岩土工程勘探与取样.ppt

1、勘探与取样,工程地质测绘与调查岩土工程勘探与取样原位测试与室内试验现场检验与监测3S技术应用地质雷达,岩土工程勘探是在工程地质测绘的基础上，利用各种设备、工具直接或间接深入地下岩土层，查明地下岩土性质、结构构造、空间分布、地下水条件等内容的勘察工作，是探明深部地质情况的一种可靠的方法。,探明建筑场地的岩性及地质构造，即各地层的厚度、性质及其变化；划分地层并确定其接触关系；了解基岩的风化程度，划分风化带；了解岩层的产状、裂隙发育程度及其随深度的变化；了解褶皱、断裂、破碎带及其他地质构造的空间分布和变化。 探明水文地质条件，即含水层、隔水层的分布、埋藏深度、性质及地下水位。 探明地貌及物理地质现象

2、，包括河谷阶地、冲洪积扇、坡积层的位置和土层结构；岩溶的规模及发育程度；滑坡及泥石流的分布、范围、性质等。 采取岩土样及水样，提供对岩土特性进行鉴定和各种试验所需的样品。提供野外测试条件。,物理地质现象是指大量的地质变迁现象。地质现象有滑坡、泥石流、岩崩、岩溶、岩堆（坡积层）、软弱土、膨胀土、湿陷性黄土、冻土、水害、采空区以及强震区（高地应力）等。,地球物理勘探：利用专门的仪器来探测各种地质体物理场的分布情况，并对其数据及绘制的曲线进行分析解释，从而划分地层、判定地质构造、水文地质条件及各种不良地质现象，又称为物探工程。理论依据： 地质体的物理性质导电性、弹性、 磁性、密度、放射性等； 地质体

3、的物理状态含水率、空隙性、固结状态等； 通过量测这些物理场的分布和变化特征，结合已知的地质资料进行分析研究，继而推测地质性状。,物探工程的特点： 速度快、设备轻便、效率高、成本低，但具有多解 性，属间接方法。主要作用：作为钻探的先行手段，了解隐蔽的地质界线、界面或异常点（如基岩面、风化带、断层破碎带、岩溶洞穴等）；作为钻探的辅助手段，在钻孔之间增加地球物理勘探点，为钻探成果的内插、外推提供依据；作为原位测试手段，测定岩土体的波速、动弹性模量、土对金属的腐蚀性等参数。,物探工程主要解决的问题：测定覆盖层的厚度，确定基岩的埋深和起伏变化；追溯断层破碎带和裂隙密集带；研究岩石的弹性性质，测定岩石的动

4、弹性模量和泊松比；划分岩体的风化带、测定风化壳厚度和新鲜基岩的起伏变化。,电阻率法,依靠人工建立直流电场，在地表测量某点垂直方向或水平方向的电阻率变化，从而推断地表下地质体性状。影响岩土介质电阻率的因素：介质组分、岩石的结构、构造、孔隙性、湿度、矿化度、温度等。电阻率剖面法：联合剖面法、中间梯度法、对称四极剖面法。电测深法。高密度电阻率法。,电阻率法解决的地质问题：确定不同的岩性，进行地层岩性的划分；探查褶皱构造形态，寻找断层；探查覆盖层厚度、基岩起伏及风化壳厚度；探查含水层的分布情况、埋藏深度及厚度，寻找充水断层及主导冲水裂隙方向；探查岩溶发育情况及滑坡体的分布范围；寻找古河道的空间位置。,

5、地震反射波法,通过人工激发的地震波在地壳内传播的特点来探查地质体。主要解决的地质问题：测定覆盖层的厚度，确定基岩的埋深和起伏变化；追索断层破碎带和裂隙密集带；研究岩石的弹性性质，测定岩石的动弹性模量和动泊松比；划分岩体的风化带，测定风化壳厚度和新鲜基岩的起伏变化。,物探工程的一般要求,被探测对象与周围介质之间有明显的物理性质差异；被探测对象具有一定的埋藏深度和规模，且地球物理异常有足够的强度；能抑制干扰，区分有用信号和干扰信号；在有代表性地段进行方法的有效性试验。,地震勘探,地震勘探主要是研究人工激发的地震（弹性）波在浅层岩土介质中的传播规律。地震波的波场特征：运动学特征（波传播的时间与空间的

6、关系，是地震波对地下地质体的构造响应）；动力学特征（波传播中其振幅、频率、相位等的变化规律，多表现出地下地质体的岩性特征，亦是地质体结构特征的响应）；工程地震勘探的基本任务就是通过研究地震波的波场特征，以解决浅部地层和构造的分布，确定岩土力学参数等工程和水文勘察种所涉及到的地质问题。,岩土介质的岩性、物性、成分和结构以及所处环境的构造和地表条件的不同等，都会使得地震波的运动学和动力学特征发生变化，了解和掌握这些引起地震波传播和参数等特征变化的地质因素，实质上就是地震勘探的地质基础问题。岩土介质的密度：岩土越致密，波速越高；波在双相介质中传播的速度与孔隙度成反比，即同样岩性的岩土介质，当孔隙度大

