钻探取样与平洞取样试验成果资料的差异分析—以山西省万家寨引黄工程总干线7^#洞出口段土洞段为例

目前，在工程实践中对原状土样的采取多通过开挖竖井及平洞的方法进行，但在埋深较大的情况下，由于开挖坚井及平洞较为困难，多采取钻探取样的方法。但对钻孔样与原状样试验结果的差异性研究目前还比较少，本文通过对引黄部干线7^#沿出口段土洞段钻探取样与平洞取样（原状样）土工试验成果资料的对比，并对各种物理力学指标存在的差异进行分析，从而提出钻探取样方法对土样的压密性与土体的密实性的关系，进一步提出钻探取样方法在工程实践中特定条件下的实用性。     

石家庄地区某场地不同取样方法获取土样的对比分析

采取原状土样是工程勘察中的重要环节,不同的取样方法对土样质量的影响不同。一般认为竖井中采取的大块土样,是真正的原状样,钻孔中使用取土器采取的原状样存在不同程度的扰动。在钻孔中采用不同的取样方法,土样受到的扰动程度也不一样。笔者通过对钻孔两种方法获取的土样与竖井土样试验数据的对比发现,钻孔取样对土样有明显的扰动和压密作用,造成了土的干密度增大、孔隙比减小、渗透系数降低、压缩模量增大。同时发现,钻孔快速冲入取样质量略好于上部击入取样质量。为保证工程安全,对常规钻孔取样试验成果的使用应当慎重,对重要工程宜采用探坑、竖井取样,或采用双筒薄壁取土技术。     

千枚岩残坡积土大型直剪试验研究

土体抗剪强度是边坡稳定性分析的重要力学参数,而大型直剪试验是确定粗粒土抗剪强度指标较为有效的方法,但获取所需原状土样较为困难。通过现场挖取边坡残坡积原状土样,开展原状土样和击实土样的室内常规小型直剪对比试验,证明在有效控制密度、干密度和含水率条件下采用击实土样获取的直剪强度指标可替代原状土样试验结果。击实土样的大型直剪与原状土样的常规直剪试验结果对比分析表明,由常规小型直剪试验获得残坡积土的抗剪强度略高于大型直剪试验结果。由于室内常规小型直剪试验获取的抗剪强度指标往往比边坡实际发生滑动时的抗剪强度指标稍大,建议在边坡稳定性分析中对抗剪强度指标选取时,采用以大型直剪试验获得的有效控制密度、干密度和含水率条件下击实土样的峰值强度和残余强度,由此进行的边坡稳定性计算将更为科学合理     

深埋砂层取原状样技术研究

针对砂（土）样易扰动的特点，研制了ＨＹＳ－１型单动回转压入式取砂器，并从钻取，退样，试样制作的全过程各工序对取样质量进行控制，解决了南水北调和三峡工程中深埋砂层取原状样的技术难题。     

红粘土原状土样保护方法的研究

红粘土具有高含水量、高塑性的特征 ,极易收缩而产生裂隙。红粘土原状土样难予进行长期有效的保护。结合工程实例研究表明 ,红粘土原状土样埋藏、裹浆是其有效、方便、经济的保护措施。     

深埋、松散、流动、风化砂层中原状样采取技术的研究及其应用

介绍了在深埋、松散、流动、风化砂层中采取原状样的取样工具——ＴＡ８９－６４．８型原状样取砂器的结构和取样方法,并对该取砂器在我国长江三峡重大工程中的应用成果进行了分析     

玉龙雪山西麓原状冰碛土CT扫描试验研究

冰碛土是冰川行进融化过程中漂石、碎石、砂砾、粉土和黏土在毫无分选的条件下快速混杂堆积生成的一种特殊岩土材料,由其引发的工程问题日益受到岩土工程界关注。砾石颗粒细观组构是冰碛土独特沉积历史的反映,直接影响土体的岩土力学性质,但迫于原状冰碛土样极难取得,岩土工程领域迄今罕有研究。对此,采用人工精细切削的方式,成功取得了玉龙雪山西麓原状冰碛土样,并对取回的6块冰碛土原状样进行了CT扫描,首次获得了冰碛土内部真实细观组构图像。借助Matlab对CT图片进行二值化和消噪处理后,运用常规统计方法对冰碛土内砾石颗粒的面含石量、颗粒定向以及颗粒形状等剖面组构指标进行了描述。结果表明,垂直剖面之间的统计数据差异较小,但垂直剖面与水平剖面之间差异较大。     

