确的评价,从而制订技术、经济上合理的防治措施。
6.天然建筑材料
对于大型工程来讲,天然建材是岩土工程条件的重要组成部分,它的质量,数量及开采条件和运输条件的优劣,对工程的建筑类型、建筑规模、工程造价、工期长短是一个重要的制约因素,必须在勘察中放到应有的地位来专门解决。
应当注意的是,具体建筑对工程条件的要求差异很大,影响也不相同。因此,岩土工程条件的评价应当与具体工程联系起来,才能评价其优劣,否则则会造成纸上谈兵,甚至会得出相反或错误的结论来。
三、岩土工程问题
岩土工程问题是指据岩土工程建筑与地质环境(系由岩土工程条件具体表征)相互矛盾、相互表征而引起的,且对建筑物本身的顺利施工和安全运行或对周围地质环境可能产生影响的地质问题。只要兴建建筑物,地质环境就会与之相互作用,矛盾就会必然产生;因而,岩土工程问题总是存在的,只不过这种作用的强烈程度不同而已。有时表现得轻微,有时表现得强烈,有可能产生严重的后果。
岩土工程问题的分析研究是岩土工程勘察的中心任务。只有把勘察工作提高到研究问题的高度,才能预测工程建筑物形成后可能引起的地质环境的恶化及发展趋势。因此,定性、定量地作出岩土工程评价,正确地选择优良场地和制订必要的处理措施方案,才能把岩土工程条件与工程实际有机地联系起来,从而体现出岩土工程工作在该工程建设中的重要性,是必不可少的,它为设计施工提供可靠的地质依据。
岩土工程问题的分析与评价是一座桥梁,它把岩土工程条件的查明与场地结构的选择、施工方法及处理措施等有机地联系在一起。从认识论上来讲,岩土工程问题分析是基于、但高于岩土工程条件的查明。这也是从感性认识到理性认识、由表及里、由现象到本质的综合推理论证过程,是实现由片面到更多方面的一个质的飞跃。
建筑物场地的选择是工程规划和可行性研究阶段的一项基本工作。如果规划部门已经确定了总体的工程规划方案,那么,选择保证工程安全稳定、经济合理,对地质环境影响较小的建筑物场地则是岩土工程勘察义不容辞的任务,亦是岩土工程勘察的主要目标。因此,选择比较优越的地质环境,是一项十分重要而艰难的任务。
对于中小型工程,选择一个场地并不太难,但对于一项大型工程(如水电枢纽工程、铁路工程、隧道工程、核电工程,大型厂址工程等)则由于其工程建筑物多样化,生产工艺要求的特殊性,工作方便等因素,选择起来就比较困难。如在地质环境较差的场地建设的大型工程,一旦发生岩土工程问题,其补救措施有两种:一是改变建筑物设计,如结构型式改变,规模变小等;另一种是对地质环境进行岩土工程处理,以满足工程需要。从目前的岩土工程地质环境改造技术水平而言,可以说没有什么困难不可以克服,但也应看到,采取这些措施必然要付出很大代价,有时费用是很昂贵的,经济问题是一个不容忽视的问题,况且还会产生工期加长的问题。如果不讲求经济,岩土工程勘察可以说就会失去几乎全部的意义,而只剩下保证工程安全、稳定一方面的问题。这样的经验与教训在国内国外都有,其中有相当一部分是岩土工程工作者不加以重视造成的。
对于岩土工程问题的分析,既要了解岩土工程条件的特点,又要了解建筑物的特点(建筑物理学规模、结构、类型),在此基础上,通过分析研究建筑物与岩土工程条件相互作用和影响因素,作用的机制和过程,边界条件,作出正确地定性评价;进一步利用各种参数和计算公式进行计算、作出定量的评价,明确作用的强度或岩土工程问题的严重程度、发生发展的进程——这就是岩土工程预测。
岩土工程条件优良的场地,能使其与建筑物的作用限制在一定的程度之内,对建筑物的安全稳定、顺利施工和正常运行有利,并保证了经济合理性,反之则会带来威胁。另外,工程建筑物的特征对岩土工程问题的严重程度影响也很大,由于建筑物类型的差异,岩土工程条件的不同,施加的荷载与作用方式的改变、产生的岩土工程问题也不同,严重程度也不同。因此,从这两方面的相互的作用来讲,仅仅查明岩土工程条件是不够的,还要考虑到工程对其的影响。通过矛盾的分析——岩土工程问题的分析才能使勘察工作深入一步,从而更好地理解工程建筑与自然相互作用的客观规律,并为合理地利用自然和改造自然做出正确的选择。