7、时，其速度值相对变小；（砂岩、灰岩）速度的变化实际上随岩石密度的增大而增大。一般情况下岩石埋藏得越深，反映他们的年代越老，承受上覆地层压力的时间常、强度大，波的传播速度越大。地震波在不同岩性地层中传播的速度称为层速度。,地震勘探的效果在很大程度上取决于工作地区是否具有应用地震勘探的前提，也就是工区的地震地质条件。在浅层地震勘探种，其地震地质条件主要是指浅部岩土介质的性质和地质特征，以及地表的各种影响因素。疏松覆盖层（低速带）潜水面和含水层地质剖面的均匀性地震界面和地质界面的差异地震标志层的确定,主要任务：探明建筑场地的岩性及地质构造，即各地层的厚度、性质及其变化；划分地层并确定其接触关系；了解

8、基岩的风化程度、划分风化带；了解岩层的产状、裂隙发育程度及其随深度的变化；了解褶皱、断裂、破碎带及其他地质构造的空间分布和变化。探明水文地质条件，即含水层、隔水层的分布、埋藏厚度、性质及地下水位。探明地貌及物理地质现象，包括河谷阶地、冲洪积扇、坡积层的位置和土层结构；岩溶的规模及发育程度；滑坡及泥石流的分布、范围、特性等。采取岩土样及水样，提供对岩土特性进行鉴定和各种试验所需的样品。提供野外测试条件。,地球物理勘探：利用专门的仪器来探测各种地质体物理场的分布情况，并对其数据及绘制的曲线进行分析解释，从而划分地层、判定地质构造、水文地质条件及各种不良地质现象，又称为物探工程。理论依据： 地质体的

9、物理性质导电性、弹性、 磁性、密度、放射性等； 地质体的物理状态含水率、空隙性、固结状态等； 通过量测这些物理场的分布和变化特征，结合已知的地质资料进行分析研究，继而推测地质性状。,物探工程的特点： 速度快、设备轻便、效率高、成本低，但具有多解 性，属间接方法。主要作用：作为钻探的先行手段，了解隐蔽的地质界线、界面或异常点（如基岩面、风化带、断层破碎带、岩溶洞穴等）；作为钻探的辅助手段，在钻孔之间增加地球物理勘探点，为钻探成果的内插、外推提供依据；作为原位测试手段，测定岩土体的波速、动弹性模量、土对金属的腐蚀性等参数。,物探工程主要解决的问题：测定覆盖层的厚度，确定基岩的埋深和起伏变化；追溯断

10、层破碎带和裂隙密集带；研究岩石的弹性性质，测定岩石的动弹性模量和泊松比；划分岩体的风化带、测定风化壳厚度和新鲜基岩的起伏变化。,电阻率法,依靠人工建立直流电场，在地表测量某点垂直方向或水平方向的电阻率变化，从而推断地表下地质体性状。影响岩土介质电阻率的因素：介质组分、岩石的结构、构造、孔隙性、湿度、矿化度、温度等。电阻率剖面法：联合剖面法、中间梯度法、对称四极剖面法。电测深法。高密度电阻率法。,电阻率法解决的地质问题：确定不同的岩性，进行地层岩性的划分；探查褶皱构造形态，寻找断层；探查覆盖层厚度、基岩起伏及风化壳厚度；探查含水层的分布情况、埋藏深度及厚度，寻找充水断层及主导冲水裂隙方向；探查岩

11、溶发育情况及滑坡体的分布范围；寻找古河道的空间位置。,地震反射波法,通过人工激发的地震波在地壳内传播的特点来探查地质体。主要解决的地质问题：测定覆盖层的厚度，确定基岩的埋深和起伏变化；追索断层破碎带和裂隙密集带；研究岩石的弹性性质，测定岩石的动弹性模量和动泊松比；划分岩体的风化带，测定风化壳厚度和新鲜基岩的起伏变化。,物探工程的一般要求,被探测对象与周围介质之间有明显的物理性质差异；被探测对象具有一定的埋藏深度和规模，且地球物理异常有足够的强度；能抑制干扰，区分有用信号和干扰信号；在有代表性地段进行方法的有效性试验。,地震勘探,地震勘探主要是研究人工激发的地震（弹性）波在浅层岩土介质中的传播规

12、律。地震波的波场特征：运动学特征（波传播的时间与空间的关系，是地震波对地下地质体的构造响应）；动力学特征（波传播中其振幅、频率、相位等的变化规律，多表现出地下地质体的岩性特征，亦是地质体结构特征的响应）；工程地震勘探的基本任务就是通过研究地震波的波场特征，以解决浅部地层和构造的分布，确定岩土力学参数等工程和水文勘察种所涉及到的地质问题。,岩土介质的岩性、物性、成分和结构以及所处环境的构造和地表条件的不同等，都会使得地震波的运动学和动力学特征发生变化，了解和掌握这些引起地震波传播和参数等特征变化的地质因素，实质上就是地震勘探的地质基础问题。岩土介质的密度：岩土越致密，波速越高；波在双相介质中传播