海相软土压缩特性的试验研究

对不同取样方式得到的上海、江苏地区海相软黏土的原状样和重塑样进行了单向压缩和等向压缩试验,分别得到各自的压缩曲线、压缩指数 和回弹指数 。通过比较原状样、重塑样的归一化压缩曲线的差异,确认了结构性对软黏土压缩特性的影响。把屈服应力后的压缩曲线外延至10 kPa时的孔隙比定义为参考孔隙比 ,用于简单量化土的组构。根据多次单向压缩试验结果得到的压缩指数 ,建立了原状样和重塑样的压缩指数 与孔隙比 或参考孔隙比 的相关方程,并通过单向、等向压缩指数的比较,认为此方程也适用于等向压缩试验结果。根据原状、重塑样压缩指数 与参考孔隙比 具有基本相同关系的结论,对原状样的结构屈服特性进行了探讨,认为原状样在压力大于结构屈服应力后,胶结已基本破坏,原状样和重塑样压缩特性差异主要是由组构的差异引起的。该研究成果,尤其是压缩指数 与参考孔隙比 的相关方程,可为工程提供重要的参考。     

钻探取样与平洞取样试验成果资料的差异分析

目前，在工程实践中对原状土样的采取多通过开挖竖井及平洞的方法进行，但在埋深较大的情况下，由于开挖竖井及平洞较为困难，多采取钻探取样的方法。但对钻孔样与原状样试验结果的差异性研究目前还比较少，本文通过对引黄总干线7#洞出口段土洞段钻探取样与平洞取样(原状样)土工试验成果资料的对比，并对各种物理力学指标存在的差异进行分析，从而提出钻探取样方法对土样的压密性与土体的密实性的关系，进一步提出钻探取样方法在工程实践中特定条件下的实用性。     

大口径蒸渗仪原状土柱取样实用技术

原状土蒸渗仪由于土体结构没有被扰动,可以保持其自然属性,是开展田间水文模拟的理想设施,但土体取样精度不易控制。结合五道沟水文实验站大口径蒸渗仪原状土柱取样实践,针对蒸渗仪原状土柱取样如何快速精确修整、罐体内壁和柱体间的空隙尺寸如何把控、土柱切割如何控制尽可能不被扰动等,系统提出其取样工艺流程和关键技术,发明了铣刀精修土柱法和切土刀板快速切土法,避免了人工修土带来的柱体表面不均匀不光滑、土柱切割不整齐等问题,尽可能减少原状土体结构的扰动和罐体内壁与土柱之间的边界效应。实验表明,罐体内壁与土柱间的空隙2mm可以保持蒸渗仪运行后原状土体的自然属性,从而提高蒸渗仪实验模拟的真实性。     

干湿过程中膨胀土最大剪切模量及其预测

为了研究膨胀土在天然环境下的动力特性,本文利用装有弯曲元的三轴仪对南阳膨胀土原状样和重塑样进行了最大剪切模量的测试试验。试验包括在不同围压下的饱和原状南阳膨胀土最大剪切模量测试;将初始干密度相近的原状样和重塑样分别进行脱湿和吸湿,量测整个过程中最大剪切模量的变化,并结合孔隙比进行分析。试验结果表明:饱和南阳膨胀土的最大剪切模量随着围压增大而增大;脱湿过程中南阳膨胀土最大剪切模量与含水率关系曲线要高于吸湿过程的曲线,即最大剪切模量与含水率关系存在滞回特性,这主要是吸力作用的缘故;初始干密度相近条件下原状样的最大剪切模量比重塑样的要小,这是由于原状样内部存在较多大孔隙。本文最后对饱和土最大剪切模量公式进行改进,使之适用于非饱和原状南阳膨胀土最大剪切模量的预测。     

关于中国系列薄壁取土器的建议

岩土工程勘探与测试的重要步骤之一,是采取原状土样供室内土工试验。尽管原位测试手段不断创新发展。但钻孔取样手段终究必不可少。从发展趋势看。建筑物(构筑物)勘测中的钻孔和采样数量会相应减少,但对采取原状试祥的质量要求将会不断提高。同时,土工试验方面仪器的质量,精度和方法也会相应发展。     

饱和软土压缩曲线的“反常”现象

饱和软土压缩试验时,经常出现压缩曲线“反常”、压缩系数“倒大”的现象。它是土的原始结构发生破坏前后的不同压缩性的客观反映。饱和软土的结构力很微弱,唯质量好的原状土才能见到这种“反常”。应从成孔、取样、测试及资料整理等多个环节保证其工程意义。     

