CN106248421A - 大尺寸全强风化红层砂岩原状样品的取样方法 - Google Patents

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谢春庆
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杨小东
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Abstract

本发明公开了一种大尺寸全强风化红层砂岩原状样品的取样方法，包括以下步骤：在选定的拟采样位置，人工开挖至设计的取样深度；确定是设定的岩性和风化类型；扩大拟采样位置四周工作面；将砂岩样品修刮为取样用硬质圆形管内径大小的岩柱；将对半分开的硬质圆形管套在岩柱上，用细粒将空隙充满，然后固定；将岩柱底端锯断，将岩柱的顶面、底面刮平，再将钢板固定在岩柱的顶面和底面；用密目纱布包裹硬质圆形管和钢板，再固定，将液态石蜡涂在砂布上；用塑料薄膜包裹，固定后并装入箱体中，四周空隙用碎泡沫块紧密填塞至箱体顶部，盖上箱顶板；运输至实验室。本发明所述取样方法具有操作简便、扰动小、防冲击性好、费用低、易于运输的优点。

Description

大尺寸全强风化红层砂岩原状样品的取样方法
技术领域
本发明涉及一种砂岩原状样品的取样方法，尤其涉及一种大尺寸全强风化红层砂岩原状样品的取样方法。
背景技术
红层砂岩主要呈粒状碎屑结构和泥状胶结结构两种典型结构形式，因胶结物质和风化程度的差异，其强度的变化大。多数红层砂岩在挖掘或爆破出来后，受大气环境的作用可崩解破碎，甚至泥化，故其岩块的大小及颗粒级配将随干湿循环的时间过程而变化，其物理力学性质也将产生变化
现有的采取全风化和强风化红层砂岩样品方法有：
1、在设计的深度上，首先切出全风化和强风化红层砂岩圆柱，然后套上铁皮圆桶；挖出圆柱，用刮灰刀等修平顶面和底面，盖上铁皮盖，现场用胶带密封，填写并贴上标签。
2、使用钻机钻至取样位置清孔后，将厚壁敞口取土器用钻杆连接放入孔底，然后利用钻机重量，通过主动钻杆向取土器施压，将取土器压入全风化和强风化红层砂岩中；提出取土器，取出岩样，用刮灰刀等修平顶面和底面，盖上铁皮盖，现场用胶带密封，填写并贴上标签。
3、使用钻机钻至取样位置清孔后，将厚壁敞口取土器用钻杆连接放入孔底，然后利用钻机卷扬机垂直升降重锤锤击钻杆，将取土器快速贯入全风化和强风化红层砂岩中，切取岩样；取出岩样，用刮灰刀等修平顶面和底面，盖上铁皮盖，现场用胶带密封，填写并贴上标签。
4、使用钻机钻至取样位置清孔后，采用半盒管式双管单动钻具钻至设计取样深度以下，取出钻具；打开钻具，取出岩性，按土样盒长度切取样品；将样品装入土样盒，用胶带密封，填写并贴上标签。
上述第一种方法的缺陷在于：人工采样时由于样品太小，样品受到扰动较大，不能很好地保持全风化和强风化红层砂岩结构性，且样品容易失水，保存时间短。
上述第二至第四种方法采用钻机静压法采样，其缺陷在于：由于全风化和强风化红层砂岩强度较高，静压难以压入岩层中，或者在压入过程中样品结构被破坏；钻机锤击法采样时，由于锤击振动影响，全风化和强风化红层砂岩结构性受到扰动，样品经常性被破坏；半盒管法采样时，在钻进过程中受到水的浸泡，岩体含水量发生较大变化，其结构也受到扰动。
另外，上述各种方法中，采集的样品一般采用胶带密封，容易失水，保存时间短。
基于上述传统方法的缺陷，上述传统取样方法所取得的全风化和强风化红层砂岩样品尺寸小，一般不大于89mm，最大108mm，半盒管法取得的土样仅有75mm，不能满足大尺寸样品试验的要求；所以，全风化和强风化红层砂岩样品的传统取样方法能满足一般建筑试验要求，但不能满足采用原状土样进行大型试验对样品尺寸、扰动程度、物理力学性质及保存时间上要求。
发明内容
本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种能够满足采用原状土样进行大型试验对样品尺寸、扰动程度、物理力学性质及保存时间上要求的大尺寸全强风化红层砂岩原状样品的取样方法。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
一种大尺寸全强风化红层砂岩原状样品的取样方法，包括以下步骤：
(1)在选定的拟采样位置，以设计采样直径的1-2倍为边界，人工开挖至设计的取样深度；
(2)观察和判断开挖深度内是否为设定的岩性和风化类型，如不是则重新选取采样位置，如果是则转至步骤(3)；
(3)扩大拟采样位置四周工作面，以便于作业人员作业和搬运样品为限；
(4)按取样用硬质圆形管的外径，在拟采样的层面上画圆圈，使用手动工具将全强风化的砂岩样品修刮为硬质圆形管内径大小的岩柱；
(5)将预先对半分开的硬质圆形管套在岩柱上，用修刮岩柱时产生的细粒将硬质圆形管内的空隙充满，然后用胶带将硬质圆形管固定；
(6)用手动工具将岩柱的底端锯断，用手动工具将岩柱的顶面、底面刮平，再将直径略大于硬质圆形管外径的钢板用胶带固定在岩柱的顶面和底面，标注岩柱的上、下方向；
(7)用密目纱布包裹硬质圆形管和钢板，再用扎丝缠绕固定，用毛刷将热溶后的液态石蜡均匀地涂在砂布上，静置至石蜡冷凝；
(8)将处理后的样品编号后用塑料薄膜包裹，并用胶带固定，并装入底部设置有泡沫板的箱体中，四周空隙用碎泡沫块紧密填塞至箱体顶部，盖上箱顶板；
(9)运输至实验室。
作为优选，作为所述步骤(1)中，以设计采样直径的1.5倍为边界；所述步骤(4)中，硬质圆形管为PVC管，手动工具包括但不限于手板锯、刮灰刀；所述步骤(6)中，钢板的厚度为0.3mm；所述步骤(7)中，扎丝为柔软的细铁丝；泡沫板的厚度为5cm以上，箱体为木箱。
