1、原狀土樣的概念及取土的方法 鉆探工程是地質(zhì)勘探工作獲取實(shí)物地質(zhì)資料（土樣、巖礦樣、水樣和氣樣等）的重要手段。國家投入大量資金進(jìn)行鉆探工作，不僅要求提高鉆進(jìn)效率，更重要的是保證其采取樣品的質(zhì)量，這些樣品的質(zhì)量直接影響著工程地質(zhì)調(diào)查、地質(zhì)構(gòu)造判斷、礦產(chǎn)資源評價(jià)、水文地質(zhì)調(diào)查，以及提交礦產(chǎn)儲(chǔ)量的準(zhǔn)確性與可靠性。因此，如何從鉆孔中取全、取準(zhǔn)可靠的實(shí)物地質(zhì)資料是本專業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)之一。水樣和氣樣的采取比較特殊，本章重點(diǎn)介紹土樣和巖礦樣的采取。 工程地質(zhì)鉆探的主要任務(wù)之一是在巖土層中采取巖心或原狀土試樣。在采取試樣過程中應(yīng)該保持試樣的天然結(jié)構(gòu)，如果試樣的天然結(jié)構(gòu)受到破壞，便稱為擾動(dòng)樣。擾動(dòng)樣在工程地質(zhì)勘查中

2、是不容許的，除非明確說明另有所用，否則此擾動(dòng)樣作廢。天然結(jié)構(gòu)的原狀試樣有巖心試樣和土試樣。巖心試樣的天然結(jié)構(gòu)一般不易破壞，而土試樣卻很容易被擾動(dòng)。按照取樣方法和試驗(yàn)?zāi)康?，巖土工程勘查規(guī)范對土試樣的擾動(dòng)程度分為如下的質(zhì)量等級：級-不擾動(dòng)，可進(jìn)行土類定名、含水量、密度、強(qiáng)度參數(shù)、變形參數(shù)、固結(jié)壓密參數(shù)試驗(yàn)。級-輕微擾動(dòng)，可進(jìn)行土類定名、含水量、密度試驗(yàn)。級-顯著擾動(dòng)，可進(jìn)行土類定名、含水量試驗(yàn)。級-完全擾動(dòng)，可用于土類定名。 在鉆孔取樣時(shí)，用薄壁取土器采取的土樣定為級；用中厚壁或厚壁取土器采得的土樣定為級；用標(biāo)準(zhǔn)貫入器、螺旋鉆頭或巖心鉆頭所采得的粘性土、粉土、砂土和軟巖試樣皆定為級。二、取土的方法

3、1.壓入法 壓入法（圖7-1）分為連續(xù)壓入法和斷續(xù)壓入法兩種。前者是用滑輪組合裝置將取土器一次快速地壓入地層中，適用于較軟土層中的取樣；后者是將取土器分二次或多次壓入地層中。2.擊入法 擊入法一般適用于較硬與堅(jiān)硬的土層取樣，分為孔外擊入法和孔內(nèi)擊入法兩種?？淄鈸羧敕ǎ▓D7-2）是在地表用吊錘打擊鉆桿上的打箍，將取土器擊入地層中?？變?nèi)擊入法（圖73）是在孔內(nèi)用重錘打擊圓柱形定向器，將取土器擊入地層中。孔內(nèi)擊入法結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，取土效率高，土樣攏動(dòng)小，故一般常采用該法。3.回轉(zhuǎn)擊入法 采取堅(jiān)硬土層中的土樣或巖樣時(shí)，若上述取土方法無法采取，可采用機(jī)械回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)用的回轉(zhuǎn)壓入式取土器（雙層取樣器）。若

4、須在巖層中采取原狀樣品時(shí)，可在巖心鉆探的巖心中直接挑選原狀樣品。 圖7-1壓入法 1-鋼絲繩；2-鉆桿；3-固定滑輪；4-底梁；5-取土器圖7-2孔外擊入法1-吊錘2-打箍3-鉆桿;4-取土器 圖7-2孔外擊入法 1-吊錘；2-打箍；3-鉆桿；4-取土器 圖7-3孔內(nèi)擊入法 1-鋼絲繩；2-重錘；3-穿心桿；4-圓柱形定向器；5-鉆桿；6-取土器 圖7-4取土器部分尺寸符號 取土器的基本技術(shù)參數(shù) 1.直徑 取土器的內(nèi)外徑尺寸（圖7-4）是否合理，關(guān)系到土樣的質(zhì)量。若直徑過小取上來的是擾動(dòng)土樣，若過大則給施工帶來不便。設(shè)計(jì)取土器直徑時(shí)，一般應(yīng)考慮下列因素： (1)取土方法取土?xí)r土樣與取土筒內(nèi)壁產(chǎn)

5、生摩擦，而造成土樣邊緣擾動(dòng)，此擾動(dòng)的寬度與取土方法有關(guān)。采用壓入法或擊入法擾動(dòng)帶寬度一般在10mm左右。 (2)土層性質(zhì)擾動(dòng)帶的寬度與土層性質(zhì)有關(guān)，對于軟土、黃土等易于擾動(dòng)的土層，宜采用直徑較大的取土器；反之，對于砂性土等擾動(dòng)小的土層，可采用直徑較小的取土器。 (3)配合環(huán)刀直徑目前土試驗(yàn)所用環(huán)刀直徑有：61.5mm、64mm和80mm幾種，土樣直徑除去擾動(dòng)帶寬度，還應(yīng)稍大于環(huán)刀直徑。2.面積比（Ar） 面積比，系指取土器最大斷面與土樣斷面之比的百分?jǐn)?shù)。 （7-1） 式中：Dw-取土器管靴外徑，mm；De-取土器管靴內(nèi)徑，mm。 面積比越小，則土樣所受的擾動(dòng)程度就越小，要使面積比小，關(guān)鍵是減少

