巖土工程勘探與取樣課件

勘探與取樣工程地質(zhì)測(cè)繪與調(diào)查巖土工程勘探與取樣原位測(cè)試與室內(nèi)試驗(yàn)現(xiàn)場檢驗(yàn)與監(jiān)測(cè)3S技術(shù)應(yīng)用地質(zhì)雷達(dá)勘探與取樣工程地質(zhì)測(cè)繪與調(diào)查1物探工程鉆探工程坑探工程采取土樣勘探工程的布置物探工程鉆探工程坑探工程采取土樣勘探工程的布置2巖土工程勘探是在工程地質(zhì)測(cè)繪的基礎(chǔ)上，利用各種設(shè)備、工具直接或間接深入地下巖土層，查明地下巖土性質(zhì)、結(jié)構(gòu)構(gòu)造、空間分布、地下水條件等內(nèi)容的勘察工作，是探明深部地質(zhì)情況的一種可靠的方法。巖土工程勘探是在工程地質(zhì)測(cè)繪的基礎(chǔ)上，利用各3

探明建筑場地的巖性及地質(zhì)構(gòu)造，即各地層的厚度、性質(zhì)及其變化；劃分地層并確定其接觸關(guān)系；了解基巖的風(fēng)化程度，劃分風(fēng)化帶；了解巖層的產(chǎn)狀、裂隙發(fā)育程度及其隨深度的變化；了解褶皺、斷裂、破碎帶及其他地質(zhì)構(gòu)造的空間分布和變化。探明水文地質(zhì)條件，即含水層、隔水層的分布、埋藏深度、性質(zhì)及地下水位。探明地貌及物理地質(zhì)現(xiàn)象，包括河谷階地、沖洪積扇、坡積層的位置和土層結(jié)構(gòu)；巖溶的規(guī)模及發(fā)育程度；滑坡及泥石流的分布、范圍、性質(zhì)等。采取巖土樣及水樣，提供對(duì)巖土特性進(jìn)行鑒定和各種試驗(yàn)所需的樣品。提供野外測(cè)試條件。探明建筑場地的巖性及地質(zhì)構(gòu)造，即各地層的厚度、性質(zhì)4

物理地質(zhì)現(xiàn)象是指大量的地質(zhì)變遷現(xiàn)象。地質(zhì)現(xiàn)象有滑坡、泥石流、巖崩、巖溶、巖堆（坡積層）、軟弱土、膨脹土、濕陷性黃土、凍土、水害、采空區(qū)以及強(qiáng)震區(qū)（高地應(yīng)力）等。物理地質(zhì)現(xiàn)象是指大量的地質(zhì)變遷現(xiàn)象。地質(zhì)5地球物理勘探：利用專門的儀器來探測(cè)各種地質(zhì)體物理場的分布情況，并對(duì)其數(shù)據(jù)及繪制的曲線進(jìn)行分析解釋，從而劃分地層、判定地質(zhì)構(gòu)造、水文地質(zhì)條件及各種不良地質(zhì)現(xiàn)象，又稱為物探工程。理論依據(jù)：地質(zhì)體的物理性質(zhì)——導(dǎo)電性、彈性、磁性、密度、放射性等；地質(zhì)體的物理狀態(tài)——含水率、空隙性、固結(jié)狀態(tài)等；