13、的速度与孔隙度成反比，即同样岩性的岩土介质，当孔隙度大时，其速度值相对变小；（砂岩、灰岩）速度的变化实际上随岩石密度的增大而增大。一般情况下岩石埋藏得越深，反映他们的年代越老，承受上覆地层压力的时间常、强度大，波的传播速度越大。地震波在不同岩性地层中传播的速度称为层速度。,地震勘探的效果在很大程度上取决于工作地区是否具有应用地震勘探的前提，也就是工区的地震地质条件。在浅层地震勘探种，其地震地质条件主要是指浅部岩土介质的性质和地质特征，以及地表的各种影响因素。疏松覆盖层（低速带）潜水面和含水层地质剖面的均匀性地震界面和地质界面的差异地震标志层的确定,5.勘探与取样,物探工程 钻探工程坑探工程采取

14、土样勘探工程的布置,钻探是指用一定的设备、工具（即钻机）来破碎地壳岩石或土层，从而在地壳中形成一个直径较小、深度较大的钻孔（直径相对较大者又称为钻井），可取岩芯或不取岩芯来了解地层深部地质情况的过程。,优点它可以在各种环境下进行，一般不受地形、地质条件的限制；能直接观察岩芯和取样，勘探精度较高；能提供进行原位测试和监测工作，最大限度地发挥综合效益；勘探深度大，效率较高。缺点耗费人力物力较多；平面资料连续性较差；钻进和取样有时技术难度较大。,目的查明建筑场区的地层岩性、岩层厚度变化情况，查明软弱岩土层的性质、厚度、层数、产状和空间分布；了解基岩风化带的深度、厚度和分布情况；探明地层断裂带的位置、

15、宽度和性质，查明裂隙发育程度及随深度变化的情况；查明地下含水层的层数、深度及其水文地质参数；利用钻孔进行灌浆、压水试验及土力学参数的原位测试和取样；利用钻孔进行地下水位的长期观测、或对场地进行降水以保证场地岩土体的相关结构的稳定性（如基坑开挖时降水或处理滑坡等地质问题）。,我国岩土工程勘探常用的钻探方法有冲击钻探、回转钻探、振动钻探和冲洗钻探。,冲击钻探 利用钻具重力和下落过程中产生的冲击力使钻头冲击孔底岩土体并使其产生破坏，从而达到在岩土层中钻进的目的。包括冲击钻探和锤击钻探。根据使用工具不同还可以分为钻杆冲击钻探和钢绳冲击钻探。对于硬质岩土层（岩石层或碎石土）一般采用孔底全面冲击钻进；对于

16、其他土层一般采用圆筒形钻头的刃口借助于钻具冲击力切削土层钻进。,回转钻进 采用底部焊有硬质合金的圆环状钻头进行钻进，钻进时一般要施加一定的压力，使钻头在旋转中切入岩土层以达到钻进的目的。它包括岩芯钻探、无岩芯钻探和螺旋钻探，岩芯钻探为孔底环状钻进，螺旋钻探为孔底全面钻进。,振动钻探 是采用机械动力产生的振动力，通过连接杆和钻具传到钻头，振动力的作用使钻头能更快地破碎岩土层，因而钻进较快。该方法适合于在砂土层中，特别适合于颗粒组成相对均匀细小的中细砂土层中。,冲洗钻探 利用高压水流冲击孔底土层，使之结构破坏，土颗粒悬浮并最终随水流循环流出孔外的钻进方法。由于是靠水流直接冲洗，因此无法对土体结构及

17、其他相关特性进行观察鉴别。,钻探方法的适用范围,注：1.+适用；+部分适用；不适用。 2.浅部土层可采用下列方法钻探：小口径麻花钻钻进；小口径勺形钻钻进；洛阳铲钻进。,破碎岩土 钻进首先要进行破碎岩土的工作，钻进可以采用人力或机械力（绝大多数情况下采用机械钻进），以冲击力、剪切力或研磨形式使小部分岩土脱离母体而成为粉末、小的岩土块或岩土芯的现象就称为破碎岩土。 在孔底将岩土全部破碎成粉末或小块的钻进方法称为“全面钻进”。 钻进过程中只破坏孔底环状部分岩土，中间岩土芯保留的钻进方法称为“取芯钻进”,采取岩土芯或排除破碎岩土 这一过程又分为三种方法：一是采用机械的方法，如用取样器、勺钻等取出岩土心

18、或碎块粉末；二是将岩粉或岩土碎块与水混合成岩粉浆或泥浆后，用抽筒抽出地表，如冲击钻；三是用流体（泥浆、清水、乳化液或空气）作为循环介质，将破碎的岩屑、土块输送到地表。,加固孔壁 当在地壳中形成钻孔之后，钻孔周围原来的地层平衡稳定状态遭到破坏，继而可能引起孔壁坍塌。因此钻孔后必须对孔壁进行加固，加固方法有三种：一种是借助于循环液的静水压力来平衡地层的侧向压力以维持其稳定，这种方法在现代的反循环钻进中得到充分利用；二是用惰性材料或化学材料对孔壁进行处理加固，常用的惰性材料有水泥、粘土，化学材料有混入循环液中 的泥浆处理剂，还有直接注入钻孔中的堵漏剂，如氰凝、丙凝等；三是用金属或非金属的套管下入钻孔

