水压式与敞口式薄壁取土器的对比

王晓峰 王玮瑜

1.大连理工大学土木建筑设计研究院有限公司；2.大连外国语大学

本文通过工程实例，对水压式与敞口式薄壁取土器采取的77 组海相黏性土对比样的26 项试验指标进行了统计与对比，对比结果：（1）天然状态土的物理指标与界限含水率、压缩试验等12 项常规试验指标，以及固结系数、三轴固结不排水试验等6 项试验指标基本一致；（2）快剪指标增大50%；固结快剪黏聚力减小10%，内摩擦角增大20%；（3）先期固结压力增大20%；无侧限抗压强度增大30%；（4）渗透系数降低60%。

1 引言

在岩土工程勘察成果报告中，土的物理力学指标的可靠性，首先取决于土样的质量，土样质量按被扰动程度共分为四个等级，详见表1。

表1 土样质量分级

土样采取工作是保障勘察成果质量的重要环节。在实际勘探工作中，必须根据试验项目要求，选择取土器，采取相应级别的土样。对于软土地层，只有采用薄壁取土器才能采取到Ⅰ级原状土样，才能满足试验项目要求。

所谓薄壁取土器，就是内径为75mm～100mm、面积比不大于10%（内间隙比为0）或面积比为10%～13%（内间隙比为0.5～1.0）的无衬管取土器。

目前国内采用的薄壁取土器主要有四种类型，各种类型的薄壁取土器适用的土类详见表2。

本文对水压式与敞口式薄壁取土器采取的对比试样的试验指标分别进行统计，并对统计指标进行了对比分析。其结果揭示了两种薄壁取土器采取的样品试验指标之间的量化关系。本方面的研究成果，目前，在国内尚未见报道，具有十分重要的学术价值。

2 工程实例

基于实际工程需要，我公司在大连长兴岛葫芦山湾海域，中石油的某项岩土工程勘察中，上部海相沉积的黏性土层（包括淤泥质土、粉质黏土、黏土）需采用薄壁取土器采取Ⅰ级原状土样。在取土器的选择上，我们以前一直采用敞口式薄壁取土器，这次为了提高试验指标的可靠性，选用了水压式薄壁取土器采取土样与敞口式薄壁取土器土样试验指标进行对比，为最终薄壁取土器的选择提供依据。

对比样采集

在本勘察场地选定了部分取样钻孔，一对一地分别采用敞口式薄壁取土器与水压式薄壁取土器采取土样做为对比样，采取过程如下：

首先采用敞口式薄壁取土器，按勘察技术要求采取原状土样。然后再在本钻孔附近（距原钻孔1.0～2.0m）处重新布置取样钻孔，采用水压活塞式薄壁取土器采取对比土样。对比土样取样深度与编号相对应。如敞口式土样编号为H01-03，则水压式对比样编号为H01-03B，取样深度都是6.30m。按上述方法共采集了95 组对比土样。

表2 薄壁取土器的适宜性

表3 敞口式与水压活塞式试验指标对比表

续表3 敞口式与水压活塞式试验指标对比表

试验指标的统计与对比

（1）样本选取

上述95 组对比样，由于土层中局部夹粉土、粉砂、含砾石及贝壳碎屑等因素，部分对比样土质不均匀，导致对比样在1m～2m 之内具有较大的变异性。突出表现特征是二者的压缩模量差别极大。根据工程场地实际地层岩性特征，以压缩模量为特征指标，对试验指标中的非代表性的数据采用Grubbs 准则进行粗差判别。判别结果，其中有18 组对比样试验数据超过粗差判别标准，做为粗差数据被剔除。试验指标统计样本按对比样一一对应原则，最终选择了77 组对比样进行统计分析。

（2）指标的统计与对比

最终选取的77 组对比样，包括淤泥质土、粉质黏土、黏土。由于成因相同，工程特性指标接近，为了充分体现两种取土器样品试验指标的综合差异，对试验指标按取土器分组分别进行统计，以统计平均值为对比指标进行对比。采用对比试验指标26 项，其中天然状态土的物理指标、界限含水率、压缩试验等常规试验指标12 项，快剪等其它非常规试验指标14 项。敞口式与水压活塞式薄壁取土器样品试验指标对比，详见表3。

3 结语

根据上述工程实例，采用水压式薄壁取土器与敞口式薄壁取土器，分别采取的对比样试验指标的对比结果如下：

（1）天然状态土的物理指标含水率、密度、土粒比重、孔隙比、饱和度，界限含水率指标液限、塑限、塑性指数、液性指数，压缩试验指标压缩系数、压缩模量等12 项常规试验指标基本一致；

（2）快剪黏聚力与内摩擦角均增大50%；固结快剪黏聚力减小10%，内摩擦角增大20%；

（3）三轴固结不排水试验指标、固结系数试验指标基本一致；

（4）先期固结压力增大20%，无侧限抗压强度增大30%；

（5）垂直渗透系数与水平渗透系数均降低60%。

本对比资料来之不易，十分珍贵，对比结果供业界同行参考借鉴。