6、取土器壁厚，但取土器太薄容易產(chǎn)生變形或破裂。目前常用的取土器面積比是根據(jù)土樣種類而選用的。對一般粘性土和老粘性土可選用面積比小于30%，壁厚小于6mm的對開式取土器；而軟粘土可選用面積比小于20%，壁厚為34mm的取土器。3.內(nèi)間距比（Ci） 內(nèi)間距比即取土筒內(nèi)徑與刃口處內(nèi)徑之差對刃口處內(nèi)徑之比的百分?jǐn)?shù)。內(nèi)間距比是取土器內(nèi)側(cè)與土樣間摩擦力的標(biāo)志，摩擦力的作用使土樣周圍發(fā)生擾動(dòng)，并阻止土樣進(jìn)入。故內(nèi)間距比過小，將造成擾動(dòng)寬度增加，若內(nèi)間距比過大，摩擦力小，提取時(shí)，土樣容易由土樣筒內(nèi)脫落。 （7-2） 式中：Ds-取土筒內(nèi)徑，mm。 實(shí)踐證明，在軟粘土中取土器的內(nèi)間距比以0.5%1.0%為宜；一般

7、粘性土以1.0%1.5%為宜；老粘性土以1.3%1.5%為宜。4.外間距比（C0） 外間距比系指取土器筒靴外徑與取土筒外徑之差對于取土筒外徑之比的百分?jǐn)?shù)。外間距比是取土器外側(cè)與土壤摩擦力的標(biāo)志。外間距比大，取土器易于進(jìn)入土層，但太大將會(huì)增大其破土面積，增加面積比。對一般粘性土和老粘性土的外間距比以1%為宜；對于軟粘土取零。 （7-3） 式中：Dt-取土筒外徑mm。 按地層分類，常用取土器的基本技術(shù)參數(shù)如表7-1所示。 表7-1取土器基本技術(shù)參數(shù) 土層類別取 土方法內(nèi)徑(mm)內(nèi)間距比(%)外間距比(%) 面積比(%) 壁厚(mm) 長度(mm) 有效長度土樣余土管管靴 濕陷性黃土振動(dòng)140 1

8、.01.52.03.012 壓 入或 擊入120 一般性粘土901001.01.51.030 6 49024020050 軟粘性土0.51.01.02034640240300100 較硬 粘性土901001.51.02.030 6 35020010050砂80 0 0101.52.020020000 砂質(zhì)粘土 800.51.0 0 350200 取土器的類型及結(jié)構(gòu) 1.取土器的類型 取土器的種類很多，可按下述原則分類： (1)按取土器下部封閉形式分：敝口式和封閉式； (2)按取土器上部封閉形式分：球閥封閉式，活閥封閉式和活塞封閉式；(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

9、)按地層分：土層、砂礫石層、砂層和淤泥層取樣器。2.取土器的結(jié)構(gòu) 不同類型取土器其結(jié)構(gòu)也不同，常用的原狀取土器（圖7-5）由接頭、球閥、殘余管、半合管、取樣筒及管靴等部件構(gòu)成。 圖7-5原狀取土器 1-鉆桿接頭；2-球閥；3-殘余管；4-對開半合管；5-取樣筒；6-管靴 各部件的功能要求是：管靴應(yīng)淬火處理，以保證有較大的強(qiáng)度、硬度和剛度；管靴刃口角度因切入土層性質(zhì)不同而有差別，一般切入軟土層時(shí)刃口角度較小，切入硬土層時(shí)較大，對一般土層，刃口角度約為10；半開合管內(nèi)裝有取樣筒，取樣筒要求平整、圓度好、光滑；在半開管上部的殘余管長度一般為300mm左右，供儲(chǔ)存土樣上部剩余土之用；閥門及其他密封裝置

10、的主要作用是排開孔內(nèi)水柱對土樣的壓力，保護(hù)土樣的采取效果。取樣時(shí)，取土器內(nèi)的水可隨土樣進(jìn)入取樣筒內(nèi)，而隨土樣的壓入沖開閥門，經(jīng)上部排水孔排出流入孔壁間隙，提升取土器時(shí)，閥門關(guān)閉，孔內(nèi)水不能進(jìn)入取土器，起到密封作用。五、減少土樣擾動(dòng)的注意事項(xiàng) 合理的鉆進(jìn)方法是保證采取不擾動(dòng)土樣的前提，特別對結(jié)構(gòu)敏感或不穩(wěn)定的土層尤為重要。從經(jīng)驗(yàn)來看，主要注意如下幾點(diǎn)： (1)在結(jié)構(gòu)性敏感土層和較疏松的砂層中需采用回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)，而不得采用沖擊鉆進(jìn)； (2)用泥漿護(hù)孔，可以減少擾動(dòng)，并注意在孔中保持足夠的靜水壓力，防止因孔內(nèi)水位過低而導(dǎo)致孔底軟粘性土或砂層產(chǎn)生松動(dòng)或涌起； (3)取土鉆孔的孔徑要適當(dāng)，取土器與孔壁間要有一定間隙，避免下放取土器時(shí)切削孔壁，擠進(jìn)過多的廢土，尤其在軟土鉆孔中，時(shí)有縮徑現(xiàn)象，則更需加大取土器與孔壁的間隙；應(yīng)保持鉆孔孔壁垂直，以避免取土器切刮孔壁； (4)取土的前一次鉆進(jìn)不宜過深，以免下部擬取部位的土層受擾動(dòng)。并應(yīng)在