取土方式对取土质量差异研究

田 伟，肖雄丙，张宏明

（1.中石油工程技术研究院，天津 300451；2.中交第一航务工程勘察设计院有限公司，天津 300222）

取土方式对取土质量差异研究

田 伟1，肖雄丙2，张宏明2

（1.中石油工程技术研究院，天津 300451；2.中交第一航务工程勘察设计院有限公司，天津 300222）

通过采用不同的取土方式对海口市东海岸某建设工程的粘性土采取土样,探讨了不同取土方式取土质量的优劣。结果表明：双管单动取土器的取土质量最优，岩芯管的取土质量最差。

双管单动取土器；体积应变

引 言

为了采取合适的原状土样，取土器是最基本的取样工具，而且取土器的设计和使用要根据取样的地层确定，取土器选用是否合适直接关系到取土的质量。本文主要探讨取土方式对取土质量的影响。

为了更好的研究取土方式对取土质量的影响，本文依托海口市东海岸某人工岛工程，分别采用回转式双管单动取土器、厚壁敞口取土器及海口当地经常采用的岩芯管采取原状土样。采用的取土器参数见表1。

1 取土质量的评价方法

1.1 依据土样的物理力学参数

不同类型的取土器对土样的扰动情况不同，造成室内试验的结果有一定的差异，因此可以通过对比这些数据的差异来判断取土质量的好坏。

表1 取土器技术参数

1.2 残余孔隙水压法

1.3 不排水模量对比法

Ladd与 Lambe[2]首先提出了扰动指标dλ的计算公式：

式中：［Eu］为理想土样的不排水模量；E50为原状土样的不排水模量；［E50］为重塑土样的不排水模量。

1.4 体积压缩法

Schmertmann[3]提出了根据小荷载压缩试验的e-lgp曲线，分别测得“理想土样”与完全扰动土样的压缩曲线插值，来评价土样取土质量的方法。扰动指标dλ的计算公式：

式中：eΔ 为在压力作用下，理想压缩曲线和实际压缩曲线的孔隙比差值；0eΔ为理想压缩曲线褐完全扰动曲线的孔隙比差值。

1.5 体积应变法

自重应力下的体积应变vε的表达式为：

式中：0e为土样天然孔隙比；ve为加荷到自重应力时的孔隙比。

体积应变的值越大，土样的扰动程度越大。根据土样的扰动程度与体积应变值得关系进行分类的标准如表2。

表2 体积应变评价取土质量标准

2 取土质量的评价分析

本文根据海口某项目的室内试验成果评价土样的取土质量的好坏，采用的评价方法：1）土样的物理力学参数；2）体积应变法。

2.1 工程地质条件

本文所依托的海口市东海岸某人工岛工程距海口市中心约12 km，东西长约8 km，南北宽0.5～1.6 km，本工程填海面积约716 hm2，护岸长度约23.97 km。

研究区内第四系地层分布广泛，主要为海相及滨海相沉积的软土层、粘性土层与砂性土层。土层分布比较有规律，自上而下可划分为4个大层和多个主要亚层：

第1大层：①1中砂、①2-1粉细砂、①2-2粉细砂、①3中砂；

第2大层：②1淤泥质粉质粘土、淤泥质粘土、淤泥、淤泥混砂、②2细砂；

第3大层：③1粉质粘土、③3中粗砂、③4砾砂、③5圆砾、③6粘土；

第4大层：④1粘土、④2中粗砂、细砂夹层、④3粉质粘土、④4粘土及粘性土混砂夹层等。

其中④1粘土呈坚硬状，本文主要以该层为研究对象。

2.2 土样物理力学参数对比分析取土质量

本文通过分析不同取土器采取的土样的含水率、孔隙比、快剪指标、三轴不固结不排水剪指标、压缩系数及渗透系数等指标来探究不同取土方法对土样取土质量的影响情况。根据3种不同取土方式得到的土样的物理力学指标统计结果，不同指标平均值对比见图1～图6。

图1 孔隙比平均值对比

图2 含水率平均值对比

图3 三轴UU内摩擦角平均值对比

图4 快剪内摩擦角平均值对比

图5 垂直渗透系数平均值对比

图6 压缩系数平均值对比

上述数据及对比可以看出，由双管单动取土器、厚壁敞口取土器及岩芯管取得的土样，含水率、孔隙比、压缩系数及垂直渗透系数平均值依次减小，而三轴UU内摩擦角及快剪内摩擦角则依次减小，物理及力学指标均向对工程不利的方向变化，由此可以看出，以上3种取土器的取土质量是依次变差的。

2.3 体积应变法分析取土质量

根据前文所述体积应变的计算方式，对不同取土方式得到的土样的体积应变进行了计算及分类，具体分类结果见表3。

表3 不同取土方式土样质量对比

由表3可以看出，双管单动取土器、厚壁敞口取土器及岩芯管所取得的土样的质量是依次变差的。

3 结 论

1）本文通过两种评价方法对不同取土方式得到的土样的土样质量进行了评判，这两种评价方法得到的结论基本是一致的。

2）通过上面的分析比较，双管单动取土器的取土质量明显优于厚壁敞口取土器及岩芯管，故若有条件且经济条件允许的话，为了确保土样的取土质量，应该优先选择双管单动取土器，这样能保证试验数据的可靠性与真实性。

[1]Hvorslev M J.Subsurface exploration and sampling of soil for civil engineering purpose [J].Vicksburg Mississippi,1949.

[2]Laddcc,Lambetw.The strength of undisturbed clay determind from undrained test [J].Astmstp,1963.

[3]Schmertmann J H.Estimating the true consolidation behavior of clay from laboratory test results [J].Proc ASCE,1953.

Impact of Different Soil Sampling Modes on Soil Quality

Tian Wei1,Xiao Xiongbing2,Zhang Hongming2
(1.CNPC Research Institute of Engineering Technology,Tianjin 300451,China; 2.CCCC First Harbor Consultants Co.,Ltd.,Tianjin 300222,China)

Different soil sampling modes are adopted to collect clay soil samples from the site of Haikou east coast construction project,and a discussion is made for the quality of soil samples by different sampling modes.The results show that the best soil sample comes from double-tube swivel sampler,and the worst from core tube.

double-tube swivel sampler; bulk strain

TU412

：A

：1004-9592（2016）06-0099-03

10.16403/j.cnki.ggjs20160625

2015-12-16

田伟（1984-），男，硕士研究生，主要从事港口工程地质勘察工作。