19、中以支撑孔壁，这种方法虽然可靠，但成本较高。,随着科技进步和经济发展，岩土钻掘工程在国民经济中发挥着越来越大的作用 。已广泛应用于：矿产资源勘探和部分矿产的开采；水文地质勘探和水井钻；工程地质勘查和生态环境研究；地质灾害的防治与环境治理；工民建和道路桥梁的基础工程；国防工程及海岸工程；科学钻探。,大量钻探队伍承担着道路桥梁及工民建的地基与基础施工任务。,钻机可以悬挂9150m长的钻杆延伸到海洋底部8235m深的地方。,因为水深大不能锚定系留，必须使用DPS（Dynamic Positioning System - 动态定位系统）。,JOIDES Resolution,常用的钻进方法及选用原则：

20、软岩和中硬岩层，用硬质合金回转钻头钻进； 中硬及部分中硬以上岩层，用铣齿牙轮钻头钻进；硬岩，用金刚石钻头或钢粒钻头钻进；硬脆岩层，用液动（气动）孔内冲击器钻进或镶齿牙轮钻进更有效；钻孔的直径取决于钻进目的、钻孔结构和钻进方法 金刚石钻头主要用于小口径； 钢粒钻头主要用于91mm以上的口径； 硬质合金和牙轮钻头则既可钻进小口径孔，又可钻进直径 达2m以上的大口径水井、工程施工孔和浅井。 钻孔的深度可在几米至几千米的范围内变化。,铝钻杆在五段式大陆架水平井中的应用,俄罗斯科拉超深井,坑探工程,坑探工程的目的和作用坑探工程的类型和适用条件坑探工程设计书的编制坑探工程的观察、描述、编录,一、坑探工程的

21、目的和作用,在地质勘探工作中，为了揭露地质现象和矿体产状，从地表或地下掘进的各类小断面坑道的勘探工程，简称坑探。 坑道掘进过程中，使用的凿岩、装岩、运岩、通风、排水等专用设备统称为坑探机械。,优点：勘察人员能直接观察到地质结构，准确可靠，且便于素描；可不受限制地从中采取原状岩土样和用作大型原位测试。尤其对研究断层破碎带、软弱泥化夹层和滑动面(带)等的空间分布特点及其工程性质等，更具有重要意义。 缺点：使用时往往受到自然地质条件的限制，耗费资金大而勘探周期长；尤其是重型坑探工程不可轻易采用。,坑探工程的作用主要包括供地质人员进入坑道内直接观察研究地质构造和矿体产状。直接采集岩石样品，为探明高级储

22、量，以及为后续的矿山设计、采矿、选矿和安全防护措施提供依据。对某些有色和稀有贵金属矿床必须用坑探来验证物探、化探和钻探资料。部分坑道用于探采结合。 坑探工程除用于金属、贵金属、有色金属等普查勘探外，还用于隧道、采石、小矿山采掘和砂矿探采等领域。,二、坑探工程的类型和适用条件,其中前三种为轻型坑探工程，后三种为重型坑探工程。,三、坑探工程设计书的编制,主要内容包括： (1)坑探工程的目的、类型和编号。 (2)坑探工程附近的地形、地质概况。 (3)掘进深度及其论证。 (4)施工条件：岩性及其硬度等级，掘进的难易程度，采用的掘进方法(铲、镐挖掘或爆破作业等)；地下水位,可能涌水状况，应采取的排水措施

23、；是否需要支护及支护材料、结构等。 (5)岩土工程要求：包括掘进过程中应仔细观察、描述的地质现象和应注意的地质问题；对坑壁、顶、底板掘进方法的要求，是否许可采用爆破作业及作业方式；取样地点、数量、规格和要求等；岩土试验的项目、组数、位置以及掘进时应注意的问题；应提交的成果。 (6)施工组织、进度、经费及人员安排。,四、坑探工程的观察、描述,观察、描述的内容包括： (1)地层岩性的划分。第四系堆积物的成因、岩性、时代、厚度及空间变化和相互接触关系；基岩的颜色、成分、结构构造、地层层序以及各层间接触关系；应特别注意软弱夹层的岩性、厚度及其泥化情况。(2)岩石的风化特征及其随深度的变化，风化壳分带。

24、(3)岩层产状要素及其变化，各种构造形态；注意断层破碎带及节理、裂隙的研究；断裂的产状、形态、力学性质；破碎带的宽度、物质成分及其性质；节理裂隙的组数、产状、穿切性、延展性、隙宽、间距(频度)，有必要时作节理裂隙的素描图和统计测量。 (4)水文地质情况。如地下水渗出点位置、涌水点及涌水量大小等。 (5)测量点、取样点、试验点的位置、编号及数据。(6)量测探井、探槽 、竖井、斜井、平硐的断面形态尺寸和掘进深度。,五、坑探工程展视图,展视图是坑探工程编录的主要内容，也是坑探工程所需提交的主要成果资料。所谓展视图，就是沿坑探工程的壁、底面所编制的地质断面图，按一定的制图方法将三度空间的图形展开在平面

