原狀土樣擾動及原因分析

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

2、 3 0 0 1 2摘 要 ：本 文根 據(jù) 實際工作 經(jīng)驗 ，分析 了土樣擾 動的原 因。從 土所受的應 力發(fā) 生變化 ，導致土樣 結構和含水量產(chǎn) 生 變化 ，因而 出 現(xiàn) 了 擾 動。這對我們 對土樣擾 動的理解 ，有 了更深刻 的認識 ，具有一定的參考作 用。關鍵詞 ： 原狀土樣 ；擾動 ；應力狀 態(tài)；結構 ；含 水量 中圖分類號 ：P 6 4 2 ． I 】文獻標識碼 ： 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 土工試驗測定土的各項物理力學指標 ，目前仍 然是巖土工程勘察 中最重要 、最基本的指標之一。按 照 國家 標準 《 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)土樣的擾動程度 ，把土樣質量 等級劃分為 4 個等級 。 I 級土樣為不擾動土樣 ，可 以進行土類定名 ，測定土的含水量 、密度 、強度試 驗 、固結試驗 ；Ⅱ 級土樣為輕微擾動樣 ，可 以進行 土類定名 ，測定土的含水量 、密度 ； Ⅲ級土樣為顯 著擾動土樣 ， 可以進行土類定名 ， 測定土的含水量 ；而Ⅳ級土樣為完全擾動樣 ，只能是進行土類定名 。因此 ，只有 I 級不擾動土樣 ，才能進行強度試驗和 固結試 驗 ( 壓 縮試 驗

9、) 。目前 ，就我省實際情況而言 ，用土工試驗得到 的物性指標算 出來的地基土承載力 ， 比原位測試( 如 標 準貫 入試 驗 和靜 力 觸探試 驗 )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，這樣的結果是我們所不愿意接受的。其原 因當然很 多 ，筆者認為 ，最重要 的原因有兩條 ，一是土工試 驗的數(shù)據(jù)和原位測試的數(shù)據(jù)缺乏對 比，這方面的資 料總結不夠 ； 二是原狀 I

10、級土樣仍然存很嚴重的擾 動 ，沒有完全達到規(guī)范中 I 級土樣的質量要求。根 據(jù) 國家標 準 《 巖 土工 程 勘察 規(guī)范 》( G B 5 0 0 2 1 —2 0 0 1 ) 的規(guī)定 ： 不擾動的 I 級土樣 ，是指原位應力 狀態(tài)雖 已改變 ，但土的結構 、密度和含水量變化很 小 ，能滿 足室 內試驗 的各項要求 。但 這個很小 ，小到什么程度?并沒有具體的數(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慣不 同等多方面原因都直接影響原狀土樣采取時的的擾 動程度 。本文就取土過程談一談原狀土樣的擾動問 題 ，希望和同行們進行更深入的探討 。2 原狀土及擾 動 原狀土 ： 就是天然狀態(tài)下的土 ，具有天然的應 力狀態(tài) ，同時 ，土的結構 、 密度及含水量也都保持 天然狀態(tài) ，其物理力學性質是該土天然狀態(tài)下的具 體真實的反應 。擾動 ： 主要是指我們在取土樣過程中，破壞了 土的天然應力狀態(tài) ，從而改變 了土

12、的結構 、密度和 含水量 ，使土的物理力學性質發(fā)生了變化 ，化驗所 收稿 日期 ：2 0 1 0 — 0 5 — 2 3 ；修訂 日期 ：2 0 1 1 - 0 2 — 1 5作者簡介：胡儉春 ( 1 9 6 9 一 )，女 ， 吉 林通化人 ，吉林省 四平地質 工程勘察院工程師 第 l 期 胡儉春 等 ： 原狀土樣擾動及原 因分析 14 9力，使一定范圍以內的土有膨脹的趨勢。如果孔深 較大 ，卸荷過大 ，土的抗剪強度低 ，孑 L

13、底還會發(fā)生 涌 土 。當把 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 取土器內壁的摩擦力 取 土器 口的貫人 力 。取土器內壁和外壁的單位面積摩擦力 ，可看成 是圓錐靜 力觸 探的側壁摩 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 ，取土器長度越長 ， 摩 阻力越大 ，取土器 內頸越 小 ，摩阻力也就越大 ，摩 阻