此外,通过岩土工程问题的分析还可以检验岩土工程条件是否已充分查明,资料是否齐全,数据指标是否正确合理,哪些方面仍需要补充修正,等等,从而指导进一步的勘察工作,使在工作方法的选择和工作量的布置方面有章可循。因此,它是一项指导全局的工作,是勘察的中心任务。
四、岩土工程勘察方法及相互关系
完成岩土工程勘察任务必须遵循一套有效的方法。而勘察质量的优劣,与岩土工程勘察方法的巧妙配合,掌握运用的训练程度与正确程度有很大的关系。
岩土工程勘察的研究方法,有三种:地质学方法、实验方法和计算方法。这些研究方法在勘察工作中则由如下勘察方法来体现:①岩土工程测绘;②岩土工程物探和勘探;③岩土工程室内试验;④岩土工程野外(现场或原位)试验;⑤岩土工程长期观测;⑥勘察资料的室内整理与报告编写。
岩土工程各种勘察方法在整个勘察工作中是相互联系的,逐步进行的。它们的目的及获得的信息,对充分反映工作区的岩土工程条件、论证岩土工程问题、作出正确可靠的岩土工程评价,是必不可少的。
岩土工程测绘是工程勘察各方法中最主要最根本的方法,是勘察最先进行的工作。通过岩土工程测绘:取得地面地质的实际资料,了解地质变化规律,借此推断地下地质情况,并用以指导物探、钻探、坑探、坑-槽探、试验取样及长期观测等各项勘察工作的布置的具体位置。对岩土工程工作者来说,要能初步运用便携式仪器获得测绘区内岩土的物理力学性质。该项工作在岩土工程勘察初期,工作量是最大的,随着勘察工作的深入,测绘范围越来越小,精度要求越来越高。
勘探工作是为了验证测绘工作的推断,或准确地反映区内地下地质情况,为岩土工程室内、外测试提供条件而进行的工作。因此,该项工作是勘察工作的深入和综合。一般在规划和初勘阶段,该项工作主要以物探和坑探为主,配合少量的钻探;而在详勘阶段,钻探工作则居主要地位。
测试工作是为了获取岩土体岩土工程性质指标不可缺少的,是为了论证岩土工程条件的差异性,分析岩土工程问题、定量评价具体剖面问题必备的条件。初步勘察阶段该项工作是少量的,并且主要是配合测绘进行的岩性分类测试,而在详细勘察阶段则以为定量分析和为设计部门提供指标,处理技术参数而进行的,其工作量及试件数量往往是大量的,投资也会很大。
长期观测工作是为反映岩土工程作用的持续发展动态、强度,及对工程的影响程度如何而设置的,该项工作视具体情况在勘察的各个阶段均可进行。
勘察资料的整理,主要是指数据的统计、岩土工程图的编绘和岩土工程报告的编写。这是勘察工作的最终成果,是为设计和施工服务和应用的。只有高质量的勘察工作,才能获得高质量的成果报告;只有深入细致的室内工作,才能体现出勘察工作的质量。
勘察方法的选择及相互配合、勘察工作量的大小及工作布局,除了决定于工作区的岩土工程条件的复杂程度和工程类型外,还受到勘察阶段的制约。所以明确勘察工作的阶段,以确定勘察广度和深度,是至关重要的。
6. 岩土工程勘察方法
岩土工程勘察方法很多,目前主要采用的方法有岩土工程物探、岩土工程钻探和岩土工程坑探三种方法。一个工程在不同的勘察阶段,物探和勘探的使用应有所侧重。一般地说,在勘察的初级阶段,主要进行岩土工程测绘,物探和钻探往往是配合测绘工作的,其中应较多地采用物探手段;钻探和坑探主要用来验证物探成果和取得基准剖面。随着勘察程度的提高,为了深入研究各种岩土工程问题,便以进行确切的分析、评价,钻探和坑探工程将愈来愈被广泛地采用,成为主要的勘察手段,而物探工作则作为勘探工程的辅助手段。
本节将简单介绍物探和勘探在岩土工程勘察中的适用条件,所要解决的主要问题等。
一、岩土工程物探
物探全称地球物理勘探,它是运用专门仪器来探测地壳表层各种地质体的物理场,从而进行地层划分以判定地质结构、水文地质条件及物理地质现象,并提供各种分析资料和岩土体某些特征数据的一种勘探方法。