25、上。由于它所表示的坑探工程成果一目了然，故在岩土工程勘探中被广泛应用。不同类型坑探工程展视图的编制方法和表示内容有所不同，其比例尺应视坑探工程的规模、形状及地质条件的复杂程度而定，一般采用1251100。,1、探槽展视图,首先进行探槽的形态测量。用罗盘确定探槽中心线的方向及其各段的变化，水平(或倾斜)延伸长度、槽底坡度。在槽底或槽壁上用皮尺作一基线(水平或倾斜方向均可)，并用小钢尺从零点起逐渐向另一端实测各地质现象，按比例尺绘制于方格纸上。这样便得到探槽底部或一壁的地质断面图。除槽壁和槽底外，有时还要将端壁断面图绘出。作图时需考虑探槽延伸方向和槽底坡度的变化，遇此情况时则应在转折处分开，分段绘

26、制。 展视图一般表示槽底和一个侧壁的地质断面，有时将两端壁也绘出。展开的方法有两种：一种是坡度展开法，即槽底坡度的大小，以壁与底的夹角表示。此法的优点是符合实际；缺点是坡度陡而槽长时不美观，各段坡度变化较大时也不易处理。另一种是平行展开法，即壁与底平行展开。这是经常被采用的一种方法，它对坡度较陡的探槽更为合适。,2、试坑(浅井、竖井)展视图,此类铅直坑探工程的展视图，也应先进行形态测量，然后作四壁和坑(井)底的地质素描。其展开的方法也有两种：一种是四壁辐射展开法，即以坑(井)底为平面，将四壁各自向外翻倒投影而成(图2)。一般适用于作试坑展视图。另一种是四壁平行展开法，即四壁连续平行排列(图3)

27、。它避免了四壁辐射展开法因探井较深导致的缺陷。所以这种展开法一般适用于浅井和竖井。四壁平行展开法的缺点是，当探井四壁不直立时图中无法表示。,3、平硐展视图,平硐在掘进过程中往往需要支护，所以应及时作地质编录。平硐展视图从硐口作起，随掌子面不断推进而分段绘制，直至掘进结束。其具体做法是：最先画出硐底的中线，平硐的宽度、高度、长度、方向以及各种地质界线和现象，都是以这条中线为准绘出的。当中线有弯曲时，应于弯曲处将位于凸出侧之硐壁裂一叉口，以调整该壁内侧与外侧的长度。如果弯曲较大时，则可分段表示。硐底的坡度用高差曲线表示。该展视图五个硐壁面全面绘出，平行展开(图4)。,六、坑探工程的一般要求,1.当

28、钻探方法难以准确查明地下情况时，可采用探井、探槽进行勘探。在坝址、地下工程、大型边坡等勘察中，当需详细查明深部岩层性质、构造特征时，课采用竖井或平硐。2.探井的深度不宜超过地下水位。竖井和平硐的深度、长度、断面按工程要求确定。3.对探井、探槽和探硐除文字描述记录外，尚应以剖面图、展示图等反应井、槽、硐壁和底部的岩性、地层分界、构造特征、取样和原位试验位置、并辅以代表性部位的彩色照片。4.坑探工程的编录应紧随坑探工程掌子面，在坑探工程支护或支撑之前进行。编录时，应于现场做好编录记录和绘制完成编录展示草图。5.探井、探槽完工后可用原土回填，每30cm分层夯实，夯实土干重度不小于15KN/m3。有特

29、殊要求时可采用低标号混凝土回填。,钻 掘 取 样,土样及岩矿心的采取2008年9月22日,钻探工程是地质勘探工作获取实物地质资料（土样、岩矿样、水样和气样等）的重要手段。样品的质量直接影响着工程地质调查、地质构造判断、矿产资源评价、水文地质调查，以及提交矿产储量的准确性与可靠性。如何从钻孔中取全、取准可靠的实物地质资料是本专业的关键技术之一。,土样的采取岩矿心的采取常用取心工具及方法绳索取心钻具反循环钻进取心采集岩粉和补取岩样,1.原状土样的概念,在采取试样过程中应该保持试样的天然结构，如果试样的天然结构受到破坏，便称为“扰动样”。 （扰动样在工程地质勘查中是不容许的，除非明确说明另有所用，否

30、则此扰动样作废。）,按照取样方法和试验目的，岩土工程勘查规范对土试样的扰动程度分为如下的质量等级：,级不扰动，可进行土类定名、含水量、密度、 强度参数、变形参数、固结压密参数试验。级轻微扰动，可进行土类定名、含水量、密度试验。级显著扰动，可进行土类定名、含水量试验。级完全扰动，可用于土类定名。 在钻孔取样时，用薄壁取土器采取的土样定为级；用中厚壁或厚壁取土器采得的土样定为级；用标准贯入器、螺旋钻头或岩心钻头所采得的粘性土、粉土、砂土和软岩试样皆定为级。,2.取 土 的 方 法,1. 压入法 压入法（图示）分为连续压入法和断续压入法两种。前者是用滑轮组合装置将取土器一次快速地压入地层中，适用于较

