9.4 岩土试样的采取

9.4.1 本条改变了过去将土试样简单划分为“原状土样”和“扰动土样”的习惯，而按可供试验项目将土试样分为四个级别。绝对不扰动的土样从理论上说是无法取得的。因此Hvorslev将“能满足所有室内试验要求，能用以近似测定土的原位强度、固结、渗透以及其他物理性质指标的土样”定义为“不扰动土样”。但是，在实际工作中并不一定要求一个试样做所有的试验，而不同试验项目对土样扰动的敏感程度是不同的。因此可以针对不同的试验目的来划分土试样的质量等级。采取不同级别土试样花费的代价差别很大。按本条规定可根据试验内容选定试样等级。
    土试样扰动程度的鉴定有多种方法，大致可分以下几类：
    1. 现场外观检查 观察土样是否完整，有无缺陷，取样管或衬管是否挤扁、弯曲、卷折等；
    2. 测定回收率 按照Hvonlev的定义，回收率为L/H；H为取样时取土器贯入孔底以下土层的深度，L为土样长度，可取土试样毛长，而不必是净长，即可从土试样顶端算至取土器刃口，下部如有脱落可不扣除；回收率等于0.98左右是最理想的，大于1.0或小于0.95是土样受扰动的标志；取样回收率可在现场测定，但使用敞口式取土器时，测定有一定的困难；
    3. X射线检验 可发现裂纹、空洞、粗粒包裹体等；
    4. 室内试验评价 由于土的力学参数对试样的扰动十分敏感，土样受扰动的程度可以通过力学性质试验结果反映出来；最常见的方法有两种：
    1)根据应力应变关系评定 随着土试样扰动程度增加，破坏应变ε_i增加，峰值应力降低，应力应变关系曲线线型趋缓。根据国际土力学基础工程学会取样分会汇集的资料，不同地区对不扰动土试样作不排水压缩试验得出的破坏应变值ε_i分别是：加拿大黏土1％；南斯拉夫黏土1.5％， 日本海相黏土6％；法国黏性土3％~8％；新加坡海相黏土2％~5％；如果测得的破坏应变值大于上述特征值，该土样即可认为是受扰动的；
    2)根据压缩曲线特征评定 定义扰动指数I_D=(△e₀/△e_m)，式中△e₀为原位孔隙比与土样在先期固结压力处孔隙比的差值，△e_m为原位孔隙比与重塑土在上述压力处孔隙比的差值。如果先期固结压力未能确定，可改用体积应变ε_v作为评定指标；

ε_v=△V/V=△e/（1+e₀）

式中e₀为土样的初始孔隙比，△e为加荷至自重压力时的孔隙比变化量。
    近年来，我国沿海地区进行了一些取样研究，采用上述指标评定的标准见表9.1。

表9.1 评价土试样扰动程度的参考标准

    应当指出，上述指标的特征值不仅取决于土试样的扰动程度，而且与土的自身特性和试验方法有关，故不可能提出一个统一的衡量标准，各地应按照本地区的经验参考使用上述方法和数据。

    一般而言，事后检验把关并不是保证土试样质量的积极措施。对土试样作质量分级的指导思想是强调事先的质量控制，即对采取某一级别土试样所必须使用的设备和操作条件做出严格的规定。

9.4.2 正文表9.4.2中所列各种取土器大都是国外常见的取土器。按壁厚可分为薄壁和厚壁两类，按进入土层的方式可分为贯入和回转两类。
    薄壁取土器壁厚仅1.25～2.00mm，取样扰动小，质量高， 但因壁薄，不能在硬和密实的土层中使用。按其结构形式有以下几种：
    1. 敞口式，国外称为谢尔贝管，是最简单的一种薄壁取土器，取样操作简便，但易逃土；
    2. 固定活塞式，在敞口薄壁取土器内增加一个活塞以及一套与之相连接的活塞杆，活塞杆可通过取土器的头部并经由钻杆的中空延伸至地面；下放取土器时，活塞处于取样管刃口端部，活塞杆与钻杆同步下放，到达取样位置后，固定活塞杆与活塞，通过钻杆压入取样管进行取样；活塞的作用在于下放取土器时可排开孔底浮土，上提时可隔绝土样顶端的水压、气压、防止逃土，同时又不会像上提活阀那样产生过度的负压引起土样扰动；取样过程中，固定活塞还可以限制土样进人取样管后顶端的膨胀上凸趋势；因此，固定活塞取土器取样质量高，成功率也高；但因需要两套杆件，操作比较费事；固定活塞薄壁取土器是目前国际公认的高质量取土器，其代表性型号有Hvorslev型、NGI型等；
    3. 水压固定活塞式，是针对固定活塞式的缺点而制造的改进型；国外以其发明者命名为奥斯特伯格取土器；其特点是去掉活塞杆，将活塞连接在钻杆底端，取样管则与另一套在活塞缸内的可动活塞联结，取样时通过钻杆施加水压，驱动活塞缸内的可动活塞，将取样管压入土中，其取样效果与固定活塞式相同，操作较为简便，但结构仍较复杂；
    4. 自由活塞式，与固定活塞式不同之处在于活塞杆不延伸至地面，而只穿过接头，并用弹簧锥卡予以控制；取样时依靠土试样将活塞顶起，操作较为简便，但土试样上顶活塞时易受扰动，取样质量不及以上两种。
    回转型取土器有两种：
    1. 单动三重(二重)管取土器，类似岩芯钻探中的双层岩芯管，取样时外管旋转，内管不动，故称单动；如在内管内再加衬管，则成为三重管；其代表性型号为丹尼森(Denison)取土器。丹尼森取土器的改进型称为皮切尔(Pitcher)取土器，其特点是内管刃口的超前值可通过一个竖向弹簧按土层软硬程度自动调节，单动三重管取土器可用于中等以至较硬的土层；
    2. 双动三重(二重)、管取土器，与单动不同之处在于取样内管也旋转，因此可切削进入坚硬的地层，一般适用于坚硬黏性土，密实砂砾以至软岩。
    厚壁敞口取土器，系指我国目前大多数单位使用的内装镀锌铁皮衬管的对分式取土器。这种取土器与国际上惯用的取土器相比，性能相差甚远，最理想的情况下，也只能取得Ⅱ级土样，不能视为高质量的取土器。
    目前，厚壁敞口取土器中，大多使用镀锌铁皮衬管，其弊病甚多，对土样质量影响很大，应逐步予以淘汰，代之以塑料或酚醛层压纸管。目前仍允许使用镀锌铁皮衬管，但要特别注意保持其形状圆整，重复使用前应注意整形，清除内外壁粘附的蜡、土或锈斑。
    考虑我国目前的实际情况，薄壁取土器尚需逐步普及，故允许以束节式取土器代替薄壁取土器。但只要有条件，仍以采用标准薄壁取土器为宜。

9.4.4 有关标准为1996年10月建设部发布，中华人民共和国建设部工业行业标准《原状取砂器》(JG/T 5061.10—1996)。

9.4.5 关于贯入取土器的方法，本条规定宜用快速静力连续压入法，即只要能压入的要优先采用压入法，特别对软土必须采用压入法。压入应连续而不间断，如用钻机给进机构施压，则应配备有足够压入行程和压入速度的钻机。