该方法只有在地质介质存在一定程度的不均一性——即各层的物理状态、物理性质存在较大差异时,才能成功地运用。
(1)物探方法种类:①电法;②震法;③测井法;④重力法;⑤磁法;⑥核子(放射性)勘探;⑦遥感物探方法。这些种类的方法,在岩土工程勘察中已获得采用。其中前三种方法应用最广泛,而后几种方法在区域地壳稳定性分析中,应用最广泛。
(2)物探解决的问题:①电法--(电测深、电剖面)电阻率法;划分岩层--近水平;查明褶皱形态、寻找断层、确定产状、查找主导充水隙裂方向;查明覆盖层厚度、基岩起伏及风化壳厚度;查明含水层分布情况、埋深发育情况、埋深厚度及深度寻找古河道;研究滑坡及下滑速度--充电法;②震法、声波法:震法(确定第四系覆盖层厚度、基岩起伏和埋深;查明地下构造情况--追索断层和裂隙密度等;探测地下水位确定含水层;测定岩土的弹性力学参数)和声测法(划分风化带;围岩分类;岩体裂隙系数;小构造;围岩松动和岩柱稳定)。目前声波法运用在岩土工程勘察中较广泛,具体将在第7章中加以讨论。
(3)物探的特点主要优点是:①透视性强,可进行立体填图;②效率高,仪器轻便,成本低;③综合性强;④成果代表性强(岩体的综合指标);⑤可以进行定量评价。
其缺点为:①局限性:地表浅部,表部,深部成果有一定变化范围;②条件性:物理量差异大,地形平坦,开阔,岩层有一定厚度,沿导线水平小于20°,地区差异性大;③多解性:深部误差大。
二、岩土工程钻探
岩土工程钻探是为工程建筑物的设计、施工服务的,它具有综合目的,因而对钻进方法、钻孔结构、钻进过程中的观测编录等方面均有特殊要求。
岩土工程钻探的岩心采取率要求较高。为保证获得较高的采心率,针对不同的勘探对象,应采用相应的钻进方法。如在软弱地层或断层破碎带中钻进时,要尽量减少冲洗液或用干钻,降低钻速,缩短钻程,最好采用双层岩心管。在土层中钻进时,以采用干钻为宜,并应适当缩短钻程。为了保证准确地测定地下水位和水文地质试验工作的正常进行,必须按含水层的位置和试验工作的要求,确定孔身结构及钻进方法。一般的岩土工程钻孔终孔直径为91mm。若在基岩面以上的砂卵石居中作抽水试验时,开孔口径以325mm为宜。为了保证取得准确的水文地质参数,必须采用清水钻进或干钻,不允许使用泥浆加固孔壁的方法。一般钻孔要直,不能发生弯曲;孔壁要求光滑规则,同一孔径段应大小一致。这些要求在钻探操作工艺上给予满足。
1.钻探的特点及适用条件
在岩土工程钻探中,为了研究岩土的物理力学性质,经常要采取岩土样。坚硬岩石的取样可利用岩心,但其中的软弱夹层和断层破碎带取样时,必须采取特殊措施。为了取得质量可靠的原状土样,则必须配备专门的取土器,并应注意取样方法和操作工序,以尽量使土样不受或少受扰动。
勘探线、点的布置应密切结合地质情况和工程要求。一般情况下要垂直于地层走向、地貌、地形、构造线布置;同时要结合工程建筑物的轮廓布置。除工程深隧洞、岩溶区钻探(>100~500m)外,通常情况下孔深不大,约百米以内,一般为10~20m。孔径一般情况下变化较大,岩土工程钻孔为小口径钻孔(36mm,46mm,56mm,66mm),地质钻孔为一般钻孔(75mm,95mm,108mm,112mm,132mm,150mm,168mm)和大口径钻孔(300mm,500mm,1000mm,1300mm,2500mm)。钻进多具综合性目的,使一孔多用,例如:作勘探孔,试验孔,取样孔,长观孔,处理孔。如斜孔,变径孔等。
2.钻探方法
自然地质条件是复杂的,各种钻探方法和设备都有一定的使用条件。选择钻探方法和设备时,应视钻探的目的和地质条件而定。目前,岩土工程勘探中常用的钻探方法,可分为冲击钻探、回转钻探、冲击回转钻探和振动钻探等四种。在岩土工程勘探中,主要采用冲击钻探和回转钻探;按动力来源又可将它们分为人力的和机械的两种。机械回转钻探钻进效率高,孔深大,又能采取岩心,所以在岩土工程勘探中使用最为广泛。
