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土的勘察及勘察報告應(yīng)用第一節(jié)土的現(xiàn)場目力鑒別方法

根據(jù)土的一些外觀特征,用一些簡易的試驗方法判別土類及土性,統(tǒng)稱為土的現(xiàn)場目力鑒別。當然,這種鑒別是初步的,正確的判別要通過必要的室內(nèi)土工試驗方能達到。但掌握現(xiàn)場目鑒別是十分重要的一種基本技能,不能輕視。土的現(xiàn)場目力鑒別包括劃分土類及鑒別土的基本性質(zhì)。在土的目力鑒別中常用的簡易試驗方法主要有:1.干強度試驗:把風干的小土塊,用手指捏碎或劈斷,根據(jù)用力的大小來判別。干強度高——捏不碎,抗斷強度大;干強度中等——用力能捏碎,容易劈斷;干強度低——易于用手捏碎和搓成粉末。2.韌性試驗:將土調(diào)成略高于塑限,柔軟而不粘手,在手掌中搓成直徑約3m的土條,再揉成土團,再次搓條。根據(jù)再次搓條的可能性,可區(qū)分:韌性高——能揉成土團,再搓成條,手指捏不碎;韌性中等——可再揉成土團,手指稍捏即碎;韌性低——不能再揉成土團。3.搖震試驗:用含水量接近于飽和的土,團成小球,放在手掌上左右反復搖晃,并以另一手震擊該手掌,則土中水滲出土球表面,并呈現(xiàn)光澤。再用手指捏該土球,水分光澤又消失(水復又進入土球內(nèi)部)。觀察隨搖震與手捏時水分出現(xiàn)與消失的反應(yīng)可區(qū)分為:反應(yīng)塊——出水與消失迅速,表示粉砂含量較多;反應(yīng)慢——出水與消失都慢,表示粉砂含量較少;無反應(yīng)——無水分出現(xiàn),表示粘粒含量很多。4.光澤反應(yīng):用小刀切開稍濕的土,并用小刀抹面。如果土面呈現(xiàn)光澤,表示為高液限粘性土;如土面粗糙無光澤,則為低液限粘性土或粉性土。5.握團試驗:用于區(qū)分有機土中的泥炭分解度:完全沒有或幾乎沒有分解的泥炭,握團時從指縫中擠出來的是清水;已分解的泥炭,握團時大部分或全部泥炭都能從指縫中擠出來。6.其他:如手指揉搓的感覺,肉眼觀察等。對粘性土的目力鑒別見表11-1;對砂性土的現(xiàn)場鑒別見表11-2;對土的濕度的現(xiàn)場鑒別見表11-3;對碎石類土密實度的現(xiàn)場鑒別見表11-4。對人工填土與淤泥質(zhì)土的現(xiàn)場鑒別見表11-5。利用這些鑒別表,可對土類及狀態(tài)作初步的判別。

粘性土的目力鑒別表表11-1輕亞粘土亞粘土粘土肉眼觀察含有較多的砂?;蚝泻芏嗟脑颇钙猩倭康纳傲?床坏缴傲?,但在殘積、坡積粘土中可看到巖石風化后殘留的碎屑手指揉搓干時有面粉感,濕時粘手,干后一吹即掉干土揉搓時有少量砂感,濕時粘手,干時不粘手濕時有滑膩感、粘手,干后仍粘在手上光澤反應(yīng)土面粗糙土面光滑但無光澤土面有油脂光澤搖震試驗搖動時出水與消失都很迅速反應(yīng)很慢或基本上沒有反應(yīng)沒有反應(yīng)韌性試驗土條不能再揉成土團可以再揉成土團,但手捏即碎裂可以再揉土團,并再次搓條,手指壓不碎干強度試驗易于用手指捏碎和碾成粉末用力才以捏碎,容易折斷捏不碎,抗斷強度大,斷后有棱角,斷口光滑砂性土的現(xiàn)場鑒別表表11-2礫粒粗砂中砂細砂粉砂肉眼觀察顆粒粗細約有1/4以上的顆粒比喬麥或高梁粒大約有1/2以上顆粒比小米粒大約有1/2以上顆粒與砂糖、菜籽近似大部分顆粒與粗玉米粉近似大部分顆粒近似面粉干燥時狀態(tài)顆粒完全分散顆粒僅個別有膠結(jié)顆?;痉稚?,部分膠結(jié),一碰即散顆粒少量膠結(jié),稍加碰擊即散顆粒大部分膠結(jié),稍壓即散搖震試驗表面無變化表面無變化表面偶有水分光澤表面出水(翻漿)表面出水顯著,翻漿明顯粘著程度無粘著感無粘著感無粘著感偶有輕微粘著感有輕微粘著感土濕度的現(xiàn)場鑒別表表11-3