14、力越大 ，對取土器的底 端以下 土的影響也就越大 ，如降低側摩阻力 ，可減 小取土器以下土的擾動。隨著進入取土器土樣長度的增大 ，取土器的側 摩阻力也在增 大 ，但增 大是有 限制的 ，當增大 到 取土器刃口的慣入力時 ，取土器 內的土樣就成為土 塞 ，土不在進入取土器 ，而土塞 向下向側邊擠壓 ，這樣土塞 以下的擾動范圍最大。當上提取土器時，取土器內外壁 的摩擦力方向與向下壓取土時力的方向正好相反。同時土樣底端 出現(xiàn) 了拉應力。當拉應

15、力小于土的抗剪強度時 ，土 樣就取不 出來 ，在取土器上提前 ，旋轉取土器 ，使 土樣底端扭斷 ，土樣就提上來了。在上提或旋轉取 土器時 ，土樣底端產(chǎn)生拉應力或扭剪應力 ，使靠近 取土器底端的部分土樣發(fā)生擾動 。從取土的全過程來分析 ，土樣頂部主要受鉆孑 L卸荷的擾動影響 ，當鉆孔深度大 ，孔 內水位低于地 下水位 ， 這種擾動是明顯的 ， 當取土器壓人土 中后 ，取土器以下的土在進人取土器前已經(jīng)預先受到附加 壓 力而壓縮 ，隨著進入取

16、土器土樣 長度的增長 ，土 的預 先壓 縮也 增 大 ，當上 提 取土 器 時 ，土樣 底端 部 分擾動最大 ， 可見 ， 土樣的頂端和底端 的擾動最大。根據(jù)原建設部綜合勘察研究設計院的相關資料 ，當 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，土樣在進入取 土器前所受到的附加壓應 力愈大 ，這種附加

17、壓應力達到一定值后 ，會使土的 結構發(fā)生破壞 。這種擾動 主要發(fā)生在土樣的下端。取 土器內壁摩擦力的大小對取土質量影響及大 ，減 少取土器內壁的摩擦力 ，在 同樣條件下 ，土樣 四周 的擾動將減小 ，這是采取高質量土樣的關鍵 。但是 內壁摩擦力的減小將 給土樣的上提帶來不利 ，要防 止土 樣提 不 上來 。土樣在地下原處處于原位應力狀態(tài) ，被取至地 表后 ，土 樣經(jīng) 受荷 作 用 而使 總 應力 變?yōu)?零 。從地 下 原位應力狀態(tài)變化

18、到總應力零 ，這一過程既應力釋 放 。而土工實驗是將應力釋放后土樣的應力狀態(tài)作 為試驗前的初始應力狀態(tài) 。土樣裝入儀器進行試驗 時 ， 其應力狀態(tài)再度發(fā)生變化 。但在實際工作中，地基土直接是 由地下原位應力狀態(tài)開始 ，隨著工程 進展而發(fā)生相應的應力狀態(tài)變化 ，中間并不經(jīng)過應 力釋放結段。而土樣的應力變化歷史對于測定土的 力學性質是有影 響的，應力發(fā)生變化 ，土樣體積亦 隨之發(fā)生 了變化 ，這樣 ，土樣結構也發(fā)生 了變化 ，土樣性質也發(fā)生

19、了變化 ，故可把應力釋放后有效應 力或孔隙水壓力 的改變量作為應力釋放引起土性質 變化的一種度量 ，應力釋放所 引起的土樣 的擾動 ，與土樣原位的垂直有效應力 、孔隙水壓力 、靜止側 壓力有關。土樣的各 向應力變化 ，應力釋放瞬間的 孔隙水壓力 ，隨著時間過程 ，經(jīng)過一定時間后 ，孔 隙水壓力逐漸消散 ，最終將趣近原位的初始孔隙水 壓 力 。通過分析取土 的全過程土中產(chǎn)生的附加應力 ，表 明土樣 的頂 、底端部分 擾動最 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 ，土樣在進入取土器前即已受 到壓縮 ，繼續(xù)壓人取土已沒有意義。合理的取土長 度與取土器 的類型尺寸及土類有關 ，降低 內壁摩擦 力是采取長的質量好的土樣的關鍵。應力釋放使土 樣的原位有效應力發(fā)生變化 。這種變化是不可避免 的，它對測定的土性參數(shù)是有影響的。土中的含水 量 ，在應力和壓力下 ，都會有變化的。4 小 結 ( 1 ) 通過上述分析 ，使我們清醒