本发明的有益效果在于：
通过本发明所述取样方法对大尺寸全强风化红层砂岩原状样品进行取样，具有操作简便、扰动小、防冲击性好、费用低、易于运输的优点；具体优点及原理为：
1、采样人工作业，在拟定位置的设计深度取得大尺寸全风化、强风化的红层砂岩岩柱；采用手板锯锯断岩柱底部，并用刮灰刀等修平两端，在满足样品尺寸要求的前提下有效地减小了样品人为扰动。
2、采用预先对半切开的硬质PVC管从两侧套在全风化、强风化的红层砂岩岩柱上，两端用钢板保护，不仅避免了从上往下套管对岩柱的扰动，而且硬质PVC管、钢板具有足够强度，能有效地避免外力对岩柱的冲击作用。
3、采用密目纱布包裹，使用热熔后液态蜡均匀涂抹后冷凝成型的样品保护材料具有足够的密封性，能够最大限度地保护样品的物理性质。
4、密封后的样品装入底部设置泡沫板的木箱，样品与木箱间用碎泡沫块紧密填塞，具有良好的防振、防倾倒、防撞击效果，同时便于机械搬运。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明：
实施例1：
采用以下步骤对大尺寸全强风化红层砂岩原状样品进行取样操作：
(1)在选定的拟采样位置，以设计采样直径的1.5倍为边界，人工开挖至设计的取样深度；
(2)观察和判断开挖深度内是否为设定的岩性和风化类型，如不是则重新选取采样位置，如果是则转至步骤(3)；
(3)扩大拟采样位置四周工作面，以便于作业人员作业和搬运样品为限；
(4)按取样用硬质圆形PVC管的外径，在拟采样的层面上画圆圈，使用手板锯和刮灰刀将全强风化的砂岩样品修刮为硬质圆形管内径大小的岩柱；
(5)将预先对半分开的硬质圆形管套在岩柱上，用修刮岩柱时产生的细粒将硬质圆形管内的空隙充满，然后用胶带将硬质圆形管固定；
(6)用手动工具将岩柱的底端锯断，用手动工具将岩柱的顶面、底面刮平，再将直径略大于硬质圆形管外径的厚度为0.3mm的钢板用胶带固定在岩柱的顶面和底面，标注岩柱的上、下方向；
(7)用100目的密目纱布包裹硬质圆形管和钢板，再用柔软的细铁丝缠绕固定，用毛刷将热溶后的液态石蜡均匀地涂在砂布上，静置至石蜡冷凝；
(8)将处理后的样品编号后用塑料薄膜包裹，并用胶带固定，并装入底部设置有厚度为6cm的泡沫板的木箱中，四周空隙用碎泡沫块紧密填塞至木箱顶部，盖上箱顶板；
(9)将木箱装入轻型卡车，小心运输至实验室。
实施例2：
采用以下步骤对大尺寸全强风化红层砂岩原状样品进行取样操作：
(1)在选定的拟采样位置，以设计采样直径的1倍为边界，人工开挖至设计的取样深度；
(2)观察和判断开挖深度内是否为设定的岩性和风化类型，如不是则重新选取采样位置，如果是则转至步骤(3)；
(3)扩大拟采样位置四周工作面，以便于作业人员作业和搬运样品为限；
(4)按取样用硬质圆形PVC管的外径，在拟采样的层面上画圆圈，使用手板锯和刮灰刀将全强风化的砂岩样品修刮为硬质圆形管内径大小的岩柱；
(5)将预先对半分开的硬质圆形管套在岩柱上，用修刮岩柱时产生的细粒将硬质圆形管内的空隙充满，然后用胶带将硬质圆形管固定；
(6)用手动工具将岩柱的底端锯断，用手动工具将岩柱的顶面、底面刮平，再将直径略大于硬质圆形管外径的厚度为0.2mm的钢板用胶带固定在岩柱的顶面和底面，标注岩柱的上、下方向；
(7)用90目的密目纱布包裹硬质圆形管和钢板，再用柔软的细钢丝缠绕固定，用毛刷将热溶后的液态石蜡均匀地涂在砂布上，静置至石蜡冷凝；
(8)将处理后的样品编号后用塑料薄膜包裹，并用胶带固定，并装入底部设置有厚度为7cm的泡沫板的木箱中，四周空隙用碎泡沫块紧密填塞至木箱顶部，盖上箱顶板；
(9)将木箱装入轻型卡车，小心运输至实验室。
实施例3：
采用以下步骤对大尺寸全强风化红层砂岩原状样品进行取样操作：
(1)在选定的拟采样位置，以设计采样直径的2倍为边界，人工开挖至设计的取样深度；
(2)观察和判断开挖深度内是否为设定的岩性和风化类型，如不是则重新选取采样位置，如果是则转至步骤(3)；
(3)扩大拟采样位置四周工作面，以便于作业人员作业和搬运样品为限；
(4)按取样用硬质圆形PVC管的外径，在拟采样的层面上画圆圈，使用手板锯和刮灰刀将全强风化的砂岩样品修刮为硬质圆形管内径大小的岩柱；
(5)将预先对半分开的硬质圆形管套在岩柱上，用修刮岩柱时产生的细粒将硬质圆形管内的空隙充满，然后用胶带将硬质圆形管固定；
(6)用手动工具将岩柱的底端锯断，用手动工具将岩柱的顶面、底面刮平，再将直径略大于硬质圆形管外径的厚度为0.35mm的钢板用胶带固定在岩柱的顶面和底面，标注岩柱的上、下方向；
(7)用120目的密目纱布包裹硬质圆形管和钢板，再用柔软的细铜丝缠绕固定，用毛刷将热溶后的液态石蜡均匀地涂在砂布上，静置至石蜡冷凝；
(8)将处理后的样品编号后用塑料薄膜包裹，并用胶带固定，并装入底部设置有厚度为8cm的泡沫板的木箱中，四周空隙用碎泡沫块紧密填塞至木箱顶部，盖上箱顶板；
(9)将木箱装入轻型卡车，小心运输至实验室。
为了验证本取样方法的可行性，本申请人将上述方法试用于多个红层地区的重点工程中，采取样品尺寸直径80cm×高50cm、直径50cm×高30cm，共计156个，用于离心试验、大体积湿化试验、剪切试验等；经抽样检查，未发现裂纹、压碎、振碎、破损现象，含水量变化小于1％，效果良好。
上述实施例只是本发明的较佳实施例，并不是对本发明技术方案的限制，只要是不经过创造性劳动即可在上述实施例的基础上实现的技术方案，均应视为落入本发明专利的权利保护范围内。