土類潮濕程度砂土粘性土稍濕用手緊握,由于潮濕而感到?jīng)?,放于手掌中搖動時,能分出一些小塊,稍壓即碎,放在濾紙上,不立即浸濕用手握緊,由于潮濕而感到很涼;顏色較深,不易捏塑;刀切之似蠟,放在濾紙上,不立即浸濕很濕放在手上有濕感,似有可塑性,加壓時能保持較長時間,放在濾紙上,浸濕很快放在手上有濕感;易塑成任何形狀;放在濾紙上,浸濕很快飽和放在手上稍搖動,即液化成餅狀輕亞粘土與砂相似,水滴在亞粘土和粘土樣表面上,不易滲入碎石類土密實度的現(xiàn)場鑒別表表11-4密實度骨架顆粒含量及排列可挖性可粘性充填物以砂土為主充填物以粘性土為主充填物以砂土為主充填物以粘性土為主密實骨架顆粒含量大于全重的70%,為交錯排列,連續(xù)接觸顆粒間孔隙填充密實或有膠結(jié)物質(zhì)。鎬鍬挖掘困難,用橇棍方能松動,并壁穩(wěn)定顆粒間充填以堅硬和硬塑的粘性土力主,開挖較困難鉆進極困難,沖擊鉆探時,鉆桿和吊錘跳動劇烈,孔壁穩(wěn)定

鉆進極困難,沖擊鉆探時,鉆桿和吊錘跳動劇熱,孔壁穩(wěn)定。但碎屑物較易取出中密骨架顆粒含量等于全重的60~80%,為交錯排列,大部分分接觸顆??紫侗怀涮?,用手可松動顆粒,鎬鍬可挖掘,并壁掉塊現(xiàn)象顆粒間充填以可塑狀粘性土為主,鍬要開挖,但不易掉塊鉆進較困難,沖擊鉆進時,鉆桿和吊錘有跳動現(xiàn)象,孔壁有時坍塌。鉆進較困難,沖擊鉆進時,鉆桿和吊錘有跳動現(xiàn)象,但孔壁不易坍塌稍密骨架顆粒含量小于全量的60%,排列混亂。大部分不接觸顆粒間孔隙部分補充填,顆粒有時被充填物隔開,用手一觸即松動掉落,鍬可挖,進壁易坍落

顆粒間充填以軟塑或流塑粘性土為主,鍬易開挖,井壁有坍塌現(xiàn)象鉆進較易,鉆桿和吊錘跳動不顯著,孔壁易坍,有時有翻砂現(xiàn)象鉆進較易,鉆桿和吊錘跳動不顯著,孔壁較穩(wěn)定人工填土與淤泥質(zhì)土的現(xiàn)場鑒別表表11-5鑒別方法人工填土淤泥質(zhì)土顏色沒有固定顏色,主要決定于夾雜物。一般為灰黑色灰黑色,有臭味夾雜物一般含磚瓦碎塊,垃圾、爐灰等池沼中有半腐朽的細小動物遺體,如草根、小螺殼等構(gòu)造夾雜物質(zhì)顯露于外,構(gòu)造無規(guī)律構(gòu)造常為層狀,但有時不明顯浸入水中的現(xiàn)象浸水后大部分物質(zhì)變?yōu)橄≤浀挠倌?,其余部分則為磚瓦爐灰渣,在水中單獨出現(xiàn)浸水后外觀無顯著變化,在水面有時出現(xiàn)氣泡濕土搓條情況一般情況能搓成3mm的土條,但易折斷,遇有灰磚雜質(zhì)甚多時,即不能搓條能搓成3mm的土條,但易折斷干燥后的強度干燥后,部分雜質(zhì)脫落,故無定形,稍微施加壓力,即行破碎干燥后,體積縮小,強度不大,錘擊時成粉末,用手指能搓散第二節(jié)土的勘察方法