通過量測(cè)這些物理場的分布和變化特征，結(jié)合已知的地質(zhì)資料進(jìn)行分析研究，繼而推測(cè)地質(zhì)性狀。

地球物理勘探：利用專門的儀器來探測(cè)各種地質(zhì)體物理場的分布情況6物探工程的特點(diǎn)：速度快、設(shè)備輕便、效率高、成本低，但具有多解性，屬間接方法。主要作用：作為鉆探的先行手段，了解隱蔽的地質(zhì)界線、界面或異常點(diǎn)（如基巖面、風(fēng)化帶、斷層破碎帶、巖溶洞穴等）；作為鉆探的輔助手段，在鉆孔之間增加地球物理勘探點(diǎn)，為鉆探成果的內(nèi)插、外推提供依據(jù)；作為原位測(cè)試手段，測(cè)定巖土體的波速、動(dòng)彈性模量、土對(duì)金屬的腐蝕性等參數(shù)。物探工程的特點(diǎn)：7物探工程主要解決的問題：測(cè)定覆蓋層的厚度，確定基巖的埋深和起伏變化；追溯斷層破碎帶和裂隙密集帶；研究巖石的彈性性質(zhì)，測(cè)定巖石的動(dòng)彈性模量和泊松比；劃分巖體的風(fēng)化帶、測(cè)定風(fēng)化殼厚度和新鮮基巖的起伏變化。物探工程主要解決的問題：8類別方法名稱適用范圍電法電阻率法電剖面法測(cè)定基巖深度；探測(cè)隱伏斷層、破碎帶；探測(cè)地下洞穴；探測(cè)地下或水下隱埋物體；電測(cè)深法測(cè)定基巖深度、劃分松散沉積巖層序和基巖風(fēng)化帶；探測(cè)隱伏斷層、破碎帶；探測(cè)地下洞穴；測(cè)定潛水面深度和含水層分布；探測(cè)地下或水下隱埋物體；充電法探測(cè)地下洞穴；測(cè)定地下水流速、流向；探測(cè)地下或水下隱埋物體；探測(cè)地下管線；自然電場法探測(cè)隱伏斷層、破碎帶；測(cè)定地下水流速、流向；激發(fā)極化法探測(cè)隱伏斷層、破碎帶；探測(cè)地下洞穴；劃分沉積巖層序；測(cè)定潛水面深度和含水層分布；探測(cè)地下或水下隱埋物體；高密度電阻率法測(cè)定潛水面深度和含水層分布；探測(cè)地下或水下隱埋物體；電磁法電磁感應(yīng)法測(cè)定基巖深度；探測(cè)隱伏斷層、破碎帶；探測(cè)地下洞穴；探測(cè)地下或水下隱埋物體；探測(cè)地下管線；頻率測(cè)深測(cè)定基巖深度、劃分松散沉積巖層序和基巖風(fēng)化帶；探測(cè)隱伏斷層、破碎帶；探測(cè)地下洞穴；探測(cè)河床水深及沉積泥沙厚度；探測(cè)地下或水下隱埋物體；探測(cè)地下管線；甚低頻法探測(cè)隱伏斷層、破碎帶；探測(cè)地下或水下隱埋物體；探測(cè)地下管線；地質(zhì)雷達(dá)測(cè)定基巖埋深、劃分松散沉積巖層序和基巖風(fēng)化帶；探測(cè)隱伏斷層、破碎帶；探測(cè)地下洞穴；測(cè)定潛水面深度和含水層分布；探測(cè)河床水深及泥沙沉積厚度；探測(cè)地下或水下隱埋物體；探測(cè)地下管線；地下電磁波法探測(cè)隱伏斷層、破碎帶；探測(cè)地下洞穴；探測(cè)地下或水下隱埋物體；探測(cè)地下管線；類別方法名稱適用范圍電電阻率法電剖面法測(cè)定基巖深度；探測(cè)隱伏9類別方法名稱適用范圍地震波法折射波法測(cè)定基巖埋深、劃分松散沉積巖層序和基巖風(fēng)化帶；測(cè)定潛水面深度和含水層分布；探測(cè)河床水深及沉積泥沙厚度；反射波法測(cè)定基巖埋深、劃分松散沉積巖和基巖風(fēng)化帶；探測(cè)隱伏斷層、破碎帶；探測(cè)地下洞穴；測(cè)定潛水面深度和含水層分布；探測(cè)河床水深及沉積泥沙厚度；探測(cè)地下或水下隱埋物體；探測(cè)地下管線；直達(dá)波法（單孔法和跨孔法）劃分松散沉積巖層序和基巖風(fēng)化帶；瑞利波法測(cè)定基巖埋深、劃分松散沉積巖層序和基巖風(fēng)化帶；探測(cè)隱伏斷層、破碎帶；探測(cè)地下洞穴；探測(cè)地下隱埋物體；探測(cè)地下管線；聲波法聲波法測(cè)定基巖埋深、劃分松散沉積巖層序和基巖風(fēng)化帶；探測(cè)隱伏斷層、破碎帶；探測(cè)洞穴和地下水或水下隱埋物體；探測(cè)地下管線；探測(cè)滑坡體的滑動(dòng)面；聲吶法探測(cè)河床水深及沉積泥沙厚度；探測(cè)地下或水下隱埋物體；地球物理測(cè)井（放射性井、電測(cè)井、電視測(cè)井）劃分松散沉積巖層序和基巖風(fēng)化帶；探測(cè)地下洞穴；測(cè)定潛水面深度和含水層分布；探測(cè)地下或水下隱埋物體；類別方法名稱適用范圍地折射波法測(cè)定基巖埋深、劃分松散沉積巖層10電阻率法依靠人工建立直流電場，在地表測(cè)量某點(diǎn)垂直方向或水平方向的電阻率變化，從而推斷地表下地質(zhì)體性狀。影響巖土介質(zhì)電阻率的因素：介質(zhì)組分、巖石的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、孔隙性、濕度、礦化度、溫度等。電阻率剖面法：聯(lián)合剖面法、中間梯度法、對(duì)稱四極剖面法。電測(cè)深法。高密度電阻率法。電阻率法依靠人工建立直流電場，在地表測(cè)量某點(diǎn)垂直方向或水平方11電阻率法解決的地質(zhì)問題：確定不同的巖性，進(jìn)行地層巖性的劃分；探查褶皺構(gòu)造形態(tài)，尋找斷層；探查覆蓋層厚度、基巖起伏及風(fēng)化殼厚度；探查含水層的分布情況、埋藏深度及厚度，尋找充水?dāng)鄬蛹爸鲗?dǎo)沖水裂隙方向；探查巖溶發(fā)育情況及滑坡體的分布范圍；尋找古河道的空間位置。電阻率法解決的地質(zhì)問題：12地震反射波法通過人工激發(fā)的地震波在地殼內(nèi)傳播的特點(diǎn)來探查地質(zhì)體。主要解決的地質(zhì)問題：測(cè)定覆蓋層的厚度，確定基巖的埋深和起伏變化；追索斷層破碎帶和裂隙密集帶；研究巖石的彈性性質(zhì)，測(cè)定巖石的動(dòng)彈性模量和動(dòng)泊松比；劃分巖體的風(fēng)化帶，測(cè)定風(fēng)化殼厚度和新鮮基巖的起伏變化。地震反射波法通過人工激發(fā)的地震波在地殼內(nèi)傳播的特點(diǎn)來探查地質(zhì)13物探工程的一般要求被探測(cè)對(duì)象與周圍介質(zhì)之間有明顯的物理性質(zhì)差異；被探測(cè)對(duì)象具有一定的埋藏深度和規(guī)模，且地球物理異常有足夠的強(qiáng)度；能抑制干擾，區(qū)分有用信號(hào)和干擾信號(hào)；在有代表性地段進(jìn)行方法的有效性試驗(yàn)。物探工程的一般要求被探測(cè)對(duì)象與周圍介質(zhì)之間有明顯的物理性質(zhì)差14地震勘探地震勘探主要是研究人工激發(fā)的地震（彈性）波在淺層巖土介質(zhì)中的傳播規(guī)律。地震波的波場特征：運(yùn)動(dòng)學(xué)特征（波傳播的時(shí)間與空間的關(guān)系，是地震波對(duì)地下地質(zhì)體的構(gòu)造響應(yīng)）；動(dòng)力學(xué)特征（波傳播中其振幅、頻率、相位等的變化規(guī)律，多表現(xiàn)出地下地質(zhì)體的巖性特征，亦是地質(zhì)體結(jié)構(gòu)特征的響應(yīng)）；工程地震勘探的基本任務(wù)就是通過研究地震波的波場特征，以解決淺部地層和構(gòu)造的分布，確定巖土力學(xué)參數(shù)等工程和水文勘察種所涉及到的地質(zhì)問題。地震勘探地震勘探主要是研究人工激發(fā)的地震（彈性）波在淺層巖土15巖土介質(zhì)的巖性、物性、成分和結(jié)構(gòu)以及所處環(huán)境的構(gòu)造和地表?xiàng)l件的不同等，都會(huì)使得地震波的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)特征發(fā)生變化，了解和掌握這些引起地震波傳播和參數(shù)等特征變化的地質(zhì)因素，實(shí)質(zhì)上就是地震勘探的地質(zhì)基礎(chǔ)問題。巖土介質(zhì)的密度：巖土越致密，波速越高；波在雙相介質(zhì)中傳播的速度與孔隙度成反比，即同樣巖性的巖土介質(zhì)，當(dāng)孔隙度大時(shí)，其速度值相對(duì)變小；（砂巖、灰?guī)r）速度的變化實(shí)際上隨巖石密度的增大而增大。一般情況下巖石埋藏得越深，反映他們的年代越老，承受上覆地層壓力的時(shí)間常、強(qiáng)度大，波的傳播速度越大。地震波在不同巖性地層中傳播的速度稱為層速度。巖土介質(zhì)的巖性、物性、成分和結(jié)構(gòu)以及所處環(huán)境的構(gòu)造和地表?xiàng)l件16地震勘探的效果在很大程度上取決于工作地區(qū)是否具有應(yīng)用地震勘探的前提，也就是工區(qū)的地震地質(zhì)條件。在淺層地震勘探種，其地震地質(zhì)條件主要是指淺部巖土介質(zhì)的性質(zhì)和地質(zhì)特征，以及地表的各種影響因素。疏松覆蓋層（低速帶）潛水面和含水層地質(zhì)剖面的均勻性地震界面和地質(zhì)界面的差異地震標(biāo)志層的確定地震勘探的效果在很大程度上取決于工作地區(qū)是否具有應(yīng)用地震勘探17主要任務(wù)：探明建筑場地的巖性及地質(zhì)構(gòu)造，即各地層的厚度、性質(zhì)及其變化；劃分地層并確定其接觸關(guān)系；了解基巖的風(fēng)化程度、劃分風(fēng)化帶；了解巖層的產(chǎn)狀、裂隙發(fā)育程度及其隨深度的變化；了解褶皺、斷裂、破碎帶及其他地質(zhì)構(gòu)造的空間分布和變化。探明水文地質(zhì)條件，即含水層、隔水層的分布、埋藏厚度、性質(zhì)及地下水位。探明地貌及物理地質(zhì)現(xiàn)象，包括河谷階地、沖洪積扇、坡積層的位置和土層結(jié)構(gòu)；巖溶的規(guī)模及發(fā)育程度；滑坡及泥石流的分布、范圍、特性等。采取巖土樣及水樣，提供對(duì)巖土特性進(jìn)行鑒定和各種試驗(yàn)所需的樣品。提供野外測(cè)試條件。主要任務(wù)：18地球物理勘探：利用專門的儀器來探測(cè)各種地質(zhì)體物理場的分布情況，并對(duì)其數(shù)據(jù)及繪制的曲線進(jìn)行分析解釋，從而劃分地層、判定地質(zhì)構(gòu)造、水文地質(zhì)條件及各種不良地質(zhì)現(xiàn)象，又稱為物探工程。理論依據(jù)：地質(zhì)體的物理性質(zhì)——導(dǎo)電性、彈性、磁性、密度、放射性等；地質(zhì)體的物理狀態(tài)——含水率、空隙性、固結(jié)狀態(tài)等；通過量測(cè)這些物理場的分布和變化特征，結(jié)合已知的地質(zhì)資料進(jìn)行分析研究，繼而推測(cè)地質(zhì)性狀。地球物理勘探：利用專門的儀器來探測(cè)各種地質(zhì)體物理場的分布情況19物探工程的特點(diǎn)：速度快、設(shè)備輕便、效率高、成本低，但具有多解性，屬間接方法。主要作用：作為鉆探的先行手段，了解隱蔽的地質(zhì)界線、界面或異常點(diǎn)（如基巖面、風(fēng)化帶、斷層破碎帶、巖溶洞穴等）；作為鉆探的輔助手段，在鉆孔之間增加地球物理勘探點(diǎn)，為鉆探成果的內(nèi)插、外推提供依據(jù)；作為原位測(cè)試手段，測(cè)定巖土體的波速、動(dòng)彈性模量、土對(duì)金屬的腐蝕性等參數(shù)。物探工程的特點(diǎn)：20物探工程主要解決的問題：測(cè)定覆蓋層的厚度，確定基巖的埋深和起伏變化；追溯斷層破碎帶和裂隙密集帶；研究巖石的彈性性質(zhì)，測(cè)定巖石的動(dòng)彈性模量和泊松比；劃分巖體的風(fēng)化帶、測(cè)定風(fēng)化殼厚度和新鮮基巖的起伏變化。物探工程主要解決的問題：21電阻率法依靠人工建立直流電場，在地表測(cè)量某點(diǎn)垂直方向或水平方向的電阻率變化，從而推斷地表下地質(zhì)體性狀。影響巖土介質(zhì)電阻率的因素：介質(zhì)組分、巖石的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、孔隙性、濕度、礦化度、溫度等。電阻率剖面法：聯(lián)合剖面法、中間梯度法、對(duì)稱四極剖面法。電測(cè)深法。高密度電阻率法。電阻率法依靠人工建立直流電場，在地表測(cè)量某點(diǎn)垂直方向或水平方22電阻率法解決的地質(zhì)問題：確定不同的巖性，進(jìn)行地層巖性的劃分；探查褶皺構(gòu)造形態(tài)，尋找斷層；探查覆蓋層厚度、基巖起伏及風(fēng)化殼厚度；探查含水層的分布情況、埋藏深度及厚度，尋找充水?dāng)鄬蛹爸鲗?dǎo)沖水裂隙方向；探查巖溶發(fā)育情況及滑坡體的分布范圍；尋找古河道的空間位置。電阻率法解決的地質(zhì)問題：23地震反射波法通過人工激發(fā)的地震波在地殼內(nèi)傳播的特點(diǎn)來探查地質(zhì)體。主要解決的地質(zhì)問題：測(cè)定覆蓋層的厚度，確定基巖的埋深和起伏變化；追索斷層破碎帶和裂隙密集帶；研究巖石的彈性性質(zhì)，測(cè)定巖石的動(dòng)彈性模量和動(dòng)泊松比；劃分巖體的風(fēng)化帶，測(cè)定風(fēng)化殼厚度和新鮮基巖的起伏變化。地震反射波法通過人工激發(fā)的地震波在地殼內(nèi)傳播的特點(diǎn)來探查地質(zhì)24物探工程的一般要求被探測(cè)對(duì)象與周圍介質(zhì)之間有明顯的物理性質(zhì)差異；被探測(cè)對(duì)象具有一定的埋藏深度和規(guī)模，且地球物理異常有足夠的強(qiáng)度；能抑制干擾，區(qū)分有用信號(hào)和干擾信號(hào)；在有代表性地段進(jìn)行方法的有效性試驗(yàn)。物探工程的一般要求被探測(cè)對(duì)象與周圍介質(zhì)之間有明顯的物理性質(zhì)差25地震勘探地震勘探主要是研究人工激發(fā)的地震（彈性）波在淺層巖土介質(zhì)中的傳播規(guī)律。地震波的波場特征：運(yùn)動(dòng)學(xué)特征（波傳播的時(shí)間與空間的關(guān)系，是地震波對(duì)地下地質(zhì)體的構(gòu)造響應(yīng)）；動(dòng)力學(xué)特征（波傳播中其振幅、頻率、相位等的變化規(guī)律，多表現(xiàn)出地下地質(zhì)體的巖性特征，亦是地質(zhì)體結(jié)構(gòu)特征的響應(yīng)）；工程地震勘探的基本任務(wù)就是通過研究地震波的波場特征，以解決淺部地層和構(gòu)造的分布，確定巖土力學(xué)參數(shù)等工程和水文勘察種所涉及到的地質(zhì)問題。地震勘探地震勘探主要是研究人工激發(fā)的地震（彈性）波在淺層巖土26巖土介質(zhì)的巖性、物性、成分和結(jié)構(gòu)以及所處環(huán)境的構(gòu)造和地表?xiàng)l件的不同等，都會(huì)使得地震波的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)特征發(fā)生變化，了解和掌握這些引起地震波傳播和參數(shù)等特征變化的地質(zhì)因素，實(shí)質(zhì)上就是地震勘探的地質(zhì)基礎(chǔ)問題。巖土介質(zhì)的密度：巖土越致密，波速越高；波在雙相介質(zhì)中傳播的速度與孔隙度成反比，即同樣巖性的巖土介質(zhì)，當(dāng)孔隙度大時(shí)，其速度值相對(duì)變??；（砂巖、灰?guī)r）速度的變化實(shí)際上隨巖石密度的增大而增大。一般情況下巖石埋藏得越深，反映他們的年代越老，承受上覆地層壓力的時(shí)間常、強(qiáng)度大，波的傳播速度越大。地震波在不同巖性地層中傳播的速度稱為層速度。巖土介質(zhì)的巖性、物性、成分和結(jié)構(gòu)以及所處環(huán)境的構(gòu)造和地表?xiàng)l件27地震勘探的效果在很大程度上取決于工作地區(qū)是否具有應(yīng)用地震勘探的前提，也就是工區(qū)的地震地質(zhì)條件。在淺層地震勘探種，其地震地質(zhì)條件主要是指淺部巖土介質(zhì)的性質(zhì)和地質(zhì)特征，以及地表的各種影響因素。疏松覆蓋層（低速帶）潛水面和含水層地質(zhì)剖面的均勻性地震界面和地質(zhì)界面的差異地震標(biāo)志層的確定地震勘探的效果在很大程度上取決于工作地區(qū)是否具有應(yīng)用地震勘探285.勘探與取樣物探工程