31、软土层中的取样；后者是将取土器分二次或多次压入地层中。,1-钢丝绳；2-钻杆；3-固定滑轮；4-底梁；5-取土器,2.取 土 的 方 法,2.1 孔外击入法,2.2 孔内击入法,孔外击入法（图示）是在地表用吊锤打击钻杆上的打箍，将取土器击入地层中。,1-吊锤;2-打箍;3-钻杆;4-取土器,孔内击入法（图示）是在孔内用重锤打击圆柱形定向器，将取土器击入地层中。孔内击入法结构简单，操作方便，取土效率高，土样拢动小，故一般常采用该法。,1-钢丝绳；2-重锤；3-穿心杆；4-圆柱形定向器； 5-钻杆；6-取土器,3.回转击入法 采取坚硬土层中的土样或岩样时，若上述取土方法无法采取，可采用机械回转钻进

32、用的回转压入式取土器（双层取样器）。若须在岩层中采取原状样品时，可在岩心钻探的岩心中直接挑选原状样品。,2.取 土 的 方 法,3.取土器的基本技术参数,1.设计取土器直径时，一般应考虑下列因素： (1) 取土方法 取土时土样与取土筒内壁产生摩擦，而造成土样边缘扰动，此扰动的宽度与取土方法有关。采用压入法或击入法扰动带宽度一般在10mm左右。(2) 土层性质 扰动带的宽度与土层性质有关，对于软土、黄土等易于扰动的土层，宜采用直径较大的取土器；反之，对于砂性土等扰动小的土层，可采用直径较小的取土器。(3) 配合环刀直径 目前土试验所用环刀直径有：61.5mm、64mm和80mm几种，土样直径除去

33、扰动带宽度，还应稍大于环刀直径。注意：取土器的内外径尺寸是否合理，关系到土样的质量。 若直径过小取上来的是扰动土样，若过大则给施工带来不便。,2.面积比（Ar） 面积比，系指取土器最大断面与土样断面之比的百分数。 式中： Dw-取土器管靴外径，mm； De-取土器管靴内径，mm。 面积比越小，则土样所受的扰动程度就越小，要使面积比小，关键是减少取土器壁厚，但取土器太薄容易产生变形或破裂。目前常用的取土器面积比是根据土样种类而选用的。对一般粘性土和老粘性土可选用面积比小于30%，壁厚小于6mm的对开式取土器；而软粘土可选用面积比小于20%，壁厚为34mm的取土器。,3.取土器的基本技术参数,3.

34、内间距比（Ci） 内间距比即取土筒内径与刃口处内径之差对刃口处内径之比的百分数。 内间距比是取土器内侧与土样间摩擦力的标志， 摩擦力的作用使土样周围发生扰动， 并阻止土样进入。 故内间距比过小，将造成扰动宽度增加，若内间距比过大，摩擦力小，提取时，土样容易由土样筒内脱落。 式中： Ds-取土筒内径，mm。 实践证明，在软粘土中取土器的内间距比以0.5%1.0%为宜；一般粘性土以1.0%1.5%为宜；老粘性土以1.3%1.5%为宜。,3.取土器的基本技术参数,4.外间距比（C0） 外间距比系指取土器筒靴外径与取土筒外径之差对于取土筒外径之比的百分数。外间距比是取土器外侧与土壤摩擦力的标志。外间距

35、比大，取土器易于进入土层，但太大将会增大其破土面积，增加面积比。对一般粘性土和老粘性土的外间距比以1%为宜；对于软粘土取零。 式中： Dt-取土筒外径mm。,3.取土器的基本技术参数,常用取土器的基本技术参数,4.取土器的类型,(1) 按取土器下部封闭形式分：敝口式和封闭式；(2) 按取土器上部封闭形式分：球阀封闭式，活阀封闭式和活塞封闭式；(3) 按取土器壁厚分：薄壁取土器，中壁取土器和厚壁取土器；(4) 按地层分：土层、砂砾石层、砂层和淤泥层取样器。,5.取土器的结构,管靴应淬火处理，以保证有较大的强度、硬度和刚度；管靴刃口角度因切入土层性质不同而有差别，一般切入软土层时刃口角度较小，切入

36、硬土层时较大，对一般土层，刃口角度约为10；半开合管内装有取样筒，取样筒要求平整、圆度好、光滑；在半开管上部的残余管长度一般为300mm左右，供储存土样上部剩余土之用；阀门及其他密封装置的主要作用是排开孔内水柱对土样的压力，保护土样的采取效果。取样时，取土器内的水可随土样进入取样筒内，而随土样的压入冲开阀门，经上部排水孔排出流入孔壁间隙，提升取土器时，阀门关闭，孔内水不能进入取土器，起到密封作用。,原状取土器,1-钻杆接头；2-球阀；3-残余管；4-对开半合管； 5-取样筒；6-管靴,6.减少土样扰动的注意事项,(1) 在结构性敏感土层和较疏松的砂层中需采用回转钻进，而不得采用冲击钻进；(2)