土的勘察是為了查清地下土層的分布及各土層的工程性質(zhì)。主要有兩種方法:(1)勘察(包括試坑、鉆探)、取樣、室內(nèi)土工試驗;(2)原位測試。一、勘察勘察的方法很多。試坑是勘察淺層土層的最便宜方法,常用鍬,鏟人工挖掘,也可用簡單的機械挖掘??佑袌A形,方形或長方形。人可直接下坑觀察土層的變化及天然狀態(tài),并能采取接近于天然狀態(tài)的原狀結(jié)構(gòu)土樣。當土層松軟,易于坍塌,在挖掘中應(yīng)支護坑壁,以確保安全。當?shù)叵滤惠^高,特別在砂土中,水下開挖的費用則比鉆孔為大,試坑就不適用。鉆探是地基土勘察中廣泛應(yīng)用的方法。它利用鉆探機具,在土層中鉆進一個直徑小,深度大的圓柱形“鉆孔”。并在一定深度用取土器采取土樣,有的土樣是結(jié)構(gòu)擾動的,只用來鑒別土類;有的土樣則是最大限度地保持天然結(jié)構(gòu)和天然濕度,所謂“原狀土樣”,供室內(nèi)土工分析用。

在土層中的螺紋鉆探是用一根螺紋形鉆頭,用人力或機械力旋轉(zhuǎn),使鉆頭旋入土中,然后上提鉆頭,通過附著于螺紋鉆頭上的土,在地面用現(xiàn)場鑒別方法對土層進行劃分層次及對土性進行描述。這是一種最簡易的鉆探方法。但當土層中含有礫,卵石或磚瓦時,就不適用。在砂、卵石中,可用楔形沖擊鉆頭,提升到一定高度后自由下落,對孔底巖土進行沖擊破碎,再利用泥漿作為沖洗液,將破碎的巖土碎塊,攜帶到地面。觀察被帶到地面的巖土顆粒,可大致判定土層變化的情況,事實上,一些粗顆粒往往沉在孔底,只有細顆粒被沖洗液沖上地表,這是應(yīng)注意的。在一般地層中,采用回轉(zhuǎn)鉆進法,借助豎向加壓及回轉(zhuǎn)力的作用,使鉆頭破碎孔底巖土?;蚴箍椎讕r石全部破碎;也可只破碎孔底環(huán)形部分巖土,而在中間保留圓柱形的巖心或土樣。后者也成為取心鉆進。在巖石或硬土層中鉆進時,為了提高鉆進效率,在鉆頭上常鑲嵌有硬合金、金剛石等。

對土層進行鉆探,取土的數(shù)量及質(zhì)量是極關(guān)重要的。其中質(zhì)量又是關(guān)鍵,否則,取樣數(shù)量再多,試驗儀器再好,其實際價值也是不大的。因此工程技術(shù)人員對取樣質(zhì)量必須嚴格要求.

影響取樣質(zhì)量的因素很多,其中有鉆進方法、取土器結(jié)構(gòu)與規(guī)格、取樣方法、土樣的封存及運輸,以及試樣的制備方法等。鉆進工藝是保證取得不擾動土樣的第一個前提。鉆進方法的選擇要著眼于確??椎讛M取土樣不被擾動。在接近取樣深度,不宜采用沖擊鉆進。當在地下水以下鉆進時,要防止孔內(nèi)水位低于周圍土層中的地下水位,否則,孔底會發(fā)生涌土而使孔底土被擾動。為防止孔底涌土,可在孔內(nèi)灌注水或泥漿,在取土前,孔底浮土必須除掉.在鉆進方法合乎要求的前提下,選取適當?shù)娜⊥疗?,采取一定的取土方法是重要的。取土擾動程度與取土器的面積比及內(nèi)、外間距比有密切關(guān)系。圖11-1取土器技術(shù)參數(shù)

面積比

(11-1)(11-2)

(11-3)

間距比外間距比式中:Dw——取土器管靴外徑(mm);

De——取土器管靴內(nèi)徑(mm);

Ds——取土筒內(nèi)徑(mm);