鉆探工程坑探工程采取土樣勘探工程的布置5.勘探與取樣物探工程29

鉆探是指用一定的設(shè)備、工具（即鉆機(jī)）來破碎地殼巖石或土層，從而在地殼中形成一個(gè)直徑較小、深度較大的鉆孔（直徑相對(duì)較大者又稱為鉆井），可取巖芯或不取巖芯來了解地層深部地質(zhì)情況的過程。鉆探是指用一定的設(shè)備、工具（即鉆機(jī)）來30優(yōu)點(diǎn)它可以在各種環(huán)境下進(jìn)行，一般不受地形、地質(zhì)條件的限制；能直接觀察巖芯和取樣，勘探精度較高；能提供進(jìn)行原位測(cè)試和監(jiān)測(cè)工作，最大限度地發(fā)揮綜合效益；勘探深度大，效率較高。缺點(diǎn)耗費(fèi)人力物力較多；平面資料連續(xù)性較差；鉆進(jìn)和取樣有時(shí)技術(shù)難度較大。優(yōu)點(diǎn)31目的查明建筑場區(qū)的地層巖性、巖層厚度變化情況，查明軟弱巖土層的性質(zhì)、厚度、層數(shù)、產(chǎn)狀和空間分布；了解基巖風(fēng)化帶的深度、厚度和分布情況；探明地層斷裂帶的位置、寬度和性質(zhì)，查明裂隙發(fā)育程度及隨深度變化的情況；查明地下含水層的層數(shù)、深度及其水文地質(zhì)參數(shù)；利用鉆孔進(jìn)行灌漿、壓水試驗(yàn)及土力學(xué)參數(shù)的原位測(cè)試和取樣；利用鉆孔進(jìn)行地下水位的長期觀測(cè)、或?qū)龅剡M(jìn)行降水以保證場地巖土體的相關(guān)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性（如基坑開挖時(shí)降水或處理滑坡等地質(zhì)問題）。目的32