3.钻探孔的种类
钻孔的类型有多种分类方法,一般在岩土工程勘察中,可按照目的与用途来区分;也可以按照钻孔方向来划分,主要是指钻孔的角度及其方向。钻孔的角度即是钻机的立轴钻杆与地平线的夹角,也叫做钻孔倾角。
按照钻孔倾角及其变化情况,可将钻孔分为铅直孔、斜孔、水平孔和定向孔四种;在岩体勘察中也有按照孔径的大小来划分的。在进行岩土工程勘探时,究竟采用何种角度及方向钻孔,需视钻孔的具体任务及地形地质条件而定。
(1)按目的与用途分:①首先可分为勘探孔(一般孔主要是了解地层岩性、结构)和控制孔(主要为了解地层及结构、重要部位);②试验孔(岩土工程试验孔,水文地质试验孔);③工程处理孔--灌浆孔、输水孔、导水孔、锚杆孔等;④长期观测孔。
(2)孔按钻进方向分:①铅直孔:适用于岩层倾角小于30°,岩性均一、岩层平缓时用;②斜孔岩层倾角大于60°的或陡倾的断层破碎带与岩层、岩层倾向相反的方向钻进,查明河谷地质结构更为方便;③水平孔,例如隧洞超前孔、应力测量孔、排水孔;④定向钻孔。如图1-2所示。
(3)按钻孔孔径大小分:①一般钻孔:开孔直径168mm,终孔直径91mm;②大口径孔:孔径为300mm、500mm一般为打井孔(抽水)。孔径750mm、850mm、950mm、1050mm、1150mm、1300mm、2000mm、2500mm多为井内观测、取样、试验用;③小口径孔:孔径小于66mm者:该类孔钻进速度快,寿命长,岩心采取率高,岩心完整性好,孔径均匀,钻机能量消耗小。
图1-2 定向钻孔
4.岩土工程钻探的特殊要求
通常在岩体勘察中要求岩心采取率大于80%,对于软弱夹层,风化岩,断层破碎带也要求其岩心采取率大于65%;对于水文地质钻孔,要求(变径,终孔直径小于91mm)分层止水,各含水层的水位、水量、水质、渗透系数、抽水等进行描述,一般情况下在冲积层中开孔直径以325mm为宜,要求清水钻进或干钻,孔壁光滑不堵孔;对于孔斜测量一般情况下要求:孔深小于75m,孔斜在1°的范围内;对于深度大于100m的孔,孔斜每100m进行一次校正,在终孔时要保证小于2°。对于孔深度要求每50m测深一次,终孔一次,校正的误差要小于0.1%,分层深度的量测正负要小于0.05m。非连续取心钻进的回次进尺,螺纹钻进时,要小于1.0m,岩心钻进要小于2.0m。选用金刚石钻头,口径为75mm取层岩心管来确定RQD指标。地下水位以下取样时,应采用干钻,同时要求原位试验与钻进同时进行,取样应符合技术要求。
5.钻孔编录及资料整理
为了全面、准确地反映钻探工程所反映的第一手地质资料,在钻过程中必须认真、细致地做好观测与编录工作。主要是对岩心观察、描述、编录和鉴定。工作的内容是:描述其颜色、矿物成分和颗度成分、结构和构造,正确地定名。对于土体(无粘性土和粘性土)应观察其致密程度和稠度状态。对于岩体应确定节理、裂隙的类型、延续性、蚀变充填情况、倾角、间距等,并进行裂隙统计。对风化岩石,应将岩心按风化程度进行分带和描述。必要时编制岩心素描及岩心柱状图。
通过对岩心的各种统计,可获得岩心采取率、岩心获得率和岩石质量指标(RQD)等定量指标。
岩心采取率是指所取岩心的总长度与本回次进尺的百分比。总长度包括比较完整的岩心和破碎的碎块、碎屑及碎粉物质。岩心获得率是指比较完整的岩心长度与进尺的百分比。它不计入不成形的破碎物质。
一般情况下,应按照下面的顺序每次进尺进行逐项填写:其描述内容包括孔深、进尺、颜色、成分、结构构造、密实性(主要指砂类土)、稠度状态、干湿程度、裂隙类型、风化程度、取样位置、样品编号、岩心回收率、岩石的RQD指标。
要进行简单计算的指标是:岩心采取率(即岩心总长度与总进尺之比)、岩心获取率(即成形岩心总长度与总进尺之比)、岩石质量指标(RQD)(即大于10cm岩心总长度与总进尺之比)。另外要记录下初见水位及稳定水位、水样取样地点等内容。