Claims (6)

1.一种大尺寸全强风化红层砂岩原状样品的取样方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)在选定的拟采样位置，以设计采样直径的1-2倍为边界，人工开挖至设计的取样深度；
(2)观察和判断开挖深度内是否为设定的岩性和风化类型，如不是则重新选取采样位置，如果是则转至步骤(3)；
(3)扩大拟采样位置四周工作面，以便于作业人员作业和搬运样品为限；
(4)按取样用硬质圆形管的外径，在拟采样的层面上画圆圈，使用手动工具将全强风化的砂岩样品修刮为硬质圆形管内径大小的岩柱；
(5)将预先对半分开的硬质圆形管套在岩柱上，用修刮岩柱时产生的细粒将硬质圆形管内的空隙充满，然后用胶带将硬质圆形管固定；
(6)用手动工具将岩柱的底端锯断，用手动工具将岩柱的顶面、底面刮平，再将直径略大于硬质圆形管外径的钢板用胶带固定在岩柱的顶面和底面，标注岩柱的上、下方向；
(7)用密目纱布包裹硬质圆形管和钢板，再用扎丝缠绕固定，用毛刷将热溶后的液态石蜡均匀地涂在砂布上，静置至石蜡冷凝；
(8)将处理后的样品编号后用塑料薄膜包裹，并用胶带固定，并装入底部设置有泡沫板的箱体中，四周空隙用碎泡沫块紧密填塞至箱体顶部，盖上箱顶板；
(9)运输至实验室。
2.根据权利要求1所述的大尺寸全强风化红层砂岩原状样品的取样方法，其特征在于：所述步骤(1)中，以设计采样直径的1.5倍为边界。
3.根据权利要求1所述的大尺寸全强风化红层砂岩原状样品的取样方法，其特征在于：所述步骤(4)中，硬质圆形管为PVC管，手动工具包括但不限于手板锯、刮灰刀。
4.根据权利要求1所述的大尺寸全强风化红层砂岩原状样品的取样方法，其特征在于：所述步骤(6)中，钢板的厚度为0.3mm。
5.根据权利要求1所述的大尺寸全强风化红层砂岩原状样品的取样方法，其特征在于：所述步骤(7)中，扎丝为柔软的细铁丝。
6.根据权利要求1所述的大尺寸全强风化红层砂岩原状样品的取样方法，其特征在于：所述步骤(8)中，泡沫板的厚度为5cm以上，箱体为木箱。
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