我國巖土工程勘探常用的鉆探方法有沖擊鉆探、回轉(zhuǎn)鉆探、振動(dòng)鉆探和沖洗鉆探。

我國巖土工程勘探常用的鉆探方法有沖擊鉆探、33

沖擊鉆探利用鉆具重力和下落過程中產(chǎn)生的沖擊力使鉆頭沖擊孔底巖土體并使其產(chǎn)生破壞，從而達(dá)到在巖土層中鉆進(jìn)的目的。包括沖擊鉆探和錘擊鉆探。根據(jù)使用工具不同還可以分為鉆桿沖擊鉆探和鋼繩沖擊鉆探。對(duì)于硬質(zhì)巖土層（巖石層或碎石土）一般采用孔底全面沖擊鉆進(jìn)；對(duì)于其他土層一般采用圓筒形鉆頭的刃口借助于鉆具沖擊力切削土層鉆進(jìn)。沖擊鉆探34

回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)采用底部焊有硬質(zhì)合金的圓環(huán)狀鉆頭進(jìn)行鉆進(jìn)，鉆進(jìn)時(shí)一般要施加一定的壓力，使鉆頭在旋轉(zhuǎn)中切入巖土層以達(dá)到鉆進(jìn)的目的。它包括巖芯鉆探、無巖芯鉆探和螺旋鉆探，巖芯鉆探為孔底環(huán)狀鉆進(jìn)，螺旋鉆探為孔底全面鉆進(jìn)?；剞D(zhuǎn)鉆進(jìn)35

振動(dòng)鉆探是采用機(jī)械動(dòng)力產(chǎn)生的振動(dòng)力，通過連接桿和鉆具傳到鉆頭，振動(dòng)力的作用使鉆頭能更快地破碎巖土層，因而鉆進(jìn)較快。該方法適合于在砂土層中，特別適合于顆粒組成相對(duì)均勻細(xì)小的中細(xì)砂土層中。振動(dòng)鉆探36

沖洗鉆探

利用高壓水流沖擊孔底土層，使之結(jié)構(gòu)破壞，土顆粒懸浮并最終隨水流循環(huán)流出孔外的鉆進(jìn)方法。由于是靠水流直接沖洗，因此無法對(duì)土體結(jié)構(gòu)及其他相關(guān)特性進(jìn)行觀察鑒別。沖洗鉆探37鉆探方法的適用范圍注：1.++適用；+部分適用；—不適用。

2.淺部土層可采用下列方法鉆探：小口徑麻花鉆鉆進(jìn)；小口徑勺形鉆鉆進(jìn)；洛陽鏟鉆進(jìn)。鉆探方法的適用范圍注：1.++適用；+部分適用；—不適用。38

破碎巖土鉆進(jìn)首先要進(jìn)行破碎巖土的工作，鉆進(jìn)可以采用人力或機(jī)械力（絕大多數(shù)情況下采用機(jī)械鉆進(jìn)），以沖擊力、剪切力或研磨形式使小部分巖土脫離母體而成為粉末、小的巖土塊或巖土芯的現(xiàn)象就稱為破碎巖土。在孔底將巖土全部破碎成粉末或小塊的鉆進(jìn)方法稱為“全面鉆進(jìn)”。

鉆進(jìn)過程中只破壞孔底環(huán)狀部分巖土，中間巖土芯保留的鉆進(jìn)方法稱為“取芯鉆進(jìn)”破碎巖土39

采取巖土芯或排除破碎巖土這一過程又分為三種方法：一是采用機(jī)械的方法，如用取樣器、勺鉆等取出巖土心或碎塊粉末；二是將巖粉或巖土碎塊與水混合成巖粉漿或泥漿后，用抽筒抽出地表，如沖擊鉆；三是用流體（泥漿、清水、乳化液或空氣）作為循環(huán)介質(zhì)，將破碎的巖屑、土塊輸送到地表。采取巖土芯或排除破碎巖土40

加固孔壁當(dāng)在地殼中形成鉆孔之后，鉆孔周圍原來的地層平衡穩(wěn)定狀態(tài)遭到破壞，繼而可能引起孔壁坍塌。因此鉆孔后必須對(duì)孔壁進(jìn)行加固，加固方法有三種：一種是借助于循環(huán)液的靜水壓力來平衡地層的側(cè)向壓力以維持其穩(wěn)定，這種方法在現(xiàn)代的反循環(huán)鉆進(jìn)中得到充分利用；二是用惰性材料或化學(xué)材料對(duì)孔壁進(jìn)行處理加固，常用的惰性材料有水泥、粘土，化學(xué)材料有混入循環(huán)液中的泥漿處理劑，還有直接注入鉆孔中的堵漏劑，如氰凝、丙凝等；三是用金屬或非金屬的套管下入鉆孔中以支撐孔壁，這種方法雖然可靠，但成本較高。加固孔壁41隨著科技進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)發(fā)展，巖土鉆掘工程在國民經(jīng)濟(jì)中發(fā)揮著越來越大的作用。已廣泛應(yīng)用于：礦產(chǎn)資源勘探和部分礦產(chǎn)的開采；水文地質(zhì)勘探和水井鉆；工程地質(zhì)勘查和生態(tài)環(huán)境研究；地質(zhì)災(zāi)害的防治與環(huán)境治理；工民建和道路橋梁的基礎(chǔ)工程；國防工程及海岸工程；科學(xué)鉆探。

隨著科技進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)發(fā)展，巖土鉆掘工程在國民經(jīng)濟(jì)中發(fā)揮著越來越42巖土工程勘探與取樣課件43大量鉆探隊(duì)伍承擔(dān)著道路橋梁及工民建的地基與基礎(chǔ)施工任務(wù)。大量鉆探隊(duì)伍承擔(dān)著道路橋梁及工民建的地基與基礎(chǔ)施工任務(wù)。44

45

46鉆機(jī)可以懸掛9150m長的鉆桿延伸到海洋底部8235m深的地方。

因?yàn)樗畲蟛荒苠^定系留，必須使用DPS（DynamicPositioningSystem-動(dòng)態(tài)定位系統(tǒng)）。JOIDESResolution鉆機(jī)可以懸掛9150m長的鉆桿延伸到海洋底部8235m深的地47巖土工程勘探與取樣課件48巖土工程勘探與取樣課件49

50巖土工程勘探與取樣課件51常用的鉆進(jìn)方法及選用原則：軟巖和中硬巖層，用硬質(zhì)合金回轉(zhuǎn)鉆頭鉆進(jìn)；中硬及部分中硬以上巖層，用銑齒牙輪鉆頭鉆進(jìn)；硬巖，用金剛石鉆頭或鋼粒鉆頭鉆進(jìn)；硬脆巖層，用液動(dòng)（氣動(dòng)）孔內(nèi)沖擊器鉆進(jìn)或鑲齒牙輪鉆進(jìn)更有效；鉆孔的直徑取決于鉆進(jìn)目的、鉆孔結(jié)構(gòu)和鉆進(jìn)方法