钻探工作结束后,要进行钻孔资料整理。钻探法在钻进过程中,必须随时做好钻孔记录,这是一项极重要的工作。从钻机定位后由开钻到终孔为止,记录每一钻的深度,鉴别与描述每一钻取出的土样,进行定名,并立刻写在记录表中,作为绘制地质剖面图的原始依据。国家规范要求:野外记录应由经过专业训练的人员承担,记录应真实及时,按钻进回次逐段填写,严禁事后追记。
主要成果有:①钻孔柱状图,即将孔内岩层情况,按一定比例尺编制柱状图,并作岩性描述;还应在相应位置上标明岩心采取率、冲洗液消耗量、地下水位、岩心风化分带、代表性的岩土物理力学性质指标,以及取样位置及项目等;②岩土工程剖面图及岩土工程立体投影图(具体编图将在第8章中讨论)。如果孔内作过试验,则应将试验成果也在相应位置上标出;③钻孔操作及水文地质日志图;④岩心素描图及其说明,其格式见表1-15所示。
野外鉴别地基土要求快速,但又无仪器设备,主要凭感觉和经验。对碎石土和砂土的鉴别方法,是利用日常熟悉的食品如绿豆、小米、砂糖、玉米面的颗粒作为标准,来进行对比鉴别;对粘性土与粉土的鉴别方法,可根据手搓滑腻感或砂粒感等感觉,加以区分和鉴别。土的野外描述内容如下:
(1)颜色:土样的颜色取决于组成该土的矿物成分和含有的其他成分。描述时从色在前,主色在后。例如,黄褐色,以褐色为主色,带黄色;若土中含氧化铁,则土呈红色或棕色;土中含大量有机质,则土呈黑色,表明此土层不良;土内含较多的碳酸钙、高岭土,则土呈白色;
(2)密度:土层的松密是鉴定土质优劣的重要方面。在野外描述时可根据钻进的速度和难易,来判别土的密实程度。同时可在钻头提起后,在钻侧面窗口部位用刀切出一个新鲜面来观察,并用大拇指加压的感觉来判定松密。在钻孔记录表上注明每一层土属于密实、中密或稍密状态;
(3)湿度:土的湿度分为干的、稍湿的、湿的与饱和的四种。通常,地下水位埋藏深,在旱季地表土层往往是干的;接近地下水位的粘性土或粉土因毛细水上升、往往是湿的;在地下水位以下,一般是饱和的;
表1-15 钻孔野外记录表
(4)粘性土的稠度:粘性土的稠度是决定该土工程性质好坏的一个重要指标。分为坚硬、硬塑、可塑、软塑、流塑五种;
(5)含有物:土中含有非本层土成分的其他物质,称为含有物。例如:碎砖、炉碴贝壳、氧化铁等。有些地区有粉质粘土或粉土中含坚硬的姜石;海滨等地往往含贝壳,记录表中应注明含有物的大小和数量;
(6)其他:碎石土与砂土应描述级配、砾石含量、最大粒径、主要矿物成分。粘性土应描述断面形态、孔隙大小、粗糙程度、是否有层理等。土中若有特殊气味,如海滨有鱼腥味等,亦应加以注明。石灰碴、植物根、有机质或古池塘往往含贝壳。邻近设施对土质的影响,如管道漏水则使粘性土稠度变软、地下水位抬高。
取土样的标准表格,如表1-16所示。
三、岩土工程坑探
岩土工程勘察中常用的岩土工程坑探的类型及适用条件有:探槽、试坑、浅井、竖井(斜井)平硐和石门(或平巷等)。前三者为轻型坑探工程,后三种为重型坑探工程(图1-3)。
表1-16 土样标签
图1-3 岩土工程常用的坑探类型示意图
1—槽探;2—试坑;3—竖井;4—平硐;5—石门;6—浅井
坑探险的特点:直观细致性、精确可靠性、取样灵活性。
一般情况下坑探占勘察工作量的10%。主要用于:若岩层露头很差,但覆盖较薄(3m以内)时可采用,主要为测绘服务;或者用于校核、补充其他勘察资料;也可以用于原状样的采取或做大型原位测试;另外,在工程重点部位及特殊问题的研究时,也可用岩土工程坑探。
坑探要求描述的内容有:地质剖面,岩石、软弱面、软弱带的产状,断裂及破坏的详细情况,岩石物理状态的可靠性资料保持原状结构和状态的岩土样,要在坑道内做原位测试。必要时可编制平硐展视图,通常采用的比例尺为1:25~1:100。
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