原狀土樣擾動(dòng)及原因分析

1、第 3 0 卷 第 l 期 2 0 1 1 年0 3 月 吉 林 地 質(zhì) J I LI N G EO LO GY Vb 1 ． 3 0No。 1文章編號(hào) ：1 0 0 1 — 2 4 2 7( 2 0 1 1) O 1—1 4 7— 4原狀土樣擾動(dòng)及原因分析 胡儉春’ ，曲振貴’ ，李曉峰’ ，張永 中1 ． 吉林省 四平 地質(zhì)工程勘察 院 ，吉林 四平 1 3 6 0 0 1 ； 2 ． 吉林 省水文地質(zhì)調(diào) 查所 ，吉林 長(zhǎng)春 1

2、 3 0 0 1 2摘 要 ：本 文根 據(jù) 實(shí)際工作 經(jīng)驗(yàn) ，分析 了土樣擾 動(dòng)的原 因。從 土所受的應(yīng) 力發(fā) 生變化 ，導(dǎo)致土樣 結(jié)構(gòu)和含水量產(chǎn) 生 變化 ，因而 出 現(xiàn) 了 擾 動(dòng)。這對(duì)我們 對(duì)土樣擾 動(dòng)的理解 ，有 了更深刻 的認(rèn)識(shí) ，具有一定的參考作 用。關(guān)鍵詞 ： 原狀土樣 ；擾動(dòng) ；應(yīng)力狀 態(tài)；結(jié)構(gòu) ；含 水量 中圖分類號(hào) ：P 6 4 2 ． I 】文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 ： AAn a l y s i so fu n d i s t

3、 u r be ds o i ld i s t u r ba n c ea n di t sc a u s e sHUJ i a n ． c h u n， Q U． Z h e n ． g u i， L IXi a o — f e n g， Z HA NGY o n g — z h o n gi ． S i p i n gG e o l o g i cE n g i n e e r i n gI n s t i t u t eo f J

4、 i l i nP r o v i n c e , S i p t n g1 3 6 0 0 1 ． J i l i n ． C h i n a ；2 ． H y d r o g e o l o g i c a lS u r v e yo f J i l i nP r o v i n c eC h a n g c h u n1 3 0 0 1 2 , J i l i n ， C h n aAb s t r a c t ： Ac c o

5、r d i n gt op r a c t i c a lwo r ke x p e r i e n c e ， a n a l y z e dt h ec a u s e so fs o i ld i s t u r b a n c e ， t h ec h a n g e so ft h es t r e s sl e a dt ot h ec h a n g e so fs o i ls t r u c t u r ea n dw

6、a t e rc o n t e n t ， a n dl e a dt oad i s t u r b a n c e ． Th i si so u ru n d e r s t a n d i n go fs o i ld i s t u r b a n c e ；i ti Sc o n d u c i v et oma k ef ut h e rwo r k ．K e ywo r d s ： u n d i s t u r b e

7、 ds o i ls a mp l e ； d i s t ur b a n c e ； s t r e s ss t a t e ； s t r u c t ur e ； wa t e rc o n t e n t1 概 述 土工試驗(yàn)測(cè)定土的各項(xiàng)物理力學(xué)指標(biāo) ，目前仍 然是巖土工程勘察 中最重要 、最基本的指標(biāo)之一。按 照 國(guó)家 標(biāo)準(zhǔn) 《 巖 土工 程 勘察 規(guī) 范 》 ( G B 5 0 0 2 1 ．2 0 0 1 )的規(guī)定 ，根

8、據(jù)土樣的擾動(dòng)程度 ，把土樣質(zhì)量 等級(jí)劃分為 4 個(gè)等級(jí) 。 I 級(jí)土樣為不擾動(dòng)土樣 ，可 以進(jìn)行土類定名 ，測(cè)定土的含水量 、密度 、強(qiáng)度試 驗(yàn) 、固結(jié)試驗(yàn) ；Ⅱ 級(jí)土樣為輕微擾動(dòng)樣 ，可 以進(jìn)行 土類定名 ，測(cè)定土的含水量 、密度 ； Ⅲ級(jí)土樣為顯 著擾動(dòng)土樣 ， 可以進(jìn)行土類定名 ， 測(cè)定土的含水量 ；而Ⅳ級(jí)土樣為完全擾動(dòng)樣 ，只能是進(jìn)行土類定名 。因此 ，只有 I 級(jí)不擾動(dòng)土樣 ，才能進(jìn)行強(qiáng)度試驗(yàn)和 固結(jié)試 驗(yàn) ( 壓 縮試 驗(yàn)

9、) 。目前 ，就我省實(shí)際情況而言 ，用土工試驗(yàn)得到 的物性指標(biāo)算 出來(lái)的地基土承載力 ， 比原位測(cè)試( 如 標(biāo) 準(zhǔn)貫 入試 驗(yàn) 和靜 力 觸探試 驗(yàn) )所得 的 承載 力 ，一 般 都高 出 3 0～7 0k P a ，多者高 出 1 0 0k P a 以上，這樣的結(jié)果是我們所不愿意接受的。其原 因當(dāng)然很 多 ，筆者認(rèn)為 ，最重要 的原因有兩條 ，一是土工試 驗(yàn)的數(shù)據(jù)和原位測(cè)試的數(shù)據(jù)缺乏對(duì) 比，這方面的資 料總結(jié)不夠 ； 二是原狀 I