金剛石鉆頭主要用于小口徑；鋼粒鉆頭主要用于91mm以上的口徑；硬質(zhì)合金和牙輪鉆頭則既可鉆進(jìn)小口徑孔，又可鉆進(jìn)直徑達(dá)2m以上的大口徑水井、工程施工孔和淺井。鉆孔的深度可在幾米至幾千米的范圍內(nèi)變化。常用的鉆進(jìn)方法及選用原則：52鋁鉆桿在五段式大陸架水平井中的應(yīng)用鋁鉆桿在五段式大陸架水平井中的應(yīng)用53巖土工程勘探與取樣課件54

圖4.長螺旋施工鉆機(jī)

55俄羅斯科拉超深井井深12262m井段剖面結(jié)晶巖井底斜度12o井底溫度220oС鉆柱重量4000kN俄羅斯科拉超深井井深12262m井段剖面結(jié)晶巖井底斜度1256坑探工程坑探工程的目的和作用坑探工程的類型和適用條件坑探工程設(shè)計(jì)書的編制坑探工程的觀察、描述、編錄坑探工程坑探工程的目的和作用57一、坑探工程的目的和作用

在地質(zhì)勘探工作中，為了揭露地質(zhì)現(xiàn)象和礦體產(chǎn)狀，從地表或地下掘進(jìn)的各類小斷面坑道的勘探工程，簡稱坑探。

坑道掘進(jìn)過程中，使用的鑿巖、裝巖、運(yùn)巖、通風(fēng)、排水等專用設(shè)備統(tǒng)稱為坑探機(jī)械。一、坑探工程的目的和作用在地質(zhì)勘探工58

優(yōu)點(diǎn)：勘察人員能直接觀察到地質(zhì)結(jié)構(gòu)，準(zhǔn)確可靠，且便于素描；可不受限制地從中采取原狀巖土樣和用作大型原位測(cè)試。尤其對(duì)研究斷層破碎帶、軟弱泥化夾層和滑動(dòng)面(帶)等的空間分布特點(diǎn)及其工程性質(zhì)等，更具有重要意義。

缺點(diǎn)：使用時(shí)往往受到自然地質(zhì)條件的限制，耗費(fèi)資金大而勘探周期長；尤其是重型坑探工程不可輕易采用。優(yōu)點(diǎn)：勘察人員能直接觀察到地質(zhì)結(jié)構(gòu)，準(zhǔn)確可靠，且便59坑探工程的作用主要包括①供地質(zhì)人員進(jìn)入坑道內(nèi)直接觀察研究地質(zhì)構(gòu)造和礦體產(chǎn)狀。②直接采集巖石樣品，為探明高級(jí)儲(chǔ)量，以及為后續(xù)的礦山設(shè)計(jì)、采礦、選礦和安全防護(hù)措施提供依據(jù)。③對(duì)某些有色和稀有貴金屬礦床必須用坑探來驗(yàn)證物探、化探和鉆探資料。④部分坑道用于探采結(jié)合。

坑探工程除用于金屬、貴金屬、有色金屬等普查勘探外，還用于隧道、采石、小礦山采掘和砂礦探采等領(lǐng)域?？犹焦こ痰淖饔弥饕?0二、坑探工程的類型和適用條件二、坑探工程的類型和適用條件61其中前三種為輕型坑探工程，后三種為重型坑探工程。

其中前三種為輕型坑探工程，后三種為重型坑探工程。62

63三、坑探工程設(shè)計(jì)書的編制

主要內(nèi)容包括：(1)坑探工程的目的、類型和編號(hào)。(2)坑探工程附近的地形、地質(zhì)概況。(3)掘進(jìn)深度及其論證。(4)施工條件：巖性及其硬度等級(jí)，掘進(jìn)的難易程度，采用的掘進(jìn)方法(鏟、鎬挖掘或爆破作業(yè)等)；地下水位,可能涌水狀況，應(yīng)采取的排水措施；是否需要支護(hù)及支護(hù)材料、結(jié)構(gòu)等。(5)巖土工程要求：包括掘進(jìn)過程中應(yīng)仔細(xì)觀察、描述的地質(zhì)現(xiàn)象和應(yīng)注意的地質(zhì)問題；對(duì)坑壁、頂、底板掘進(jìn)方法的要求，是否許可采用爆破作業(yè)及作業(yè)方式；取樣地點(diǎn)、數(shù)量、規(guī)格和要求等；巖土試驗(yàn)的項(xiàng)目、組數(shù)、位置以及掘進(jìn)時(shí)應(yīng)注意的問題；應(yīng)提交的成果。(6)施工組織、進(jìn)度、經(jīng)費(fèi)及人員安排。三、坑探工程設(shè)計(jì)書的編制

主要內(nèi)容包括：64四、坑探工程的觀察、描述觀察、描述的內(nèi)容包括：(1)地層巖性的劃分。第四系堆積物的成因、巖性、時(shí)代、厚度及空間變化和相互接觸關(guān)系；基巖的顏色、成分、結(jié)構(gòu)構(gòu)造、地層層序以及各層間接觸關(guān)系；應(yīng)特別注意軟弱夾層的巖性、厚度及其泥化情況。(2)巖石的風(fēng)化特征及其隨深度的變化，風(fēng)化殼分帶。(3)巖層產(chǎn)狀要素及其變化，各種構(gòu)造形態(tài)；注意斷層破碎帶及節(jié)理、裂隙的研究；斷裂的產(chǎn)狀、形態(tài)、力學(xué)性質(zhì)；破碎帶的寬度、物質(zhì)成分及其性質(zhì)；節(jié)理裂隙的組數(shù)、產(chǎn)狀、穿切性、延展性、隙寬、間距(頻度)，有必要時(shí)作節(jié)理裂隙的素描圖和統(tǒng)計(jì)測(cè)量。(4)水文地質(zhì)情況。如地下水滲出點(diǎn)位置、涌水點(diǎn)及涌水量大小等。(5)測(cè)量點(diǎn)、取樣點(diǎn)、試驗(yàn)點(diǎn)的位置、編號(hào)及數(shù)據(jù)。(6)量測(cè)探井、探槽、豎井、斜井、平硐的斷面形態(tài)尺寸和掘進(jìn)深度。四、坑探工程的觀察、描述觀察、描述的內(nèi)容包括：65五、坑探工程展視圖

展視圖是坑探工程編錄的主要內(nèi)容，也是坑探工程所需提交的主要成果資料。所謂展視圖，就是沿坑探工程的壁、底面所編制的地質(zhì)斷面圖，按一定的制圖方法將三度空間的圖形展開在平面上。由于它所表示的坑探工程成果一目了然，故在巖土工程勘探中被廣泛應(yīng)用。不同類型坑探工程展視圖的編制方法和表示內(nèi)容有所不同，其比例尺應(yīng)視坑探工程的規(guī)模、形狀及地質(zhì)條件的復(fù)雜程度而定，一般采用1∶25～1∶100。五、坑探工程展視圖展視圖是坑探工程661、探槽展視圖

首先進(jìn)行探槽的形態(tài)測(cè)量。用羅盤確定探槽中心線的方向及其各段的變化，水平(或傾斜)延伸長度、槽底坡度。在槽底或槽壁上用皮尺作一基線(水平或傾斜方向均可)，并用小鋼尺從零點(diǎn)起逐漸向另一端實(shí)測(cè)各地質(zhì)現(xiàn)象，按比例尺繪制于方格紙上。這樣便得到探槽底部或一壁的地質(zhì)斷面圖。除槽壁和槽底外，有時(shí)還要將端壁斷面圖繪出。作圖時(shí)需考慮探槽延伸方向和槽底坡度的變化，遇此情況時(shí)則應(yīng)在轉(zhuǎn)折處分開，分段繪制。

