沿海软粘土取土质量的对比分析

本文在简要介绍固定活塞式薄壁取土器取土技术基础上，详尽分析了在连云港、赤湾港和广深路所进行的软粘土取土技术对比试验结果。试验结果表明，土样扰动对于室内所测定的力学性指标影响极大，但对物理性指标影响不大。研究结果还有力地证明，只要操作正确，采用薄壁取土器能取得高质量土样，而采用敞口式厚壁取土器取出的土样扰动较大。     

取 土 器 的 合 理 选 用 与 改 进

介绍了为提高土样的质量，针对不同的土层选择合理技术参数的取土器及其管靴刃口形式的局部改进。     

几种取土器的比较试验

工业与民用建筑物工程地质勘测经常使用取土器采取原状土试样作室内分析。国内已普遍采用各种现场原位测试,但土工试验仍然是不可缺少的勘测手段之一。取土器的质量直接影响土试样的扰动程度以及试验成果的准确性和可靠性。国内外这方面的资料很少。衡量取土器质量应该用什么数据,口径大小及取土方法对土试样结构扰动的影响程度,取土时土样内     

不同取样直径下软土物理力学特性室内对比试验分析

以宁波市轨道交通4号线岩土工程勘察项目为依托,采用软土地区目前普遍使用的敞口薄壁取土器,对两种不同直径取样器（75、100 mm）下采取的软土开展了室内对比试验。基于室内对比试验结果,分析了两种取样直径下软土物理力学性质指标取值的差异性及其产生机理;采用附加体积应变法对两种直径下土样的扰动程度进行了分析评价。结果表明：与直径100 mm的取土器相比,直径75 mm取土器获得的土样含水量、孔隙比有一定程度降低,降低幅度均为9%;密度、压缩模量及抗剪强度指标有一定幅度的增加,增加幅度2%～21%;土样的体积应变均值分别为6.4%、6.6%,扰动程度评价均为很大;大直径取土器获得的土样较小直径土样更接近于软土实际性状。     

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。     

取样扰动对土天然强度指标的影响和处理方法

通过对润杨大桥北锚碇粘性土和砂性土进行不固结不排水、等向固结不排水、K0固结不排水三轴剪切对比试验,探讨了土样扰动对土的天然强度指标的影响和恢复土样原始应力状态的预处理方法,并对直径不同取土器所取土样的强度指标进行了对比分析.     

复杂地层实施振动沉管灌注桩的取土器及取土工艺

介绍了在振动沉管灌注桩施工硬粘土、砂、砂卵石等复杂地层中研制使用的几种取土器结构、取土工艺流程、取土(砂、砂卵石)原理，并对其进行了评价，还探讨了取土器取土(砂)对单桩承载力的影响问题。     

原状土样质量的影响因素和质量保证措施

原状土样质量在工程勘察中是极为重要的。本文论述了原状土样质量的影响因素和保证原状土样质量的措施，包括合理选择取土器、取样方法、钻进方法、取样操作以及土样封装、保存和运输等问题。     

简易活塞取土器

简易活塞取土器(见图)本身结构极其简单,与固定活塞取土器相比,在操作上能节省很多烦琐的步骤,彻底革除了固定活塞取土器的防滑器,只用一个取土器接头,和两半     

新型双管取心钻具及其在软土地层中的应用

宁波河姆渡—田螺山遗址科学钻探要求采取无扰动原状土样,由于宁波地区特殊的地层岩性,采用传统的厚壁取土器及薄壁取土器均难以达到试验要求。为此,研发了新型双管取心钻具,同时改进泥浆工艺。应用证明提高了岩心采取率,大幅减少对原状土扰动,取得高质量岩土样;新型双管取心钻具,采用PVC内管和单向阀、大出水口钻头和高出刃切削片,具有高效、高性价比和操作性强等优点。     

CBJ-10型冲击取样钻机的研制与应用

与常规的槽探和回转钻进相比,利用冲击钻探方法进行地质土壤取样具有取心效率高、取样质量高、对环境破坏小等优点。 为此研制了一种轻便型的冲击取样钻机。通过对冲击原理分析,钻具设计以及拔管器结构分析计算,经过多次设计验证,并在2次现场试用的基础上,进行了不断改进。实践证明该钻机取样效率高,土壤原状保持程度好,能满足高质量土壤取样施工的技术要求。     