10、級(jí)土樣仍然存很嚴(yán)重的擾 動(dòng) ，沒(méi)有完全達(dá)到規(guī)范中 I 級(jí)土樣的質(zhì)量要求。根 據(jù) 國(guó)家標(biāo) 準(zhǔn) 《 巖 土工 程 勘察 規(guī)范 》( G B 5 0 0 2 1 —2 0 0 1 ) 的規(guī)定 ： 不擾動(dòng)的 I 級(jí)土樣 ，是指原位應(yīng)力 狀態(tài)雖 已改變 ，但土的結(jié)構(gòu) 、密度和含水量變化很 小 ，能滿 足室 內(nèi)試驗(yàn) 的各項(xiàng)要求 。但 這個(gè)很小 ，小到什么程度?并沒(méi)有具體的數(shù)量的規(guī)定 ，很難把 握 ，也不易控制。由于野外的工作條件不 同和取土 工具不

11、同 ，以及操作的熟練成度不同和工作習(xí)慣不 同等多方面原因都直接影響原狀土樣采取時(shí)的的擾 動(dòng)程度 。本文就取土過(guò)程談一談原狀土樣的擾動(dòng)問(wèn) 題 ，希望和同行們進(jìn)行更深入的探討 。2 原狀土及擾 動(dòng) 原狀土 ： 就是天然狀態(tài)下的土 ，具有天然的應(yīng) 力狀態(tài) ，同時(shí) ，土的結(jié)構(gòu) 、 密度及含水量也都保持 天然狀態(tài) ，其物理力學(xué)性質(zhì)是該土天然狀態(tài)下的具 體真實(shí)的反應(yīng) 。擾動(dòng) ： 主要是指我們?cè)谌⊥翗舆^(guò)程中，破壞了 土的天然應(yīng)力狀態(tài) ，從而改變 了土

12、的結(jié)構(gòu) 、密度和 含水量 ，使土的物理力學(xué)性質(zhì)發(fā)生了變化 ，化驗(yàn)所 收稿 日期 ：2 0 1 0 — 0 5 — 2 3 ；修訂 日期 ：2 0 1 1 - 0 2 — 1 5作者簡(jiǎn)介：胡儉春 ( 1 9 6 9 一 )，女 ， 吉 林通化人 ，吉林省 四平地質(zhì) 工程勘察院工程師 第 l 期 胡儉春 等 ： 原狀土樣擾動(dòng)及原 因分析 14 9力，使一定范圍以內(nèi)的土有膨脹的趨勢(shì)。如果孔深 較大 ，卸荷過(guò)大 ，土的抗剪強(qiáng)度低 ，孑 L

13、底還會(huì)發(fā)生 涌 土 。當(dāng)把 取土器壓人孑 L 底土 中 ，作用 于土體 的力 有 ： 取土器外壁的摩擦力 取土器內(nèi)壁的摩擦力 取 土器 口的貫人 力 。取土器內(nèi)壁和外壁的單位面積摩擦力 ，可看成 是圓錐靜 力觸 探的側(cè)壁摩 阻力 ，取 土器刃 口的貫 人阻力可看成是 圓錐靜力觸探的錐尖阻力。進(jìn)人取 土器的圓柱土樣 已不再與周 圍土體成為一連續(xù)體介 質(zhì) ，取土器長(zhǎng)度越長(zhǎng) ， 摩 阻力越大 ，取土器 內(nèi)頸越 小 ，摩阻力也就越大 ，摩 阻

14、力越大 ，對(duì)取土器的底 端以下 土的影響也就越大 ，如降低側(cè)摩阻力 ，可減 小取土器以下土的擾動(dòng)。隨著進(jìn)入取土器土樣長(zhǎng)度的增大 ，取土器的側(cè) 摩阻力也在增 大 ，但增 大是有 限制的 ，當(dāng)增大 到 取土器刃口的慣入力時(shí) ，取土器 內(nèi)的土樣就成為土 塞 ，土不在進(jìn)入取土器 ，而土塞 向下向側(cè)邊擠壓 ，這樣土塞 以下的擾動(dòng)范圍最大。當(dāng)上提取土器時(shí)，取土器內(nèi)外壁 的摩擦力方向與向下壓取土?xí)r力的方向正好相反。同時(shí)土樣底端 出現(xiàn) 了拉應(yīng)力。當(dāng)拉應(yīng)

