水壓式與敞口式薄壁取土器的對比

王曉峰 王瑋瑜

1.大連理工大學(xué)土木建筑設(shè)計研究院有限公司；2.大連外國語大學(xué)

本文通過工程實例，對水壓式與敞口式薄壁取土器采取的77 組海相黏性土對比樣的26 項試驗指標(biāo)進(jìn)行了統(tǒng)計與對比，對比結(jié)果：（1）天然狀態(tài)土的物理指標(biāo)與界限含水率、壓縮試驗等12 項常規(guī)試驗指標(biāo)，以及固結(jié)系數(shù)、三軸固結(jié)不排水試驗等6 項試驗指標(biāo)基本一致；（2）快剪指標(biāo)增大50%；固結(jié)快剪黏聚力減小10%，內(nèi)摩擦角增大20%；（3）先期固結(jié)壓力增大20%；無側(cè)限抗壓強度增大30%；（4）滲透系數(shù)降低60%。

1 引言

在巖土工程勘察成果報告中，土的物理力學(xué)指標(biāo)的可靠性，首先取決于土樣的質(zhì)量，土樣質(zhì)量按被擾動程度共分為四個等級，詳見表1。

表1 土樣質(zhì)量分級

土樣采取工作是保障勘察成果質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。在實際勘探工作中，必須根據(jù)試驗項目要求，選擇取土器，采取相應(yīng)級別的土樣。對于軟土地層，只有采用薄壁取土器才能采取到Ⅰ級原狀土樣，才能滿足試驗項目要求。

所謂薄壁取土器，就是內(nèi)徑為75mm～100mm、面積比不大于10%（內(nèi)間隙比為0）或面積比為10%～13%（內(nèi)間隙比為0.5～1.0）的無襯管取土器。

目前國內(nèi)采用的薄壁取土器主要有四種類型，各種類型的薄壁取土器適用的土類詳見表2。

本文對水壓式與敞口式薄壁取土器采取的對比試樣的試驗指標(biāo)分別進(jìn)行統(tǒng)計，并對統(tǒng)計指標(biāo)進(jìn)行了對比分析。其結(jié)果揭示了兩種薄壁取土器采取的樣品試驗指標(biāo)之間的量化關(guān)系。本方面的研究成果，目前，在國內(nèi)尚未見報道，具有十分重要的學(xué)術(shù)價值。

2 工程實例

基于實際工程需要，我公司在大連長興島葫蘆山灣海域，中石油的某項巖土工程勘察中，上部海相沉積的黏性土層（包括淤泥質(zhì)土、粉質(zhì)黏土、黏土）需采用薄壁取土器采取Ⅰ級原狀土樣。在取土器的選擇上，我們以前一直采用敞口式薄壁取土器，這次為了提高試驗指標(biāo)的可靠性，選用了水壓式薄壁取土器采取土樣與敞口式薄壁取土器土樣試驗指標(biāo)進(jìn)行對比，為最終薄壁取土器的選擇提供依據(jù)。

對比樣采集

在本勘察場地選定了部分取樣鉆孔，一對一地分別采用敞口式薄壁取土器與水壓式薄壁取土器采取土樣做為對比樣，采取過程如下：

首先采用敞口式薄壁取土器，按勘察技術(shù)要求采取原狀土樣。然后再在本鉆孔附近（距原鉆孔1.0～2.0m）處重新布置取樣鉆孔，采用水壓活塞式薄壁取土器采取對比土樣。對比土樣取樣深度與編號相對應(yīng)。如敞口式土樣編號為H01-03，則水壓式對比樣編號為H01-03B，取樣深度都是6.30m。按上述方法共采集了95 組對比土樣。

表2 薄壁取土器的適宜性

表3 敞口式與水壓活塞式試驗指標(biāo)對比表

續(xù)表3 敞口式與水壓活塞式試驗指標(biāo)對比表

試驗指標(biāo)的統(tǒng)計與對比

（1）樣本選取

上述95 組對比樣，由于土層中局部夾粉土、粉砂、含礫石及貝殼碎屑等因素，部分對比樣土質(zhì)不均勻，導(dǎo)致對比樣在1m～2m 之內(nèi)具有較大的變異性。突出表現(xiàn)特征是二者的壓縮模量差別極大。根據(jù)工程場地實際地層巖性特征，以壓縮模量為特征指標(biāo)，對試驗指標(biāo)中的非代表性的數(shù)據(jù)采用Grubbs 準(zhǔn)則進(jìn)行粗差判別。判別結(jié)果，其中有18 組對比樣試驗數(shù)據(jù)超過粗差判別標(biāo)準(zhǔn)，做為粗差數(shù)據(jù)被剔除。試驗指標(biāo)統(tǒng)計樣本按對比樣一一對應(yīng)原則，最終選擇了77 組對比樣進(jìn)行統(tǒng)計分析。

（2）指標(biāo)的統(tǒng)計與對比

最終選取的77 組對比樣，包括淤泥質(zhì)土、粉質(zhì)黏土、黏土。由于成因相同，工程特性指標(biāo)接近，為了充分體現(xiàn)兩種取土器樣品試驗指標(biāo)的綜合差異，對試驗指標(biāo)按取土器分組分別進(jìn)行統(tǒng)計，以統(tǒng)計平均值為對比指標(biāo)進(jìn)行對比。采用對比試驗指標(biāo)26 項，其中天然狀態(tài)土的物理指標(biāo)、界限含水率、壓縮試驗等常規(guī)試驗指標(biāo)12 項，快剪等其它非常規(guī)試驗指標(biāo)14 項。敞口式與水壓活塞式薄壁取土器樣品試驗指標(biāo)對比，詳見表3。

3 結(jié)語

根據(jù)上述工程實例，采用水壓式薄壁取土器與敞口式薄壁取土器，分別采取的對比樣試驗指標(biāo)的對比結(jié)果如下：

（1）天然狀態(tài)土的物理指標(biāo)含水率、密度、土粒比重、孔隙比、飽和度，界限含水率指標(biāo)液限、塑限、塑性指數(shù)、液性指數(shù)，壓縮試驗指標(biāo)壓縮系數(shù)、壓縮模量等12 項常規(guī)試驗指標(biāo)基本一致；

（2）快剪黏聚力與內(nèi)摩擦角均增大50%；固結(jié)快剪黏聚力減小10%，內(nèi)摩擦角增大20%；

（3）三軸固結(jié)不排水試驗指標(biāo)、固結(jié)系數(shù)試驗指標(biāo)基本一致；

（4）先期固結(jié)壓力增大20%，無側(cè)限抗壓強度增大30%；

（5）垂直滲透系數(shù)與水平滲透系數(shù)均降低60%。

本對比資料來之不易，十分珍貴，對比結(jié)果供業(yè)界同行參考借鑒。