Dt——取土筒外徑(mm);取土器的技術(shù)參數(shù)參考值表11-6取土器技術(shù)參數(shù)直徑(取土器內(nèi)徑Ds)(mm)取土筒長度(mm)余土筒長度(mm)管靴長度(mm)面積比Ar(%)內(nèi)間距比Ci(%)外徑距比C0(%)管靴刃口角度(度)土類軟粘土≥100240300100<200.5~1.00~1<10一般粘土96或10024020050<201.0~1.51<10輕亞粘土8020010050<200.5~1.01<10老粘性土962005050<301.0~1.51~2<

15濕陷性黃土12215019015.31.640.912常用的取土方法有擊入法、壓入法和震動法幾種。擊入法有輕錘多擊法和重錘少擊,宜采用重錘少擊。擊入法有慢速壓入和連續(xù)快速壓入,連續(xù)快速壓入對土樣的擾動影響最小。.震動法對土樣擾動有影響,故甚少采用。二、原位測試原位測試與鉆探取樣土工分析是相互補充的。原位測試可以克服室內(nèi)土工分析的以下缺點:鉆探取樣及室內(nèi)制備試樣所發(fā)生的土的擾動;在有些土層中難以采取原狀土,例如飽和的疏松砂、流塑軟塑的軟粘土等,以及含砂石的土;土樣尺寸小,在測定層狀或裂隙性粘土時,有明顯的尺寸效應(yīng);土樣數(shù)量有限,無論在平面上還是深度都如此。原位測試可在原位的應(yīng)力條件,與的天然含水量下進行土的試驗。但原位測試也有土的擾動問題,在原位測試中土的擾動與試驗儀器的性能、安置方法、操作方法等有關(guān),如不注意這一點,原位測試也會得出不正確的結(jié)果,因此注意原位測試的應(yīng)用條件是很重要的。有些原位測試還有這樣的優(yōu)點:即可取得在深度上連續(xù)的記錄,提取了土層在深度上變化的完整信息.研究并利用這些信息,可以大大減少鉆探取樣的數(shù)量,并把數(shù)量有限的鉆探工作布置在代表性地段或布置在待重點研究的地段上。原位測試可分為兩大類:一類是在小應(yīng)變條件下進行測試;另一類是在大應(yīng)變條件下進行測試。后者又可分為單測定土的強度,以及除了測定土的強度外,還提供應(yīng)力應(yīng)變信息。在土工勘察中常用的原位測試如表11-7。表11-7應(yīng)變條件試驗?zāi)康膶嶒烆愋驮粶y試內(nèi)容小應(yīng)變模量波速鉆孔波速試驗:沿孔法跨孔法大應(yīng)變強度直剪十字板剪切試驗貫入標準貫入試驗靜力觸探試驗?zāi)A考皬姸容d荷平板載荷試驗螺旋壓板載荷試驗旁壓試驗預(yù)鉆式自鉆式波速法:屬于小應(yīng)變條件的原位測試方法。在均質(zhì)的或成層土層中,理論上波速與土層的彈性模量和泊松比有關(guān)。因此,如在現(xiàn)場測得了波速,就可計算得土的彈性模量和泊松比.為了測定波速,在震源處引發(fā)一次沖擊,而在離開震源某一距離處放置一檢波器,以測定波通過該指定距離所需的時間.在土的勘察中常用的是鉆孔波速法。在鉆孔地面孔口外設(shè)置震源,在沿鉆孔不同深度處設(shè)檢波器,可測得從孔口至不同深度的波速,這方法稱為沿孔法,也稱為檢層法.也可利用兩個垂直孔,在一個孔中一定深度處設(shè)置震源,而在另一孔相應(yīng)深度處設(shè)置檢波器,可直接測定波從一孔到另一孔在不同深度的土層中的波速。這方法稱為跨孔法。2.十字板剪力試驗:適用于原位測定飽水軟粘土的不排水抗剪強度,由于它避免了鉆進時土的擾動以及采取土樣的擾動,而直接在原位應(yīng)力條件下測定土的抗剪強度,所以它是一種有效的原位測試方法.

