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(guó)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(píng)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(zhuān)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(guò)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(chēng)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(shuō)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(duì)土試樣的擾動(dòng)程度分為如下的質(zhì)量等級(jí)：級(jí)-不擾動(dòng)，可進(jìn)行土類(lèi)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(jí)-輕微擾動(dòng)，可進(jìn)行土類(lèi)定名、含水量、密度試驗(yàn)。級(jí)-顯著擾動(dòng)，可進(jìn)行土類(lèi)定名、含水量試驗(yàn)。級(jí)-完全擾動(dòng)，可用于土類(lèi)定名。 在鉆孔取樣時(shí)，用薄壁取土器采取的土樣定為級(jí)；用中厚壁或厚壁取土器采得的土樣定為級(jí)；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(jí)。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(jiǎn)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(wú)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(hào) 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(guò)小取上來(lái)的是擾動(dòng)土樣，若過(guò)大則給施工帶來(lái)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(duì)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(duì)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(lèi)而選用的。對(duì)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(duì)開(kāi)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(duì)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?chē)l(fā)生擾動(dòng)，并阻止土樣進(jìn)入。故內(nèi)間距比過(guò)小，將造成擾動(dòng)寬度增加，若內(nèi)間距比過(guò)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(duì)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(duì)一般粘性土和老粘性土的外間距比以1%為宜；對(duì)于軟粘土取零。 （7-3） 式中：Dt-取土筒外徑mm。 按地層分類(lèi)，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(lèi)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(zhǎng)度(mm) 有效長(zhǎng)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(lèi)型及結(jié)構(gòu) 1.取土器的類(lèi)型 取土器的種類(lèi)很多，可按下述原則分類(lèi)： (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(lèi)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(duì)開(kāi)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(duì)一般土層，刃口角度約為10；半開(kāi)合管內(nèi)裝有取樣筒，取樣筒要求平整、圓度好、光滑；在半開(kāi)管上部的殘余管長(zhǎng)度一般為300mm左右，供儲(chǔ)存土樣上部剩余土之用；閥門(mén)及其他密封裝置

10、的主要作用是排開(kāi)孔內(nèi)水柱對(duì)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(kāi)閥門(mén)，經(jīng)上部排水孔排出流入孔壁間隙，提升取土器時(shí)，閥門(mén)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(duì)結(jié)構(gòu)敏感或不穩(wěn)定的土層尤為重要。從經(jīng)驗(yàn)來(lái)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(guò)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(guò)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(guò)深，以免下部擬取部位的土層受擾動(dòng)。并應(yīng)在