[科普中國(guó)]-粘土取樣器

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(jì)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1。粘土取樣器，又稱(chēng)粘土取土器，用以在鉆孔中采集保持粘土原狀結(jié)構(gòu)的土樣的器具。

簡(jiǎn)介為研究地基土的工程性質(zhì)，需要從鉆孔中取樣原狀土樣，送到實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行土的各項(xiàng)物理力學(xué)性試驗(yàn)。試驗(yàn)數(shù)據(jù)的可靠性，關(guān)鍵一環(huán)是試驗(yàn)的土樣保持原狀結(jié)構(gòu)、密度與含水率。粘土取樣器，是一種保持土原狀結(jié)構(gòu)的器具，適用于軟土、可塑、硬塑粘性和老黃土。按壁厚可分為厚壁和薄壁，按形狀可分為敞口式和封閉式，按構(gòu)造又可將前者(敞口式)細(xì)分為球閥式、活閥式、回轉(zhuǎn)壓入式和氣壓式，后者(封閉式)分類(lèi)為自由活塞式和固定活塞式。外形為圓筒形，常用薄壁式，優(yōu)點(diǎn)為對(duì)土樣擾動(dòng)小，宜用于進(jìn)行重度、強(qiáng)度和變形參數(shù)試驗(yàn)。

取土技術(shù)為取到高質(zhì)量的不擾動(dòng)土，要采用一套正確的取土技術(shù)：鉆進(jìn)方法，軟土最好采用泥漿循環(huán)回轉(zhuǎn)法；可塑-堅(jiān)硬的粘性土，如采用沖擊法，取土前的鉆進(jìn)進(jìn)尺不得超過(guò)0.3m，黃土取土前必須清孔；取土方法：壓人法優(yōu)于擊入法，擊入法應(yīng)用重錘少擊法取樣，黃土用快速壓入法或重錘—擊法；包裝和保存，使用鍍鋅鐵皮襯筒裝樣時(shí)，兩端加蓋不允許壓迫土柱，蠟封要全面保證質(zhì)量，避免日曬，注意防凍，包裝用專(zhuān)用土樣箱要卡緊、防震。對(duì)一些軟土、飽和粉性土，如會(huì)產(chǎn)生水土分離現(xiàn)象時(shí)，宜進(jìn)行工地試驗(yàn)，土樣應(yīng)在一周內(nèi)運(yùn)抵實(shí)驗(yàn)室，三周內(nèi)開(kāi)土試驗(yàn)。

薄壁取土器薄壁取土器是軟粘土層的最佳取樣工具，已列人我國(guó)規(guī)范并逐步推廣。眾所周知，影響土樣質(zhì)量的因素很多，取土器的結(jié)構(gòu)及取樣操作過(guò)程對(duì)土樣質(zhì)量影響很大。如果取土過(guò)程操作不合理，即使取土器的規(guī)格和技術(shù)參數(shù)等方面符合要求，也不可能取出高質(zhì)量的土樣。要想取出擾動(dòng)較少的土樣，首先要正確選用取土器。薄壁取土器主要有四種：敞口式、自由活塞式、固定活塞式和水壓式。

敞口式取土器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便。取土器由取樣頭和薄壁管組成，主要結(jié)構(gòu)為一單向球閥。壓人取土器時(shí)，殘土和漿液沿單向閥排出口排出。為防止快速壓人取土器時(shí)，由于排出口過(guò)小而形成背壓壓縮土樣，出口的面積必須足夠大。美國(guó)ASTM標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定最小出口面積為3.9平方厘米，取土器頭部的兩個(gè)溢流孔最小直徑為9mm，由于孔底有殘留，球閥部分常常被淤泥堵塞或夾砂，因此取樣主要靠管壁摩阻。而土樣往往容易移動(dòng)和脫落。

定活塞式薄璧取土器，這種取土器是國(guó)際上應(yīng)用最廣泛的軟土取土器，由于增加了活塞錐卡機(jī)構(gòu)，克服了敞口式易掉樣的缺點(diǎn)，取樣率高，取樣質(zhì)量好。結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：取土管內(nèi)的活塞桿一直連到地面并固定錐卡機(jī)構(gòu)使活塞桿只能向上運(yùn)動(dòng)，向下鎖緊。取樣時(shí)，通過(guò)鉆桿把取土管壓人土中，由于活塞固定了，活塞.與土樣間產(chǎn)生真空，保證了土樣采取率，但操作麻煩。

自由活塞式取土器，這種取土器除了沒(méi)有活塞桿延伸至地表連接固定部分外，結(jié)構(gòu)與固定式完全相同。操作簡(jiǎn)單。然而這種取土器開(kāi)始下人后，不能準(zhǔn)確地掌握活塞的位置，取土器壓入時(shí)，活塞被其帶動(dòng)下移，有可能擠壓管內(nèi)土樣。

水壓式薄壁取土器，水壓式取土器有上下兩個(gè)活塞，上活塞與薄壁筒相連，在薄壁筒外還有一個(gè)套筒，即上活塞缸套。當(dāng)水壓由鉆桿通至上活塞時(shí)，將活塞壓下，帶動(dòng)薄壁筒壓入土中。它與固定式取土器不同，即不需連接拉桿，壓入不需鉆桿傳遞，所以避免了鉆桿受壓彎曲的斜向力造成的土樣擾動(dòng)。因此適用于深部取樣，國(guó)外最深達(dá)250m。此外，該取土器無(wú)雙鉆桿，減少了輔助時(shí)間，但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，安裝，拆卸也較麻煩。從結(jié)構(gòu)上講，此取土器設(shè)計(jì)是很合理的，取樣質(zhì)量好2。

粘土由直徑小于0.0039 (重結(jié)晶后小于0.01) mm的粘土 礦物組成的土狀沉積物。經(jīng)外生沉 積作用或鋁硅酸鹽類(lèi)巖石長(zhǎng)期風(fēng)化 而形成，也有屬于低溫?zé)嵋簩?duì)圍巖 蝕變而產(chǎn)生。組成除粘土礦物外，也 含石英、長(zhǎng)石、云母等碎屑礦物及菱 鐵礦、石膏等自生非粘土礦物。主 要特征是與水拌合后有粘性，干燥 后能保持原狀，焙燒后具堅(jiān)硬性。某 些粘土還具有高耐火度、強(qiáng)塑性、吸 水性、膨脹性和吸附性。按可塑性， 可分為軟質(zhì)粘土和硬質(zhì)粘土; 按成 因，可分為殘余粘土(原生粘土)和 次生粘土。粘土在力學(xué)上具有不穩(wěn) 定性，如強(qiáng)度低、易碎、易崩解等，在 工程建設(shè)、地形變測(cè)量標(biāo)志場(chǎng)地的 選址中必須加以考慮。

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

王強(qiáng) - 副教授 - 西南大學(xué)