十字板剪力試驗,是在預(yù)鉆的鉆孔孔底,把有4個葉片的十字板頭插至規(guī)定深度,施加扭轉(zhuǎn)力矩,直至土體破壞;或是不用鉆探,直接將十字板頭壓入土中不同深度,測土體破壞時扭轉(zhuǎn)力矩。假定土體破壞時,形成一圓柱狀剪損面,假定由圓柱側(cè)面及圓柱上下兩面提供抗扭力矩,則不排水抗剪強度Cu(也即十字板抗剪強度Sr)為:(11-4)

式中:M---土體破壞時的扭矩;D---十字板頭直徑;H----十字板頭高度;圖11-2在孔底進行十字板剪切試驗3.標準貫入試驗:標準貫入試驗是利用規(guī)定的落錐能量將圓筒形的貫入器打入鉆孔底土中。根據(jù)貫入的難易程度來判定土的物理力學性質(zhì)。錘重63.5kg,自由落距76cm,貫入器外徑51mm,內(nèi)徑35mm,長500mm,為兩個半圓管合成,下部有貫入器管靴.貫入器上端連接外徑42mm鉆桿.在將貫入器打入土層時,先打入15cm不計擊數(shù),繼續(xù)貫入土中30cm,記錄其錘擊數(shù)即標準貫入擊數(shù)N.標準貫入試驗對估定砂類土的天然密度是十分有用的實驗,N與砂類土密實度的經(jīng)驗關(guān)系已在第一章中介紹。在利用標準貫入擊數(shù)N估算土的承載力、強度參數(shù)和變形參數(shù)時,還應(yīng)考慮到有一些因素影響著N值,因此要做相應(yīng)的修正。例如:桿長的修正、土層自重壓力和測壓力的修正、地下水位的修正等。遇到硬卵石層,或含水層的粘土層,可將貫入器換為錐形探頭,即成為圓錐動力觸探試驗。圖11-3標準貫入試驗裝置4、靜力觸探試驗:靜力觸探就是將一金屬圓錐形探頭,用靜力以一定的貫入速度貫入土中,根據(jù)探頭測得的探頭阻力可間接的確定土的物理力學性能。靜力觸探具有明顯的優(yōu)點:連續(xù)、快速、靈敏、簡便。因此,已得到廣泛的使用。靜力觸探的不足處在于:不能對土進行直接的觀察和描述:測試深度還不能太深(一般小于50米,個別情況當采用一些輔助手段,可達70米);對于含砂卵石的土、密實砂土層均難以貫入。

靜力觸探探頭有單橋及雙橋兩種。單橋探頭可測得探頭的比貫入阻力Ps;雙橋探頭可測得錐尖阻力qc和探頭摩擦筒的側(cè)摩阻力fs。利用Ps或qc與fs,根據(jù)經(jīng)驗可以劃分土層,也可以確定土的物理力學性質(zhì)。在這方面有大量文獻資料可供參考。圖11-4靜力觸探探頭5、平板載荷試驗:載荷試驗是一種最古老的原位測試方法。它是在與建筑物基礎(chǔ)工作條件相似的受荷條件下,對天然埋藏下的地基土,測定加于承壓板的壓力與沉降的關(guān)系。它實際上是基礎(chǔ)的模擬試驗。根據(jù)壓力與沉降的關(guān)系,可以測定土的變形模量、評定土的地基承載力。對于不能用小尺寸試樣試驗的填土、含碎石的土等,最適宜用載荷試驗。但應(yīng)注意到載荷板的面積小于實體基礎(chǔ)的面積,所以載荷試驗在深度上的影響范圍也小于實際基礎(chǔ)的影響范圍。試驗時,可用維持載荷直至沉降穩(wěn)定,再加下一級荷載……,直至破壞荷載,也可以用一定的沉降速率(例如2.5mm/min的速度)使載荷板壓入土中,測定荷載與沉降關(guān)系,這時所施加的最大荷載相應(yīng)于不排水抗剪強度所提供的極限荷載。利用載荷-沉降曲線(p-s曲線)的初始直線段,可求得土的變形模量E0。6.螺旋壓板載荷試驗:以螺旋板作為載荷板,旋入地下預(yù)定深度,用千斤頂通過傳力桿向螺旋壓板施加壓力,同時量測載荷板的沉降值。當一個深度試驗完后,可再旋入到下一個深度進行試驗。螺旋壓板載荷試驗可用于砂土,也可用于粘性土,但旋入螺旋板時對土有一定的擾動。7.旁壓試驗:通過旁壓器彈性膜的橫向膨脹,對土施加壓力,使土體產(chǎn)生相應(yīng)的橫向變形,從而測得壓力與變形的關(guān)系曲線,稱為旁壓曲線。由此可求得土的變形模量和地基承載力。旁壓試驗實質(zhì)上是橫向的載荷試驗,故也可稱為橫壓試驗。旁壓試驗按旁壓器的就位方式分為兩類:預(yù)鉆式旁壓試驗。在預(yù)先鉆好的鉆孔中,把旁壓探頭放入預(yù)定深度,進行旁壓試驗。自鉆式旁壓試驗。在旁壓探頭下端裝一圓筒形刃具,加壓使刃具切入土中,進行刃具內(nèi)的土則用一旋轉(zhuǎn)的切削鉆頭破碎,用泥漿或沖洗液將碎土循環(huán)攜帶到地面,這樣邊鉆進邊把旁壓器下沉到預(yù)定深度,進行旁壓試驗。

