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原状土

原状土,通常又叫做原状土样,是保持天然含水量及天然结构的土样。用来测定土的容重、天然孔隙比、压缩系数及抗剪强度等指标。取土的方法通常采用压入法、击入法与回旋击入法。

原状土,别名不扰动土样,是保持天然含水量及天然结构的土样。

工程地质钻探的主要任务之一是在岩土层采取岩心或原状土试样。在采取试样过程中应该保持试样的天然结构,如果试样的天然结构受到破坏,便称为“扰动样”。扰动样在工程地质勘查中是小容许的,除非叫确说明另有所用,否则此扰动样作废。天然结构的原状试样有岩心试样和土试样,岩心试样的天然结构一般不易破坏,而土试样却很容易被扰动。

按照取样方法和试验目的,岩土工程勘查规范对土样的扰动程度分为如下的质量等级:

Ⅰ级不扰动,可进行土类定名、含水量、密度、强度参数、变形参数、固结压密参数试验。

Ⅱ级轻微扰动,可进行土类定名、含水量、密度试验。

Ⅲ级显著扰动,可进行土类定名、含水量试验。

Ⅳ级完全扰动,可用于土类定名。

在钻孔取样时,用薄壁取土器采取的土样定为Ⅰ~Ⅱ级;用中厚壁或厚壁取土器采得土样定为Ⅱ~Ⅲ级;用标准贯入器、螺旋钻头或岩心钻头所采得的黏性土、粉土、砂土和软岩试样皆定为Ⅲ~Ⅳ级。 [1]

压入法(图7-1)分为连续压入法和断续压入法两种。前者是用滑轮组合装置将取土器一次快速地压入地层中,适用于较软土层中的取样;后者是将取土器分二次或多次压入地层中。

击入法一般适用于较硬与坚硬的土层取样,分为孔外击入法和孔内击入法两种。孔外击入法(图7-2)是在地表用吊锤打击钻杆上的打箍,将取土器击入地层中。孔内击入法(图7-3)是在孔内用重锤打击圆柱形定向器,将取土器击入地层中。孔内击入法结构简单,操作方便,取土效率高,土样扰动小,故一般常采用该法。

采取坚硬土层中的土样或岩样时,若上述取土方法无法采取,可采用机械回转钻进用的回转压入式取土器(双层取样器)。若须在岩层中采取原状样品时,可在岩心钻探的岩心中直接挑选原状土样品。 [1]

取土器的种类很多,可按下述原则分类:

(1)按取土器下部封闭形式分:敝口式和封闭式;

(2)按取土器上部封闭形式分:球阀封闭式,活阀封闭式和活塞封闭式;

(3)按取土器壁厚分:薄壁取土器,中壁取土器和厚壁取土器;

(4)按地层分:土层、砂砾石层、砂层和淤泥层取样器。

不同类型取土器其结构也不同,常用的原状取土器(如图)由接头、球阀、残余管、半合管、取样筒及管靴等部件构成。

各部件的功能要求是:管靴应淬火处理,以保证有较大的强度、硬度和刚度;管靴刃口角度因切入土层性质不同而有差别,一般切入软土层时刃口角度较小,切入硬土层时较大,对一般土层,刃口角度约为10°;半开合管内装有取样筒,取样筒要求平整、圆度好、光滑;在半开管上部的残余管长度一般为300mm左右,供储存土样上部剩余土之用;阀门及其他密封装置的主要作用是排开孔内水柱对土样的压力,保护土样的采取效果。取样时,取土器内的水可随土样进入取样筒内,而随土样的压入冲开阀门,经上部排水孔排出流入孔壁间隙,提升取土器时,阀门关闭,孔内水不能进入取土器,起到密封作用。 [1]

合理的钻进方法是保证采取不扰动土样的前提,特别对结构敏感或不稳定的土层尤为重要。从经验来看,主要注意如下几点:

(1)在结构性敏感土层和较疏松的砂层中需采用回转钻进,而不得采用冲击钻进;

(2)用泥浆护孔,可以减少扰动,并注意在孔中保持足够的静水压力,防止因孔内水位过低而导致孔底软粘性土或砂层产生松动或涌起;

(3)取土钻孔的孔径要适当,取土器与孔壁间要有一定间隙,避免下放取土器时切削孔壁,挤进过多的废土,尤其在软土钻孔中,时有缩径现象,则更需加大取土器与孔壁的间隙;应保持钻孔孔壁垂直,以避免取土器切刮孔壁;

(4)取土的前一次钻进不宜过深,以免下部拟取部位的土层受扰动。并应在正式取土前,把已受一定程度扰动的孔底土柱清理掉,避免废土过多,以及取土器顶部挤压土样;取土前还应准确丈量取土器深度和进尺深度等尺寸;

(5)取土过程中每个操作工序,均应细致稳妥,以免造成扰动;取出的土应及时用蜡密封,并注明上下,贴上标签,做好记录;在土样封存、运输和开土做试验时,都应注意避免扰动,严防振动、日晒、雨淋和冻结。 [1]


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