取土方式對取土質(zhì)量差異研究

田 偉，肖雄丙，張宏明

（1.中石油工程技術(shù)研究院，天津 300451；2.中交第一航務工程勘察設(shè)計院有限公司，天津 300222）

取土方式對取土質(zhì)量差異研究

田 偉1，肖雄丙2，張宏明2

（1.中石油工程技術(shù)研究院，天津 300451；2.中交第一航務工程勘察設(shè)計院有限公司，天津 300222）

通過采用不同的取土方式對海口市東海岸某建設(shè)工程的粘性土采取土樣,探討了不同取土方式取土質(zhì)量的優(yōu)劣。結(jié)果表明：雙管單動取土器的取土質(zhì)量最優(yōu)，巖芯管的取土質(zhì)量最差。

雙管單動取土器；體積應變

引 言

為了采取合適的原狀土樣，取土器是最基本的取樣工具，而且取土器的設(shè)計和使用要根據(jù)取樣的地層確定，取土器選用是否合適直接關(guān)系到取土的質(zhì)量。本文主要探討取土方式對取土質(zhì)量的影響。

為了更好的研究取土方式對取土質(zhì)量的影響，本文依托海口市東海岸某人工島工程，分別采用回轉(zhuǎn)式雙管單動取土器、厚壁敞口取土器及海口當?shù)亟?jīng)常采用的巖芯管采取原狀土樣。采用的取土器參數(shù)見表1。

1 取土質(zhì)量的評價方法

1.1 依據(jù)土樣的物理力學參數(shù)

不同類型的取土器對土樣的擾動情況不同，造成室內(nèi)試驗的結(jié)果有一定的差異，因此可以通過對比這些數(shù)據(jù)的差異來判斷取土質(zhì)量的好壞。

表1 取土器技術(shù)參數(shù)

1.2 殘余孔隙水壓法

1.3 不排水模量對比法

Ladd與 Lambe[2]首先提出了擾動指標dλ的計算公式：

式中：［Eu］為理想土樣的不排水模量；E50為原狀土樣的不排水模量；［E50］為重塑土樣的不排水模量。

1.4 體積壓縮法

Schmertmann[3]提出了根據(jù)小荷載壓縮試驗的e-lgp曲線，分別測得“理想土樣”與完全擾動土樣的壓縮曲線插值，來評價土樣取土質(zhì)量的方法。擾動指標dλ的計算公式：

式中：eΔ 為在壓力作用下，理想壓縮曲線和實際壓縮曲線的孔隙比差值；0eΔ為理想壓縮曲線褐完全擾動曲線的孔隙比差值。

1.5 體積應變法

自重應力下的體積應變vε的表達式為：

式中：0e為土樣天然孔隙比；ve為加荷到自重應力時的孔隙比。

體積應變的值越大，土樣的擾動程度越大。根據(jù)土樣的擾動程度與體積應變值得關(guān)系進行分類的標準如表2。

表2 體積應變評價取土質(zhì)量標準

2 取土質(zhì)量的評價分析

本文根據(jù)海口某項目的室內(nèi)試驗成果評價土樣的取土質(zhì)量的好壞，采用的評價方法：1）土樣的物理力學參數(shù)；2）體積應變法。

2.1 工程地質(zhì)條件

本文所依托的海口市東海岸某人工島工程距海口市中心約12 km，東西長約8 km，南北寬0.5～1.6 km，本工程填海面積約716 hm2，護岸長度約23.97 km。

研究區(qū)內(nèi)第四系地層分布廣泛，主要為海相及濱海相沉積的軟土層、粘性土層與砂性土層。土層分布比較有規(guī)律，自上而下可劃分為4個大層和多個主要亞層：

第1大層：①1中砂、①2-1粉細砂、①2-2粉細砂、①3中砂；

第2大層：②1淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、淤泥質(zhì)粘土、淤泥、淤泥混砂、②2細砂；

第3大層：③1粉質(zhì)粘土、③3中粗砂、③4礫砂、③5圓礫、③6粘土；

第4大層：④1粘土、④2中粗砂、細砂夾層、④3粉質(zhì)粘土、④4粘土及粘性土混砂夾層等。

其中④1粘土呈堅硬狀，本文主要以該層為研究對象。

2.2 土樣物理力學參數(shù)對比分析取土質(zhì)量

本文通過分析不同取土器采取的土樣的含水率、孔隙比、快剪指標、三軸不固結(jié)不排水剪指標、壓縮系數(shù)及滲透系數(shù)等指標來探究不同取土方法對土樣取土質(zhì)量的影響情況。根據(jù)3種不同取土方式得到的土樣的物理力學指標統(tǒng)計結(jié)果，不同指標平均值對比見圖1～圖6。

圖1 孔隙比平均值對比

圖2 含水率平均值對比

圖3 三軸UU內(nèi)摩擦角平均值對比

圖4 快剪內(nèi)摩擦角平均值對比

圖5 垂直滲透系數(shù)平均值對比

圖6 壓縮系數(shù)平均值對比

上述數(shù)據(jù)及對比可以看出，由雙管單動取土器、厚壁敞口取土器及巖芯管取得的土樣，含水率、孔隙比、壓縮系數(shù)及垂直滲透系數(shù)平均值依次減小，而三軸UU內(nèi)摩擦角及快剪內(nèi)摩擦角則依次減小，物理及力學指標均向?qū)こ滩焕姆较蜃兓纱丝梢钥闯觯陨?種取土器的取土質(zhì)量是依次變差的。

2.3 體積應變法分析取土質(zhì)量

根據(jù)前文所述體積應變的計算方式，對不同取土方式得到的土樣的體積應變進行了計算及分類，具體分類結(jié)果見表3。

表3 不同取土方式土樣質(zhì)量對比

由表3可以看出，雙管單動取土器、厚壁敞口取土器及巖芯管所取得的土樣的質(zhì)量是依次變差的。

3 結(jié) 論

1）本文通過兩種評價方法對不同取土方式得到的土樣的土樣質(zhì)量進行了評判，這兩種評價方法得到的結(jié)論基本是一致的。

2）通過上面的分析比較，雙管單動取土器的取土質(zhì)量明顯優(yōu)于厚壁敞口取土器及巖芯管，故若有條件且經(jīng)濟條件允許的話，為了確保土樣的取土質(zhì)量，應該優(yōu)先選擇雙管單動取土器，這樣能保證試驗數(shù)據(jù)的可靠性與真實性。

[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

田偉（1984-），男，碩士研究生，主要從事港口工程地質(zhì)勘察工作。