展視圖一般表示槽底和一個(gè)側(cè)壁的地質(zhì)斷面，有時(shí)將兩端壁也繪出。展開的方法有兩種：一種是坡度展開法，即槽底坡度的大小，以壁與底的夾角表示。此法的優(yōu)點(diǎn)是符合實(shí)際；缺點(diǎn)是坡度陡而槽長時(shí)不美觀，各段坡度變化較大時(shí)也不易處理。另一種是平行展開法，即壁與底平行展開。這是經(jīng)常被采用的一種方法，它對(duì)坡度較陡的探槽更為合適。1、探槽展視圖首先進(jìn)行探槽的形態(tài)672、試坑(淺井、豎井)展視圖

此類鉛直坑探工程的展視圖，也應(yīng)先進(jìn)行形態(tài)測(cè)量，然后作四壁和坑(井)底的地質(zhì)素描。其展開的方法也有兩種：一種是四壁輻射展開法，即以坑(井)底為平面，將四壁各自向外翻倒投影而成(圖2)。一般適用于作試坑展視圖。另一種是四壁平行展開法，即四壁連續(xù)平行排列(圖3)。它避免了四壁輻射展開法因探井較深導(dǎo)致的缺陷。所以這種展開法一般適用于淺井和豎井。四壁平行展開法的缺點(diǎn)是，當(dāng)探井四壁不直立時(shí)圖中無法表示。2、試坑(淺井、豎井)展視圖此類鉛直68巖土工程勘探與取樣課件69巖土工程勘探與取樣課件703、平硐展視圖

平硐在掘進(jìn)過程中往往需要支護(hù)，所以應(yīng)及時(shí)作地質(zhì)編錄。平硐展視圖從硐口作起，隨掌子面不斷推進(jìn)而分段繪制，直至掘進(jìn)結(jié)束。其具體做法是：最先畫出硐底的中線，平硐的寬度、高度、長度、方向以及各種地質(zhì)界線和現(xiàn)象，都是以這條中線為準(zhǔn)繪出的。當(dāng)中線有彎曲時(shí)，應(yīng)于彎曲處將位于凸出側(cè)之硐壁裂一叉口，以調(diào)整該壁內(nèi)側(cè)與外側(cè)的長度。如果彎曲較大時(shí)，則可分段表示。硐底的坡度用高差曲線表示。該展視圖五個(gè)硐壁面全面繪出，平行展開(圖4)。3、平硐展視圖

平硐在掘進(jìn)過程中71巖土工程勘探與取樣課件72六、坑探工程的一般要求1.當(dāng)鉆探方法難以準(zhǔn)確查明地下情況時(shí)，可采用探井、探槽進(jìn)行勘探。在壩址、地下工程、大型邊坡等勘察中，當(dāng)需詳細(xì)查明深部巖層性質(zhì)、構(gòu)造特征時(shí)，課采用豎井或平硐。2.探井的深度不宜超過地下水位。豎井和平硐的深度、長度、斷面按工程要求確定。3.對(duì)探井、探槽和探硐除文字描述記錄外，尚應(yīng)以剖面圖、展示圖等反應(yīng)井、槽、硐壁和底部的巖性、地層分界、構(gòu)造特征、取樣和原位試驗(yàn)位置、并輔以代表性部位的彩色照片。4.坑探工程的編錄應(yīng)緊隨坑探工程掌子面，在坑探工程支護(hù)或支撐之前進(jìn)行。編錄時(shí)，應(yīng)于現(xiàn)場做好編錄記錄和繪制完成編錄展示草圖。5.探井、探槽完工后可用原土回填，每30cm分層夯實(shí)，夯實(shí)土干重度不小于15KN/m3。有特殊要求時(shí)可采用低標(biāo)號(hào)混凝土回填。六、坑探工程的一般要求1.當(dāng)鉆探方法難以準(zhǔn)確查明地下情況時(shí)，73巖土工程勘探與取樣課件74巖土工程勘探與取樣課件75鉆掘取樣——土樣及巖礦心的采取2008年9月22日鉆掘取樣——土樣及巖礦心的采取76鉆探工程是地質(zhì)勘探工作獲取實(shí)物地質(zhì)資料（土樣、巖礦樣、水樣和氣樣等）的重要手段。樣品的質(zhì)量直接影響著工程地質(zhì)調(diào)查、地質(zhì)構(gòu)造判斷、礦產(chǎn)資源評(píng)價(jià)、水文地質(zhì)調(diào)查，以及提交礦產(chǎn)儲(chǔ)量的準(zhǔn)確性與可靠性。如何從鉆孔中取全、取準(zhǔn)可靠的實(shí)物地質(zhì)資料是本專業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)之一。鉆探工程是地質(zhì)勘探工作獲取實(shí)物地質(zhì)資料（土樣、巖礦樣、水樣和77土樣的采取巖礦心的采取常用取心工具及方法繩索取心鉆具反循環(huán)鉆進(jìn)取心采集巖粉和補(bǔ)取巖樣土樣的采取781.原狀土樣的概念在采取試樣過程中應(yīng)該保持試樣的天然結(jié)構(gòu)，如果試樣的天然結(jié)構(gòu)受到破壞，便稱為“擾動(dòng)樣”。（擾動(dòng)樣在工程地質(zhì)勘查中是不容許的，除非明確說明另有所用，否則此擾動(dòng)樣作廢。）1.原狀土樣的概念在采取試樣過程中79按照取樣方法和試驗(yàn)?zāi)康模瑤r土工程勘查規(guī)范對(duì)土試樣的擾動(dòng)程度分為如下的質(zhì)量等級(jí)：Ⅰ級(jí)——不擾動(dòng)，可進(jìn)行土類定名、含水量、密度、強(qiáng)度參數(shù)、變形參數(shù)、固結(jié)壓密參數(shù)試驗(yàn)。Ⅱ級(jí)——輕微擾動(dòng)，可進(jìn)行土類定名、含水量、密度試驗(yàn)。Ⅲ級(jí)——顯著擾動(dòng)，可進(jìn)行土類定名、含水量試驗(yàn)。Ⅳ級(jí)——完全擾動(dòng)，可用于土類定名。

在鉆孔取樣時(shí)，用薄壁取土器采取的土樣定為Ⅰ～Ⅱ級(jí)；用中厚壁或厚壁取土器采得的土樣定為Ⅱ～Ⅲ級(jí)；用標(biāo)準(zhǔn)貫入器、螺旋鉆頭或巖心鉆頭所采得的粘性土、粉土、砂土和軟巖試樣皆定為Ⅲ～Ⅳ級(jí)。

按照取樣方法和試驗(yàn)?zāi)康?，巖土工程勘查規(guī)范對(duì)土試樣的擾動(dòng)程度分802.取土的方法

1.壓入法

壓入法（圖示）分為連續(xù)壓入法和斷續(xù)壓入法兩種。前者是用滑輪組合裝置將取土器一次快速地壓入地層中，適用于較軟土層中的取樣；后者是將取土器分二次或多次壓入地層中。

1-鋼絲繩；2-鉆桿；3-固定滑輪；4-底梁；5-取土器2.取土的方法

1.壓入法

壓入法（圖示）分為812.取土的方法

2.1孔外擊入法

2.2孔內(nèi)擊入法

孔外擊入法（圖示）是在地表用吊錘打擊鉆桿上的打箍，將取土器擊入地層中。1-吊錘;2-打箍;3-鉆桿;4-取土器孔內(nèi)擊入法（圖示）是在孔內(nèi)用重錘打擊圓柱形定向器，將取土器擊入地層中。孔內(nèi)擊入法結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，取土效率高，土樣攏動(dòng)小，故一般常采用該法。