双出口旋流取样器在RC钻探试验中的应用

反循环取样（RC）钻探是钻探技术的又一次技术革命,以其高效率、低成本、高适应性在西方国家得到了广泛应用。近年来,RC钻探在我国也越来越得到重视,应用越来越多。采样工艺是RC钻探的重要组成部分,国外在这方面比较先进,而我国采样工艺相对简单落后。双出口旋流取样器是对单出口旋流取样器的改进,在单出口的基础上增加了一个出口及阀门,阀门为两个出口共用,开启一个的同时关闭另一个。通过阀门的开关实现两个出口轮流接样,避免了连续进尺情况下的样品遗漏,减少了取样过程中粉尘外溢造成的污染。通过在卡拉塔格整装勘查区RC钻探试验中的应用,证明了它在防止样品遗漏、减少环境污染及便利取样操作方面有很大优越性。     

海洋沉积地层多功能取样钻具研制

目前,海洋钻探取心主要采用提钻或绳索打捞的方式获取岩心。随着对取心质量和采取率要求越来越高,再加上海底沉积层变化多样,单一的取样器具已经不能满足当前的取样需要。为此,本文研制了一种海洋沉积地层多功能取样钻具,能够根据海底地层性质,开展低扰动、高品质的取样操作。通过海洋钻进取样试验表明,针对海底的淤泥、粘土及砂质地层,超前取样钻具、液压剪切取样钻具和半合管取样钻具能够有效获取海底的沉积层岩样,平均采取率为73.34%。研制的多功能取样钻具采用超前取样和液压压入取样技术,降低了对沉积物岩心的扰动,提升了岩心品质和采取率,为下一步的工程化应用奠定了基础。     

钻探工艺,取土方法与取土器结构对勘探质量和不扰动土样取土质量的影响

本文通过对比试验和生产实践的总结,分析了钻探工艺、取土方法和取土器结构对勘探质量和不扰动土样取土质量的影响,并提出了保证勘探、原状取土、标准贯入试验质量的一些具体设想和方法。     

Numerical analysis of sampling disturbances in clay soils

In this paper, an insight is provided into the quality of soil samples during the penetration of soil samplers. An updated Lagrangian finite element formulation with the second Piola–Kirchhoff stress rate (the Truesdell stress increment) to account for the large deformation behaviour near the sampling tube is used to determine the mechanical disturbances to a soft clay. The penetration of the sampler is simulated by splitting a group of nodes ahead of the penetration route up to a sufficient depth and applying incremental displacements to match the geometric configuration of the sampling tube. Consolidation effect is included to account for the rate of penetration. Thin-layer elements are added at the inside wall of the sampling tube to model the soil–sampler interface. The numerical results show that the central core of the sample is subjected to three distinct stages of vertical strain history, compression–extension–recompression, with the primary irrecoverable disturbances due to the compression stage ahead of the sampler. The degree of disturbance for a frictionless sampler was found to be constant after a penetration depth of 75 per cent of the sample tube diameter, while for a frictional sampler the degree of disturbances keeps increasing as the penetration proceeds. The results of a parametric study to determine the influence on sampling disturbances due to the rate of penetration, the thickness and the tip angle of the sample tube and sampler type are also presented.     

不同取样方法下饱和软土物理力学性状对比试验分析

不同取样方法获得的同一饱和软土的物理力学指标存在一定的差异。以软土地区轨道交通岩土工程勘察项目为依托,采用岩芯管包样、厚壁取土器、敞口薄壁取土器等3种取样方法,对采取的软土土样开展室内对比试验。基于室内试验成果,从物理力学性质角度对比分析了3种取样方法下同一指标之间的规律性及差异性;在对试验成果综合分析的基础上,结合不同取样方法下饱和软土结构组成变化,对指标差异性的内在机理进行相关分析。结果表明:包样和厚壁样的物理性质指标基本一致,抗剪强度指标高于薄壁样2.1%~20.3%;与薄壁样相比,包样和厚壁样的含水量、孔隙比有所降低,降低幅度均为10%左右,密度有小幅度增大,幅度约为3%,抗剪强度指标有所提高,提高幅度6.9%~68.3%;取样方法引发饱和软土固、液组成成分的所占比例的变化是导致其物理力学性质指标产生差异的根本原因。     