15、力小于土的抗剪強(qiáng)度時(shí) ，土 樣就取不 出來(lái) ，在取土器上提前 ，旋轉(zhuǎn)取土器 ，使 土樣底端扭斷 ，土樣就提上來(lái)了。在上提或旋轉(zhuǎn)取 土器時(shí) ，土樣底端產(chǎn)生拉應(yīng)力或扭剪應(yīng)力 ，使靠近 取土器底端的部分土樣發(fā)生擾動(dòng) 。從取土的全過(guò)程來(lái)分析 ，土樣頂部主要受鉆孑 L卸荷的擾動(dòng)影響 ，當(dāng)鉆孔深度大 ，孔 內(nèi)水位低于地 下水位 ， 這種擾動(dòng)是明顯的 ， 當(dāng)取土器壓人土 中后 ，取土器以下的土在進(jìn)人取土器前已經(jīng)預(yù)先受到附加 壓 力而壓縮 ，隨著進(jìn)入取

16、土器土樣 長(zhǎng)度的增長(zhǎng) ，土 的預(yù) 先壓 縮也 增 大 ，當(dāng)上 提 取土 器 時(shí) ，土樣 底端 部 分?jǐn)_動(dòng)最大 ， 可見(jiàn) ， 土樣的頂端和底端 的擾動(dòng)最大。根據(jù)原建設(shè)部綜合勘察研究設(shè)計(jì)院的相關(guān)資料 ，當(dāng) 取土器 直徑 由 5 0m i I 1 變?yōu)?1 O 0m m ， ，上部 受拉范 圍 由 l 2 ． 5 0c m變 為 2 4 ． O 0c m，取 土器直 徑愈小 ，壁厚愈大，土樣在進(jìn)入取 土器前所受到的附加壓應(yīng) 力愈大 ，這種附加

17、壓應(yīng)力達(dá)到一定值后 ，會(huì)使土的 結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞 。這種擾動(dòng) 主要發(fā)生在土樣的下端。取 土器內(nèi)壁摩擦力的大小對(duì)取土質(zhì)量影響及大 ，減 少取土器內(nèi)壁的摩擦力 ，在 同樣條件下 ，土樣 四周 的擾動(dòng)將減小 ，這是采取高質(zhì)量土樣的關(guān)鍵 。但是 內(nèi)壁摩擦力的減小將 給土樣的上提帶來(lái)不利 ，要防 止土 樣提 不 上來(lái) 。土樣在地下原處處于原位應(yīng)力狀態(tài) ，被取至地 表后 ，土 樣經(jīng) 受荷 作 用 而使 總 應(yīng)力 變?yōu)?零 。從地 下 原位應(yīng)力狀態(tài)變化

18、到總應(yīng)力零 ，這一過(guò)程既應(yīng)力釋 放 。而土工實(shí)驗(yàn)是將應(yīng)力釋放后土樣的應(yīng)力狀態(tài)作 為試驗(yàn)前的初始應(yīng)力狀態(tài) 。土樣裝入儀器進(jìn)行試驗(yàn) 時(shí) ， 其應(yīng)力狀態(tài)再度發(fā)生變化 。但在實(shí)際工作中，地基土直接是 由地下原位應(yīng)力狀態(tài)開(kāi)始 ，隨著工程 進(jìn)展而發(fā)生相應(yīng)的應(yīng)力狀態(tài)變化 ，中間并不經(jīng)過(guò)應(yīng) 力釋放結(jié)段。而土樣的應(yīng)力變化歷史對(duì)于測(cè)定土的 力學(xué)性質(zhì)是有影 響的，應(yīng)力發(fā)生變化 ，土樣體積亦 隨之發(fā)生 了變化 ，這樣 ，土樣結(jié)構(gòu)也發(fā)生 了變化 ，土樣性質(zhì)也發(fā)生

19、了變化 ，故可把應(yīng)力釋放后有效應(yīng) 力或孔隙水壓力 的改變量作為應(yīng)力釋放引起土性質(zhì) 變化的一種度量 ，應(yīng)力釋放所 引起的土樣 的擾動(dòng) ，與土樣原位的垂直有效應(yīng)力 、孔隙水壓力 、靜止側(cè) 壓力有關(guān)。土樣的各 向應(yīng)力變化 ，應(yīng)力釋放瞬間的 孔隙水壓力 ，隨著時(shí)間過(guò)程 ，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間后 ，孔 隙水壓力逐漸消散 ，最終將趣近原位的初始孔隙水 壓 力 。通過(guò)分析取土 的全過(guò)程土中產(chǎn)生的附加應(yīng)力 ，表 明土樣 的頂 、底端部分 擾動(dòng)最 大。頂部受清孔

20、 卸荷影 響的范圍約為取土器直徑 的 2 ． 5 倍。取土器 壓人土 中一定深度后 ，土樣在進(jìn)入取土器前即已受 到壓縮 ，繼續(xù)壓人取土已沒(méi)有意義。合理的取土長(zhǎng) 度與取土器 的類型尺寸及土類有關(guān) ，降低 內(nèi)壁摩擦 力是采取長(zhǎng)的質(zhì)量好的土樣的關(guān)鍵。應(yīng)力釋放使土 樣的原位有效應(yīng)力發(fā)生變化 。這種變化是不可避免 的，它對(duì)測(cè)定的土性參數(shù)是有影響的。土中的含水 量 ，在應(yīng)力和壓力下 ，都會(huì)有變化的。4 小 結(jié) ( 1 ) 通過(guò)上述分析 ，使我們清醒