37、 用泥浆护孔，可以减少扰动，并注意在孔中保持足够的静水压力，防止因孔内水位过低而导致孔底软粘性土或砂层产生松动或涌起；(3) 取土钻孔的孔径要适当，取土器与孔壁间要有一定间隙，避免下放取土器时切削孔壁，挤进过多的废土，尤其在软土钻孔中，时有缩径现象，则更需加大取土器与孔壁的间隙；应保持钻孔孔壁垂直，以避免取土器切刮孔壁； (4) 取土的前一次钻进不宜过深，以免下部拟取部位的土层受扰动。并应在正式取土前，把已受一定程度扰动的孔底土柱清理掉，避免废土过多，以及取土器顶部挤压土样；取土前还应准确丈量取土器深度和进尺深度等尺寸；(5) 取土过程中每个操作工序，均应细致稳妥，以免造成扰动；取出的土应及时

38、用蜡密封，并注明上下，贴上标签，做好记录；在土样封存、运输和开土做试验时，都应注意避免扰动，严防振动、日晒、雨淋和冻结。,1.岩矿心采取的基本要求,岩矿心采取率 岩矿心采取率即实际自孔内取上的岩矿心长度与实际钻进进尺之比值。对于岩矿心一般要求：岩心不低于65%，矿心不低于75%，如果不足，应进行补取。完整性 要求取上的岩矿心保持原生结构和原有品位，以便划分矿石类型，观察矿物原生结构和共生关系；尽量避免人为破碎、颠倒和扰动。纯洁性 要求取上的岩矿心不受外物的浸蚀、污染和渗进，以免影响矿石的品位、品级和物理性质。如煤心混入粘土将使样品的灰分增加，滑石混入泥浆将使二氧化硅含量提高等。 避免选择性磨损

39、 矿心的选择性磨损，会使其内在物质成分发生变化，造成矿物人为贫化和富集，歪曲原品位和品级。取心部位准确 要求取上岩矿心的位置准确，为了得到岩矿层准确的埋藏深度、厚度和产状、以准确地计算矿产储量和确定其地质构造。,2.影响岩矿心采取率与品质的因素,自然因素 影响取心数量和质量的自然因素主要是所钻岩石的物理力学性质和岩矿层的结构、构造。 钻进坚硬、致密、均质完整的岩矿层时采取率高，岩矿心不怕冲刷、不怕振动，易于得到完整的能保持原生结构的岩矿心； 钻进松散、破碎、节理发育、胶结性差和软硬夹层的岩矿层时，取出的岩矿心多成块状、粒状、片状，不仅原生结构遭到破坏，而且采取率低，甚至取不出岩矿心。,2.1

40、钻进方法选择不合理 钢粒钻进时振动大、孔壁间隙大、钻出的岩矿心细，对岩矿心的磨损作用最大；硬质合金钻进时磨损轻微；金刚石钻进时最小。2.2 钻具结构选用不合理 钻进中使用弯曲或偏心的岩心管、钻杆、或钻头时，钻进中钻具回转运动，产生离心力和水平振动，使岩心受到冲撞、磨损而破坏。 此外，若能根据所钻岩矿层性质选择合适的取心工具，就可能取得采取率高和代表性好的岩矿心。,2.影响岩矿心采取率与品质的因素,2.3 钻进规程不当 (1) 压力 压力过大将加剧孔底钻具的弯曲和振动，使岩矿心受到强烈的机械破坏；压力不足则进尺慢，延长了岩矿心在孔底岩心管内受破坏作用的时间。 (2) 转速 转速过高，钻具振动幅度

41、增大，对岩矿心的破坏加剧；转速过低则钻速低，延长了岩矿心受破坏作用的时间。 (3) 泵量 冲洗液量过大则冲刷力也大，加剧了岩矿心被冲毁和磨耗的破坏作用。循环方式的不合理，也会造成岩矿心被冲刷破坏和重复磨损。2.4 操作方法不正确 钻进中盲目追求进尺，回次时间过长，提钻不及时，都会增加岩矿心在孔底被破坏的可能性；提动钻具过猛或采心方法不当，则易造成岩矿心脱落；退心时过分敲打易造成岩矿心的人为破碎和上下顺序颠倒，影响岩矿心的完整性，歪曲岩矿心的层次。,在第一类岩矿层中可采用单管硬质合金、钢粒、金刚石钻进，用卡料或卡簧取心都能达到满意的效果。而在二五类岩矿层中，如何采用适当的取心工具和方法来达到取心

42、质量要求是必须重视的问题。,1.卡取岩心的方法,卡料卡取法 当用硬质合金和钢粒钻进中硬及中硬以上、完整的岩矿层时，钻进回次终了时，可从钻杆内向孔底投入卡料（小碎石、铁丝、钢粒等）卡紧并扭断岩心。用卡料卡心时，要注意卡料的粒度、长度、粗细、硬度和投入量，卡料的粒度和粗细应与岩心和岩心管之间的间隙相适应。,卡簧卡取法 卡簧（也称提断器）装于钻头体的内锥面上，回次终了时稍上提钻具，即可把岩心卡住并拉断。它主要在金刚石钻头、针状硬质合金钻头上使用，适用于岩心完整、直径均匀的中硬及中硬以上地层。卡簧一般用40#铬钢或65#锰钢加工，并经淬火处理。应注意卡簧与卡簧座、卡簧与岩心之间隙必须很好配合。常用的卡