Economic Sampling and Extraction of Undisturbed,High Quality Samples in Normally Consolidated Lacustrine Clays Using a Large Diameter Tube

This paper describes the development, design and use of a large diameter sampling tube. High quality test specimens are essential for the investigation of mechanical properties of a soil for high risk projects and when complex and expensive testing methods are to be used. Block sampling is recommended to give the highest sample quality for clayey soils, however, extracting blocks of normally consolidated lacustrine silty clay without excessive disturbance was challenging due to the inherent structure of the soft varved silty clay and difficulty in maintaining K_o conditions, as well as no vertical strain, in the sample. A new sample tube, with an inner diameter of 196 mm, an area ratio of 4% and an outer cutting-edge angle of 11° was designed to offer a larger cross sectional area than conventional thin walled sampling tubes, to provide the necessary side support and to prevent water ingress at the sides of the sample. The length-diameter aspect ratio was 1.275 to optimise the amount of clay sampled for subsequent testing and in an attempt to minimize the pressure in front of the tube. Samples were taken in initially newly excavated trenches at a depth of c. 1 m with this new sampler and with conventionally sampled soil specimens, prior to the main testing programme with samples from 6 m depth. A comparative study was then performed including preliminary unconsolidated unconfined compression tests followed by anisotropically consolidated undrained triaxial compression tests. It was important to establish whether this approach had led to an improvement in sample quality prior to embarking on an extensive triaxial stress path testing programme on this varved soil (Messerklinger, Non-linearity and small strain behaviour in lacustrine clay, 2006; Messerklinger and Springman, Geotech Test J 30(6), 2007; Messerklinger and Springman, Geotech Geol J, 2008). The results showed that the undrained shear strength of the specimens from the new sampler was consistently around 20% higher than that of specimens extruded from conventional thin walled tube samplers. This confirmed that samples with a significantly higher quality could be extracted from normally consolidated, fine grained, varved lacustrine deposits with this large diameter ‘block’ sampling tube.     

气体推动式地下流体取样技术的室内验证

获取高质量的地下流体样品对于二氧化碳地质利用与封存(CCUS)场地的CO₂泄漏监测具有重要意义。基于气体推动原理的地下流体取样器具有取样精度高、地层扰动小、易与井下监测技术集成从而实现地下流体原位连续监测等多方面优势,已广泛应用于多个CCUS场地中。然而,在实际应用中取样器存在取样量不稳定、受地下水水位波动影响大等问题。为解决上述关键问题,作者研发并搭建一套模拟井筒内地下流体取样可视化实验装置,通过开展不同液面高度下地下流体的取样实验,探究气体推动式取样器的取样过程及取样机制。实验结果显示：气体推动式取样技术在取样过程对井筒内液体无干扰,证明具有被动取样的特点,对环境影响程度低。取样量大小主要取决于井筒内液面高度和储流容器大小,可通过液面高度及管路尺寸精确计算得出理论取样量。不同液面高度下实际取样量与理论计算量基本一致,其误差随液面高度的增加而降低,最大误差小于6.6%。取样时间与平均取样速率主要取决于注气压力,并与注气压力呈现幂函数关系,拟合相关系数大于99%。上述实验结果将有助于进一步理解气体推动式取样器的取样机理,对于取样器结构优化以及指导现场取样效果具有重...     

用于海底振动取样钻进的振动器设计理论与实践

与地表振动钻进相比,在海底振动钻进过程中,存在海水的阻尼及海水参与振动等问题。采用简化的力学模型并用修正系数考虑了海底振动钻进的特殊工况,对影响振动钻进效果的振动器振动参数进行了全面分析,并设计了一种适合于在水深500m以浅的海底土层进行振动取样钻进的振动器。