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原状土样的概念及取土的方法

钻探工程是地质勘探工作获取实物地质资料（土样、岩矿样、水样和气样等）的重要手段。国家投入大量资金进行钻探工作，不仅要求提高钻进效率，更重要的是保证其采取样品的质量，这些样品的质量直接影响着工程地质调查、地质构造判断、矿产资源评价、水文地质调查，以及提交矿产储量的准确性与可靠性。因此，如何从钻孔中取全、取准可靠的实物地质资料是本专业的关键技术之一。水样和气样的采取比较特殊，本章重点介绍土样和岩矿样的采取。
工程地质钻探的主要任务之一是在岩土层中采取岩心或原状土试样。在采取试样过程中应该保持试样的天然结构，如果试样的天然结构受到破坏，便称为"扰动样"。扰动样在工程地质勘查中是不容许的，除非明确说明另有所用，否则此扰动样作废。天然结构的原状试样有岩心试样和土试样。岩心试样的天然结构一般不易破坏，而土试样却很容易被扰动。
按照取样方法和试验目的，岩土工程勘查规范对土试样的扰动程度分为如下的质量等级：
Ⅰ级--不扰动，可进行土类定名、含水量、密度、强度参数、变形参数、固结压密参数试验。
Ⅱ级--轻微扰动，可进行土类定名、含水量、密度试验。
Ⅲ级--显著扰动，可进行土类定名、含水量试验。
Ⅳ级--完全扰动，可用于土类定名。
在钻孔取样时，用薄壁取土器采取的土样定为Ⅰ～Ⅱ级；用中厚壁或厚壁取土器采得的土样定为Ⅱ～Ⅲ级；用标准贯入器、螺旋钻头或岩心钻头所采得的粘性土、粉土、砂土和软岩试样皆定为Ⅲ～Ⅳ级。
二、取土的方法
1.压入法
压入法（图7-1）分为连续压入法和断续压入法两种。前者是用滑轮组合装置将取土器一次快速地压入地层中，适用于较软土层中的取样；后者是将取土器分二次或多次压入地层中。
2.击入法
击入法一般适用于较硬与坚硬的土层取样，分为孔外击入法和孔内击入法两种。
孔外击入法（图7-2）是在地表用吊锤打击钻杆上的打箍，将取土器击入地层中。孔内击入法（图73）是在孔内用重锤打击圆柱形定向器，将取土器击入地层中。孔内击入法结构简单，操作方便，取土效率高，土样拢动小，故一般常采用该法。
3.回转击入法
采取坚硬土层中的土样或岩样时，若上述取土方法无法采取，可采用机械回转钻进用的回转压入式取土器（双层取样器）。若须在岩层中采取原状样品时，可在岩心钻探的岩心中直接挑选原状样品。

图7-1压入法
1-钢丝绳；2-钻杆；3-固定滑轮；4-底梁；5-取土器
图7-2孔外击入法
1-吊锤2-打箍3-钻杆;4-取土器

图
7-2
孔外击入法

1-
吊锤；
2-
打箍；
3-
钻杆；
4-
取土器

图
7-3
孔内击入法

1-
钢丝绳；
2-
重锤；
3-
穿心杆；
4-
圆柱形定向器；
5-
钻杆；
6-
取土器

图
7-4
取土器部分尺寸符号

取土器的基本技术参数

1.
直径

取土器的内外径尺寸（图
7-4
）是否合理，关系到土样的质量。若直径过小取上来的是扰动土样，若
过大则给施工带来不便。设计取土器直径时，一般应考虑下列因素：

(1)
取土方法取土时土样与取土筒内壁产生摩擦，而造成土样边缘扰动，此扰动的宽度与取土方法
有关。采用压入法或击入法扰动带宽度一般在
10mm
左右。

(2)
土层性质扰动带的宽度与土层性质有关，对于软土、黄土等易于扰动的土层，宜采用直径较大
的取土器；反之，对于砂性土等扰动小的土层，可采用直径较小的取土器。

(3)
配合环刀直径目前土试验所用环刀直径有：
61.5mm
、
64mm
和
80mm
几种，土样直径除去扰动带宽
度，还应稍大于环刀直径。

2.
面积比（
Ar
）

面积比，系指取土器最大断面与土样断面之比的百分数。

（
7-1
）

式中：
Dw--
取土器管靴外径，
mm
；
De--
取土器管靴内径，
mm
。

面积比越小，则土样所受的扰动程度就越小，要使面积比小，关键是减少取土器壁厚，但取土器太薄
容易产生变形或破裂。目前常用的取土器面积比是根据土样种类而选用的。对一般粘性土和老粘性土可
选用面积比小于
30%
，壁厚小于
6mm
的对开式取土器；而软粘土可选用面积比小于
20%
，壁厚为
3
～
4mm
的取土器。

3.
内间距比（
Ci
）

内间距比即取土筒内径与刃口处内径之差对刃口处内径之比的百分数。

内间距比是取土器内侧与土
样间摩擦力的标志，摩擦力的作用使土样周围发生扰动，

并阻止土样进入。故内间距比过小，将造成
扰动宽度增加，若内间距比过大，摩擦力小，提取时，土样容易由土样筒内脱落。

（
7-2
）

式中：
Ds--
取土筒内径，
mm
。

实践证明，在软粘土中取土器的内间距比以
0.5%
～
1.0%
为宜；一般粘性土以
1.0%
～
1.5%
为宜；老粘
性土以
1.3