1-鋼絲繩；2-重錘；3-穿心桿；4-圓柱形定向器；5-鉆桿；6-取土器

2.取土的方法

2.1孔外擊入法

2.2孔內(nèi)擊入823.回轉(zhuǎn)擊入法

采取堅(jiān)硬土層中的土樣或巖樣時(shí)，若上述取土方法無法采取，可采用機(jī)械回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)用的回轉(zhuǎn)壓入式取土器（雙層取樣器）。若須在巖層中采取原狀樣品時(shí)，可在巖心鉆探的巖心中直接挑選原狀樣品。2.取土的方法

3.回轉(zhuǎn)擊入法

采取堅(jiān)硬土層中的土樣或巖樣時(shí)，若上述取土833.取土器的基本技術(shù)參數(shù)

1.設(shè)計(jì)取土器直徑時(shí)，一般應(yīng)考慮下列因素：

(1)取土方法取土?xí)r土樣與取土筒內(nèi)壁產(chǎn)生摩擦，而造成土樣邊緣擾動(dòng)，此擾動(dòng)的寬度與取土方法有關(guān)。采用壓入法或擊入法擾動(dòng)帶寬度一般在10mm左右。

(2)土層性質(zhì)擾動(dòng)帶的寬度與土層性質(zhì)有關(guān)，對(duì)于軟土、黃土等易于擾動(dòng)的土層，宜采用直徑較大的取土器；反之，對(duì)于砂性土等擾動(dòng)小的土層，可采用直徑較小的取土器。

(3)配合環(huán)刀直徑目前土試驗(yàn)所用環(huán)刀直徑有：61.5mm、64mm和80mm幾種，土樣直徑除去擾動(dòng)帶寬度，還應(yīng)稍大于環(huán)刀直徑。注意：取土器的內(nèi)外徑尺寸是否合理，關(guān)系到土樣的質(zhì)量。若直徑過小取上來的是擾動(dòng)土樣，若過大則給施工帶來不便。3.取土器的基本技術(shù)參數(shù)1.設(shè)計(jì)取土器直徑時(shí)，一般應(yīng)考慮下842.面積比（Ar）面積比，系指取土器最大斷面與土樣斷面之比的百分?jǐn)?shù)。

式中：Dw--取土器管靴外徑，mm；

De--取土器管靴內(nèi)徑，mm。

面積比越小，則土樣所受的擾動(dòng)程度就越小，要使面積比小，關(guān)鍵是減少取土器壁厚，但取土器太薄容易產(chǎn)生變形或破裂。目前常用的取土器面積比是根據(jù)土樣種類而選用的。對(duì)一般粘性土和老粘性土可選用面積比小于30%，壁厚小于6mm的對(duì)開式取土器；而軟粘土可選用面積比小于20%，壁厚為3～4mm的取土器。

3.取土器的基本技術(shù)參數(shù)

2.面積比（Ar）3.取土器的基本技術(shù)參數(shù)853.內(nèi)間距比（Ci）

內(nèi)間距比即取土筒內(nèi)徑與刃口處內(nèi)徑之差對(duì)刃口處內(nèi)徑之比的百分?jǐn)?shù)。內(nèi)間距比是取土器內(nèi)側(cè)與土樣間摩擦力的標(biāo)志，摩擦力的作用使土樣周圍發(fā)生擾動(dòng)，并阻止土樣進(jìn)入。故內(nèi)間距比過小，將造成擾動(dòng)寬度增加，若內(nèi)間距比過大，摩擦力小，提取時(shí)，土樣容易由土樣筒內(nèi)脫落。

式中：Ds--取土筒內(nèi)徑，mm。

實(shí)踐證明，在軟粘土中取土器的內(nèi)間距比以0.5%～1.0%為宜；一般粘性土以1.0%～1.5%為宜；老粘性土以1.3%～1.5%為宜。

3.取土器的基本技術(shù)參數(shù)

3.內(nèi)間距比（Ci）

內(nèi)間距比即取土筒內(nèi)徑與刃口處864.外間距比（C0）

外間距比系指取土器筒靴外徑與取土筒外徑之差對(duì)于取土筒外徑之比的百分?jǐn)?shù)。外間距比是取土器外側(cè)與土壤摩擦力的標(biāo)志。外間距比大，取土器易于進(jìn)入土層，但太大將會(huì)增大其破土面積，增加面積比。對(duì)一般粘性土和老粘性土的外間距比以1%為宜；對(duì)于軟粘土取零。

式中：Dt-取土筒外徑mm。

3.取土器的基本技術(shù)參數(shù)

4.外間距比（C0）

外間距比系指取土器筒靴外徑與取87常用取土器的基本技術(shù)參數(shù)常用取土器的基本技術(shù)參數(shù)884.取土器的類型(1)按取土器下部封閉形式分：敝口式和封閉式；(2)按取土器上部封閉形式分：球閥封閉式，活閥封閉式和活塞封閉式；(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)按地層分：土層、砂礫石層、砂層和淤泥層取樣器。

4.取土器的類型(1)按取土器下部封閉形式分：敝口式和封閉895.取土器的結(jié)構(gòu)管靴應(yīng)淬火處理，以保證有較大的強(qiáng)度、硬度和剛度；管靴刃口角度因切入土層性質(zhì)不同而有差別，一般切入軟土層時(shí)刃口角度較小，切入硬土層時(shí)較大，對(duì)一般土層，刃口角度約為10°；半開合管內(nèi)裝有取樣筒，取樣筒要求平整、圓度好、光滑；在半開管上部的殘余管長度一般為300mm左右，供儲(chǔ)存土樣上部剩余土之用；閥門及其他密封裝置的主要作用是排開孔內(nèi)水柱對(duì)土樣的壓力，保護(hù)土樣的采取效果。取樣時(shí)，取土器內(nèi)的水可隨土樣進(jìn)入取樣筒內(nèi)，而隨土樣的壓入沖開閥門，經(jīng)上部排水孔排出流入孔壁間隙，提升取土器時(shí)，閥門關(guān)閉，孔內(nèi)水不能進(jìn)入取土器，起到密封作用。

原狀取土器

1-鉆桿接頭；2-球閥；3-殘余管；4-對(duì)開半合管；5-取樣筒；6-管靴5.取土器的結(jié)構(gòu)管靴應(yīng)淬火處理，以保證有較大的強(qiáng)度、硬度和剛906.減少土樣擾動(dòng)的注意事項(xiàng)

(1)在結(jié)構(gòu)性敏感土層和較疏松的砂層中需采用回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)，而不得采用沖擊鉆進(jìn)；(2)用泥漿護(hù)孔，可以減少擾動(dòng)，并注意在孔中保持足夠的靜水壓力，防止因孔內(nèi)水位過低而導(dǎo)致孔底軟粘性土或砂層產(chǎn)生松動(dòng)或涌起；(3)取土鉆孔的孔徑要適當(dāng)，取土器與孔壁間要有一定間隙，避免下放取土器時(shí)切削孔壁，擠進(jìn)過多的廢土，尤其在軟土鉆孔中，時(shí)有縮徑現(xiàn)象，則更需加大取土器與孔壁的間隙；應(yīng)保持鉆孔孔壁垂直，以避免取土器切刮孔壁；(4)取土的前一次鉆進(jìn)不宜過深，以免下部擬取部位的土層受擾動(dòng)。并應(yīng)在正式取土前，把已受一定程度擾動(dòng)的孔底土柱清理掉，避免廢土過多，以及取土器頂部擠壓土樣；取土前還應(yīng)準(zhǔn)確丈量取土器深度和進(jìn)尺深度等尺寸；(5)取土過程中每個(gè)操作工序，均應(yīng)細(xì)致穩(wěn)妥，以免造成擾動(dòng)；取出的土應(yīng)及時(shí)用蠟密封，并注明上下，貼上標(biāo)簽，做好記錄；在土樣封存、運(yùn)輸和開土做試驗(yàn)時(shí)，都應(yīng)注意避免擾動(dòng)，嚴(yán)防振動(dòng)、日曬、雨淋和凍結(jié)。6.減少土樣擾動(dòng)的注意事項(xiàng)(1)在結(jié)構(gòu)性敏感土層和較疏松911.巖礦心采取的基本要求巖礦心采取率

