原位测试和实验室试验
获得工程地质设计和施工参数,定量评价工程地质条件和工程地质问题的手段,是工程地质勘察的组成部分。室内试验包括:岩、土体样品的物理性质、水理性质和力学性质参数的测定。现场原位测试包括:触探试验、承压板载荷试验、原位直剪试验以及地应力量测等(见岩土试验、工程地质力学模拟)。
设计建筑物规模较小,或大型建筑物的早期设计阶段,且易于取得岩、土体试样的情况下,往往采用实验室试验。但室内试验试样小,缺乏代表性,且难以保持天然结构。所以,为重要建筑物的初步设计至施工图设计提供上述各种参数,必须在现场对有代表性的天然结构的大型试样或对含水层进行测试。要获取液态软粘土、疏松含水细砂、强裂隙化岩体之类的、不能得到原状结构试样的岩土体的物理力学参数,必须进行现场原位测试。
工程地质钻探可根据岩土破碎的方式,将钻进的方法分为以下四种:
冲击钻进
冲击钻进法采用底部圆环状钻头。钻进时将钻具提升到一定高度,利用钻具自重,迅猛放落,钻具在下落时产生冲击动能,冲击孔底岩土层,使岩土层达到破碎之目的而加深钻孔。
回转钻进
回转钻进法采用底部嵌焊有硬质合金的圆环状钻头进行钻进。钻进中施加钻压,使钻头在回转中切入岩土层,达到加深钻孔的目的。在土质地层中钻进,有时为有效地完整地揭露标准地层,还可以采用勺形钻钻头进行钻进。
冲击-回转钻进
冲击-回转钻进综合了前两种钻进方法在地层钻进中的优点,以达到提高钻进效率的目的。其工作原理是:在钻进过程中,钻头克取岩石时,施加一定的动力,对岩石产生冲击作用,使岩石的破碎速度加快,破坏粒度比回转剪切粒度增大。同时由于冲击力的作用使硬质合金刻入岩石深度增加,在回转中将岩石剪切掉。这样就大大提高了钻进的效率。
冲击-回转-振动钻进
冲击-回转-振动钻进综合了前三种钻进方法在地层钻进中的优点,以达到提高钻进效率的目的。采用机械动力所产生的振动力,通过连接杆和钻具传到圆筒形钻头周围土中。由于震动器高速振动的结果,圆筒钻头依靠钻具和振动器的重量使得土层更容易被切削钻进,切钻进速度较快。
造成土试样扰动有三个原因:
一是外界条件引起的土试样的扰动,如钻进工艺、钻具选用、钻压、钻速、取土方法选择等。若在选用上不够合理时,都能造成其土质的天然结构被破坏。
二是采样过程造成的土体中应力条件发生了改变,引起图样内的质点间的相对位置位移和组织结构的变化,甚至出现质点间的原由粘聚力的破坏。
三是采取土样时,需用取土器采取。但不论采用何种取土器,它都有一定的壁厚、长度和面积。当切如土层时,会使土样产生一定的压缩变形。壁愈厚所排开土体愈多,其变形量愈大,这就造成土样更大的扰动。
从上述可见,所谓原状土试样实际上都不可避免地遭到了不同程度的扰动。为此,在采取土试样过程中,应力求减小对试样的扰动,要尽力排除各种可能增大扰动量的因素。
按照取样方法和试验目的,岩土工程勘察规范对土试样的扰动程度分成如下的质量等级:
一级—不扰动,可进行试验项目有:土类定义、含水量、密度、强度系数、变形参数、固结压密系数。
二级—轻微扰动,可进行的试验项目有:土类定义、含水量、密度。
三级—显著扰动,可进行的试验项目有:土类定义、含水量。
四级—完全扰动,可进行的试验项目有:土类定义。
在钻孔取样时,采用薄壁取土器所采得的土样定为一~二级;
对于采用中厚壁或厚壁取土器所采得的土样定为二~三级;
对于采用标准贯入器、螺纹钻头或岩芯钻头所采得的粘性土、粉土、砂土和软岩的试样皆定义为三~四级。
从上可见,为取得一级质量的土试样,普遍采用薄壁取土器来采取,以满足土工试验全部的物理力学参数的正确获得。
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