结构性软土渗透特性研究

本文对原状软土和重塑软土进行渗透特性试验,考察了饱和软土的渗透特性。原状样加载初期,渗透系数变化较小,当固结应力大于结构屈服应力时,渗透系数急剧下降,而结构屈服应力前后阶段的孔隙比与渗透系数对数坐标的直线关系没有发生变化,说明胶结对渗透性的影响较小。重塑土的渗透系数在加载过程中变化相对较小。试验结果表明,相同孔隙比时原状土渗透系数要明显大于重塑土。这是由于两者的组构不一样,即原状样的大颗粒和凝聚体间的大孔隙以及历史上形成的土颗粒的排列使其渗流通道要比重塑土通畅。用相同重塑方式制样得到的不同含水量土样,其渗透系数值相近;而用不同重塑方式制样得到的相近含水量土样,其渗透系数相差相对较大。确定饱和软粘土渗透性时要考虑孔隙比和组构的影响。     

一种原状欠压密土的力学特性实验研究

原状土的结构性对它的力学性质影响显著。通过对原状土与重塑土多应力路径的实验结果比较,来揭示原状土体从小应变到大应变的特殊力学特性及应力路径的影响。从等压固结对比实验可看出,该原状样明显的结构性与欠压密性。对于原状欠压密土,体应变对土体结构性的破坏要大于剪应变。欠压密原状土的结构性对土体强度的影响主要表现在内摩擦角的增大。土体小应变时表现出明显的高刚度与非线性。通过不同方向切样的原状样实验结果对比,反映了原状土体存在明显的各向异性,结构性引起的各向异性在应变越小时越明显。     

井底锤打式取样器

过去打水文孔,在浅孔中采原状土样,多半使用加压法。这种方法在深孔中运用,压力势必消耗在钻杆弯曲和摩擦上,只有部分压力传到井底,很难使钻头压入粘土层,不能达到取样的目的。而且由于钻杆过度弯曲,每钻进一次,都要作整直工作,也易造成钻杆折断事故。为此,改制成功一种锤打式真空取土器,经两个孔,在孔深110—170米的冲击层中分层取样21个原状土样,结果完全合乎地质要求。     

提高原状土质量的措施

依据《原状土取样技术规范》,结合实践,从设备、器具、操作等方面分析影响原状土质量的因素,从实践中总结提高原状土质量的措施,以求取得高质量的土样,提高土工试验资料的准确性和可靠性,从而达到岩土工程勘察工作中对其重视的目的.     

湿陷性黄土钻孔和探井土样天然重度指标的试验分析

通过对山西晋中地区的湿陷性黄土进行的钻孔、探井对比勘察试验,用相关性分析方法,得到了钻孔,探井土样天然重度的回归方程,解决了钻孔土样天然重度资料的合理使用问题。     

干旱区土建筑遗址冻融耐久性研究

在我国的西北地区,强烈冻融、风蚀等对性质脆弱的土建筑遗址安全构成极大威胁。研究了冻融循环对土遗址耐久性的影响。选择新疆交河故城原状生土试样和重塑土试样进行了冻融循环试验,监测冻融过程中的质量变化,并在冻融循环结束后进行了风洞试验和强度试验。冻融试验结果表明,在试样初始含水率较低的情况下,前5个冻融循环,试样经历了一个质量增大的过程;在随后的冻融过程中伴随着冻干和吸湿,原状试样质量的整体趋势是减小的,重塑样质量的变化趋势维持水平。随冻融循环次数增大,原状试样的微结构出现损伤,强度减小,风蚀量增大,即耐久性持续变差。相反,冻融循环初期,重塑样的强度有所增大,风蚀量减小,耐久性得到了提高;随着冻融循环的增加,重塑样的强度开始下降。重塑试样由于重塑过程中其结构受到破坏,强度弱化,冻融循环引起重塑土的“陈化”,愈合了土体的结构,但随着冻融进行,矿物颗粒的微结构损伤不断增大,试样的耐久性降低     

人工制备结构性土力学特性试验研究

通过对结构性土的研究可以掌握天然土受荷过程中的变形破损过程, 从而为考虑土结构性的结构物设计、地基加固等提供依据。本文尝试了一种简单可行的结构性土样的人工制备方法, 通过在原状土料中加入少量水泥和盐粒以形成颗粒间的胶结作用和大孔隙组构以模拟天然黏土的结构性。然后进行了室内压缩试验和不同胶结强度土样在排水和不排水条件下的三轴剪切试验,分析结构性土样的力学特性,以探讨结构性土的破损过程和变形机理。