自鉆式旁壓試驗的優(yōu)點,是旁壓器就位時,土的原位側(cè)向應(yīng)力可認為沒有釋放過;而預(yù)鉆式旁壓試驗則不同,由于預(yù)先鉆孔,孔壁應(yīng)力已釋放。旁壓試驗近年來發(fā)展迅速,因為從應(yīng)力條件來說,旁壓試驗相當于軸對稱圓柱穴擴張,其彈塑性解已得到解決。而其他原位測試手段,應(yīng)力情況比較復雜。旁壓試驗設(shè)備輕便,操作簡易,測試快速,其優(yōu)點是明顯的。但旁壓試驗為橫向加壓,與一般工程上的豎向加荷不同。對于各向異性土層來說,橫向與豎向的力學性能是不同的。

在土的勘察中,通過調(diào)查研究、收集已有資料、勘探、水土室內(nèi)分析、原位測試等,獲得了大量的第一手原始資料。對這些資料,經(jīng)過去粗取精、分析、歸納和綜合,最后以勘測報告書及有關(guān)圖件完整地、正確地、全面地、又有針對性地反映場地的工程地質(zhì)條件??辈靾蟾鏁峭量辈斓奈淖殖晒R话阋笥忻鞔_的目的性、文字精練、并附以必要的圖件。

報告書一般分為緒論、一般部分、專門部分和結(jié)論幾部分。1.緒論:說明勘察單位,勘察任務(wù)的來源地點、目的,范圍和采用的工作方法,勘察工作量及勘察日期。在緒論中還應(yīng)說明工程類型、規(guī)模、重要性及設(shè)計階段,并明確要解決的主要問題。2.一般部分:應(yīng)包括以下內(nèi)容:第三節(jié)勘察報告書及有關(guān)圖件場地的基本情況:場地的自然歷史條件、地貌地物特性、水文條件、地下水條件、地質(zhì)條件(基巖類型,地質(zhì)構(gòu)造等);場地土層的分布及土性變化:根據(jù)現(xiàn)場勘探、現(xiàn)場描述等有一清楚的說明,使人看了對場地土層條件有一明確的輪廓認識。必要時,用一個或幾個土層剖面圖來說明其分布變化。并指出對工程影響較大的個別土層的情況。場地地下水位情況:深度、變化范圍以及水質(zhì),特別是對建筑材料的侵蝕性。

3.專門部分:這是整個報告的核心內(nèi)容,它包括結(jié)合具體的工程設(shè)計及施工涉及的有關(guān)土工問題進行論證,要求盡可能對所涉及的問題給予詳細的分析,并作出綜合評價。例如,對各類建筑物地基土分別進行剖析,提出可能的基礎(chǔ)類型,基礎(chǔ)設(shè)計的主要準則,如基礎(chǔ)埋深、基礎(chǔ)尺寸、允許承載力、預(yù)計可能的沉降、基坑開挖的支護、降低地下水位的措施等。對各種可能的基礎(chǔ)方案進行分析比較,提出最優(yōu)方案。譬如,土分析給出的強度參數(shù)偏低,建議采用高一些的強度參數(shù),就必須有充分的理由和依據(jù)。4.結(jié)論:在結(jié)論中把專門部分中最主要的意見以結(jié)論的意見表達出來。結(jié)論應(yīng)是清楚的和明確的,不能含糊的,模棱兩可的,在結(jié)論中還應(yīng)指出存在的主要問題

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