43、簧结构（图7-6）有三种形式：内槽式卡簧，外槽式卡簧和切槽式卡簧。,干钻卡取法 在回次终了停止送水，干钻进尺一小段（2030cm），利用未排除的岩粉来挤塞住岩矿心，再通过回转将其扭断提出。它适用于硬质合金钻进用卡料和卡簧都卡不住的松散、软质和塑性岩矿层。 沉淀卡取法 在回次终了停止冲洗液循环，利用岩心管内悬浮岩粉的沉淀，挤塞卡牢岩矿心。此法适用于反循环钻进和在松软、脆、碎的岩矿层。通常沉淀1020min。楔断器卡取法 在钻进回次终了将钻具提出孔外，下入楔断器，利用吊锤冲击楔子将岩心楔断，再下入夹具将岩心提出。该法适用于大直径和岩石比较坚硬、完整的岩矿层钻进。,2.单管钻具,单层岩心管钻具简称单

44、管钻具，它是最简单的取心钻具。为提高岩矿心采取率，防止提钻过程中岩矿心脱落，常在单管钻具中增加分水投球接头和活动分水帽。 工作原理：正常钻进时，冲洗液通过分水接头2的中心孔直接进入岩心管内，边缘开有若干水口的活动分水帽9呈伞形保护岩心不受冲洗液直接冲刷，且分水帽随岩心一起上移。提钻前由钻杆柱内投入球阀落于球座活塞6上，将中心水道封闭，在水压作用下球阀活塞向下移动，当超过管壁小卡5的位置时，小卡在弹簧作用下伸出将活塞挡住，这时通水孔被打开，冲洗液由此孔排出，使孔底形成干钻条件。,活动分水投球钻具1-导向管； 2-分水投球接头； 3-取球孔螺塞； 4-小卡螺塞； 5-小卡及弹簧； 6-带阀座的活塞

45、；7-弹簧； 8-弹簧座； 9-活动分水帽； 10-硬质合金钻头； 11-通水孔,3.双管钻具,双层岩心管钻具是提高岩矿心采取率和采样质量的重要工具，在复杂地层和金刚石钻进中，应用较为普遍。为了适应各类不同特点的岩矿层，双管钻具的结构又分为双动双管钻具和单动双管钻具。 双动双管是内、外两层岩心管同时回转的钻具（图示），主要由双管接头，内、外岩心管，内、外钻头和止逆阀组成。一般用于钻进级的松散、易坍塌和怕冲刷的岩矿层。,1-回水孔； 2-双管接头； 3-球阀； 5-外管； 6-内管； 7、8-外、内硬质合金钻头; 9-送水孔,钻进时，内外管带动内外钻头同时回转并破碎岩石，冲洗液经双管接头进入内、

46、外管间的环状间隙，冲洗孔底后再沿外管与孔壁的间隙返至地面，避免了对岩矿心直接冲刷。内管中的冲洗液，随岩矿心的进入冲开止逆阀3，经回水孔1排至外环间隙，同时球阀3隔离了钻杆内冲洗液液柱的压力对岩矿心的相互挤压和磨损的影响。 为了保护岩矿心根部不被冲刷，双动双管钻具的内钻头大都超前于外钻头，一般为2050mm，岩层越松散，胶结性越差，超前距离就越大。,单动双管钻具 钻进过程中，外管转动而内管不转动的双管钻具称为单动双管钻具。它比双动双管钻具优越，主要表现为钻进中不仅避免了冲洗液直接冲刷岩矿心，更重要的是避免了振动、摆动和摩擦力对岩矿心的破坏作用。另外，有些单动双管还设有防振、防污、防脱及退心的装置

47、。因此，岩矿心的采取率、完整度、纯洁性等均有较大提高，代表性更好。,1-上接头; 2-耐磨稳定环; 3-外管接头; 4-单动部分; 5-心轴(调节螺杆); 6-锁紧螺母; 7-内管接头;8-外管; 9-内管; 10-扩孔器; 11-短节; 12-卡簧; 13-卡簧座; 14-钻头,绳索取心钻具是一种不提钻取心的钻进装置，即在钻进过程中，当内岩心管装满岩心或岩心堵塞时，不需要把孔内全部钻杆柱提升到地表，而是借用专用的打捞工具和钢丝绳把内岩心管从钻杆柱内捞取上来，只有当钻头被磨损需要检查或更换时，才提升全部钻杆柱。 绳索取心钻具的应用范围很广，它不受钻孔深度的影响，从几十米的浅孔直至超万米的超深孔均可使用，而且钻孔越深其优越性越能显示；可以钻进任意方向的钻孔和钻进各种地层，在级中等硬度的岩层中效果尤为显著；针对不同的地层，该钻具既可用清水，又可用优质泥浆，还可采用泡沫等作为冲洗介质。,整套绳索取心钻具分为单动双层岩心管和打捞器两大部分,