新型黃土試驗(yàn)環(huán)刀取樣裝置可行性研究

董蘭亭

[摘 要]近一兩年國(guó)家大力發(fā)展中西部鐵路建設(shè)，山西、陜西、內(nèi)蒙地區(qū)上覆地層都是以新黃土為主。新黃土的主要特征是濕陷性。黃土是第四系以來(lái)在干旱及半干旱地區(qū)形成的一種特殊土，天然黃土受水浸后，在上部自重應(yīng)力或附加應(yīng)力的作用下會(huì)產(chǎn)生急劇或顯著的下沉，這種現(xiàn)象稱為濕陷性。黃土濕陷性的評(píng)價(jià)是靠試驗(yàn)室提供的濕陷系數(shù)判定。黃土取樣的成功率直接影響著試驗(yàn)成果的可靠性。

[關(guān)鍵詞]黃土；取樣裝置；濕陷性；環(huán)刀；

中圖分類(lèi)號(hào)：TU413.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2018）03-0096-01

一、黃土濕陷性試驗(yàn)工作常規(guī)取樣過(guò)程

首先在環(huán)刀內(nèi)壁涂一薄層凡士林，刀刃向下放在土樣上，將環(huán)刀垂直下壓，并用修土刀沿環(huán)刀外側(cè)切削土樣，邊壓邊削至土樣高出環(huán)刀，采用鋼絲鋸或修土刀整平環(huán)刀上端土樣，擦凈環(huán)刀外壁；用玻璃片按順序沿環(huán)刀下端口覆蓋于環(huán)刀上面；玻璃片蓋好后，利用托板斜插入環(huán)刀正下方，插入過(guò)程中托板與環(huán)刀之間有一定距離間隔；利用托板將環(huán)刀反轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)過(guò)程中用手將玻璃片固定，使砂土樣不沿環(huán)刀下端口漏出；利用鋼絲鋸或修土刀將反轉(zhuǎn)后的土樣削平，至此原狀砂土樣制備完成，土樣完全無(wú)擾動(dòng)；其總體工藝簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)單，適用性強(qiáng)：

1、自2011年以來(lái)我院承擔(dān)的晉、陜、蒙地區(qū)主要以黃土區(qū)域地層分布的勘察項(xiàng)目較多，通過(guò)試驗(yàn)室成果資料檢查和相關(guān)專業(yè)意見(jiàn)反饋，認(rèn)為當(dāng)前黃土濕陷性試驗(yàn)的成功率不是很高，地質(zhì)人員經(jīng)常抱怨試驗(yàn)室沒(méi)有提供足夠可用的濕陷性指標(biāo)。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，我們選擇典型項(xiàng)目進(jìn)行了調(diào)查統(tǒng)計(jì)。（如下表1）

通過(guò)調(diào)查分析黃土試驗(yàn)試驗(yàn)成功率僅為85%，而我們知道黃土濕陷性試驗(yàn)的操作步驟和一般粘性土固結(jié)試驗(yàn)的的操作步驟基本相同，一般粘性土樣室內(nèi)固結(jié)試驗(yàn)的成功率在98%以上，這么低的成功率意味著每取10組樣品就有將近兩組樣品不能完成濕陷性固結(jié)試樣，那么這種問(wèn)題是由于樣品自身問(wèn)題還是試驗(yàn)操作問(wèn)題造成的呢？帶著這個(gè)問(wèn)題，我們通過(guò)詳細(xì)調(diào)研查明了問(wèn)題的主要原因：

原因一：黃土一般為多年風(fēng)積形成，具有低含水率和較大的孔隙，地面以下較淺層黃土膠結(jié)不密實(shí)，開(kāi)樣易散，造成樣品報(bào)廢，深層黃土堅(jiān)硬但豎向裂隙發(fā)育，往往在取環(huán)刀壓入時(shí)整體開(kāi)裂破壞。

原因二：要克服上述問(wèn)題，必須在開(kāi)樣時(shí)對(duì)土樣狀態(tài)進(jìn)行保護(hù)，但多年來(lái)土工試驗(yàn)室對(duì)黃土環(huán)刀取樣一直采用鋼絲鋸、削土刀、刮平刀等簡(jiǎn)易開(kāi)土工具進(jìn)行環(huán)刀取樣，沒(méi)有有效的措施或工具裝置對(duì)樣品進(jìn)行保護(hù)。

2、帶著這個(gè)想法我們又進(jìn)行了多方位的調(diào)查，包括對(duì)社會(huì)上其它試驗(yàn)室是否存在相同問(wèn)題及解決手段，相關(guān)的專利產(chǎn)品以及有沒(méi)有相同功能的產(chǎn)品等。

調(diào)查結(jié)論是其它試驗(yàn)室與我們遇到的問(wèn)題基本一致，都沒(méi)有很好的手段，通過(guò)網(wǎng)上調(diào)查查詢發(fā)現(xiàn)目前市面上只有針對(duì)地下水位以上的軟土有采樣工具，且只適合外業(yè)地表土樣，不符合工程地質(zhì)勘察試驗(yàn)要求。

二、新型黃土取環(huán)刀設(shè)備使用情況進(jìn)行分析

1、新型取樣器見(jiàn)附圖

（見(jiàn)圖1）

2、使用前和使用后對(duì)黃土取樣的成功率進(jìn)行對(duì)比。

附表；（見(jiàn)表2）

我們?cè)谟悬S土濕陷性試驗(yàn)的項(xiàng)目中進(jìn)行了實(shí)際測(cè)試，測(cè)試結(jié)果達(dá)到并超過(guò)了我們的預(yù)期目標(biāo)，通過(guò)使用本裝置，使得黃土濕陷性取樣的成功率提高到97%，與常規(guī)粘性土樣98%的試驗(yàn)成功率已經(jīng)非常接近.

2.效果測(cè)試二：使用前和使用后對(duì)黃土濕陷性的試驗(yàn)工作效率的影響。

我們通過(guò)對(duì)試驗(yàn)人員使用本裝置前取一個(gè)樣品環(huán)刀所用的時(shí)間與使用裝置后所用的時(shí)間進(jìn)行統(tǒng)計(jì)對(duì)比，按一個(gè)黃土樣做雙線法試驗(yàn)需要取兩個(gè)環(huán)刀來(lái)計(jì)算，通過(guò)使用本裝置，由以前的8分鐘縮短到6分鐘，節(jié)省了環(huán)刀取樣工作時(shí)間。

3、 土樣的密度準(zhǔn)確率能達(dá)到 98%

總結(jié)：（見(jiàn)表3）

a.黃土環(huán)刀取樣器的使用明顯的提高了取樣的成功率，保證了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的完整性和準(zhǔn)確性。也進(jìn)一步提高了工作效率，減輕了工作負(fù)擔(dān)。

b.黃土濕陷性試驗(yàn)環(huán)刀取樣裝置不僅適用于表層松散黃土環(huán)刀取樣，同樣還適用于原狀砂層、流塑狀和硬塑狀態(tài)黏性土以及全風(fēng)化泥巖等，具有非常廣泛的適用性，如能解決原狀砂樣的環(huán)刀取樣問(wèn)題，那么外業(yè)鉆探則不必采用取砂器，僅此一點(diǎn)，即可節(jié)省大量的鉆探消耗，并能提高勘察質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

1.《鐵路工程土工試驗(yàn)規(guī)程》TB10102-2004；

2.《土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》GB/T50123-1999；

3.《土的工程分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)》GB/T50145-2007；

4.《鐵路工程地質(zhì)勘察規(guī)范》TB10012-2007endprint