巖礦心采取率即實(shí)際自孔內(nèi)取上的巖礦心長度與實(shí)際鉆進(jìn)進(jìn)尺之比值。對(duì)于巖礦心一般要求：巖心不低于65%，礦心不低于75%，如果不足，應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)取。完整性

要求取上的巖礦心保持原生結(jié)構(gòu)和原有品位，以便劃分礦石類型，觀察礦物原生結(jié)構(gòu)和共生關(guān)系；盡量避免人為破碎、顛倒和擾動(dòng)。純潔性

要求取上的巖礦心不受外物的浸蝕、污染和滲進(jìn)，以免影響礦石的品位、品級(jí)和物理性質(zhì)。如煤心混入粘土將使樣品的灰分增加，滑石混入泥漿將使二氧化硅含量提高等。避免選擇性磨損

礦心的選擇性磨損，會(huì)使其內(nèi)在物質(zhì)成分發(fā)生變化，造成礦物人為貧化和富集，歪曲原品位和品級(jí)。取心部位準(zhǔn)確

要求取上巖礦心的位置準(zhǔn)確，為了得到巖礦層準(zhǔn)確的埋藏深度、厚度和產(chǎn)狀、以準(zhǔn)確地計(jì)算礦產(chǎn)儲(chǔ)量和確定其地質(zhì)構(gòu)造。

1.巖礦心采取的基本要求巖礦心采取率

巖礦心采取率922.影響巖礦心采取率與品質(zhì)的因素

自然因素

影響取心數(shù)量和質(zhì)量的自然因素主要是所鉆巖石的物理力學(xué)性質(zhì)和巖礦層的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造。鉆進(jìn)堅(jiān)硬、致密、均質(zhì)完整的巖礦層時(shí)采取率高，巖礦心不怕沖刷、不怕振動(dòng)，易于得到完整的能保持原生結(jié)構(gòu)的巖礦心；鉆進(jìn)松散、破碎、節(jié)理發(fā)育、膠結(jié)性差和軟硬夾層的巖礦層時(shí)，取出的巖礦心多成塊狀、粒狀、片狀，不僅原生結(jié)構(gòu)遭到破壞，而且采取率低，甚至取不出巖礦心。

2.影響巖礦心采取率與品質(zhì)的因素自然因素

影響取932.1鉆進(jìn)方法選擇不合理

鋼粒鉆進(jìn)時(shí)振動(dòng)大、孔壁間隙大、鉆出的巖礦心細(xì)，對(duì)巖礦心的磨損作用最大；硬質(zhì)合金鉆進(jìn)時(shí)磨損輕微；金剛石鉆進(jìn)時(shí)最小。2.2鉆具結(jié)構(gòu)選用不合理

鉆進(jìn)中使用彎曲或偏心的巖心管、鉆桿、或鉆頭時(shí)，鉆進(jìn)中鉆具回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生離心力和水平振動(dòng)，使巖心受到?jīng)_撞、磨損而破壞。此外，若能根據(jù)所鉆巖礦層性質(zhì)選擇合適的取心工具，就可能取得采取率高和代表性好的巖礦心。

2.影響巖礦心采取率與品質(zhì)的因素

2.1鉆進(jìn)方法選擇不合理

鋼粒鉆進(jìn)時(shí)振動(dòng)大、942.3鉆進(jìn)規(guī)程不當(dāng)

(1)壓力壓力過大將加劇孔底鉆具的彎曲和振動(dòng)，使巖礦心受到強(qiáng)烈的機(jī)械破壞；壓力不足則進(jìn)尺慢，延長了巖礦心在孔底巖心管內(nèi)受破壞作用的時(shí)間。

(2)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速過高，鉆具振動(dòng)幅度增大，對(duì)巖礦心的破壞加劇；轉(zhuǎn)速過低則鉆速低，延長了巖礦心受破壞作用的時(shí)間。

(3)泵量沖洗液量過大則沖刷力也大，加劇了巖礦心被沖毀和磨耗的破壞作用。循環(huán)方式的不合理，也會(huì)造成巖礦心被沖刷破壞和重復(fù)磨損。2.4操作方法不正確

鉆進(jìn)中盲目追求進(jìn)尺，回次時(shí)間過長，提鉆不及時(shí)，都會(huì)增加巖礦心在孔底被破壞的可能性；提動(dòng)鉆具過猛或采心方法不當(dāng)，則易造成巖礦心脫落；退心時(shí)過分敲打易造成巖礦心的人為破碎和上下順序顛倒，影響巖礦心的完整性，歪曲巖礦心的層次。

2.3鉆進(jìn)規(guī)程不當(dāng)

(1)壓力壓力過大將加劇孔底鉆95在第一類巖礦層中可采用單管硬質(zhì)合金、鋼粒、金剛石鉆進(jìn)，用卡料或卡簧取心都能達(dá)到滿意的效果。而在二～五類巖礦層中，如何采用適當(dāng)?shù)娜⌒墓ぞ吆头椒▉磉_(dá)到取心質(zhì)量要求是必須重視的問題。

在第一類巖礦層中可采用單管硬質(zhì)合金、鋼粒、金剛石鉆進(jìn)，用卡料961.卡取巖心的方法

卡料卡取法

當(dāng)用硬質(zhì)合金和鋼粒鉆進(jìn)中硬及中硬以上、完整的巖礦層時(shí)，鉆進(jìn)回次終了時(shí)，可從鉆桿內(nèi)向孔底投入卡料（小碎石、鐵絲、鋼粒等）卡緊并扭斷巖心。用卡料卡心時(shí)，要注意卡料的粒度、長度、粗細(xì)、硬度和投入量，卡料的粒度和粗細(xì)應(yīng)與巖心和巖心管之間的間隙相適應(yīng)。

卡簧卡取法

卡簧（也稱提斷器）裝于鉆頭體的內(nèi)錐面上，回次終了時(shí)稍上提鉆具，即可把巖心卡住并拉斷。它主要在金剛石鉆頭、針狀硬質(zhì)合金鉆頭上使用，適用于巖心完整、直徑均勻的中硬及中硬以上地層?？ɑ梢话阌?0#鉻鋼或65#錳鋼加工，并經(jīng)淬火處理。應(yīng)注意卡簧與卡簧座、卡簧與巖心之間隙必須很好配合。常用的卡簧結(jié)構(gòu)（圖7-6）有三種形式：內(nèi)槽式卡簧，外槽式卡簧和切槽式卡簧。

1.卡取巖心的方法卡料卡取法

當(dāng)用硬質(zhì)合金和鋼粒鉆進(jìn)中97干鉆卡取法

在回次終了停止送水，干鉆進(jìn)尺一小段（20～30cm），利用未排除的巖粉來擠塞住巖礦心，再通過回轉(zhuǎn)將其扭斷提出。它適用于硬質(zhì)合金鉆進(jìn)用卡料和卡簧都卡不住的松散、軟質(zhì)和塑性巖礦層。沉淀卡取法

在回次終了停止沖洗液循環(huán)，利用巖心管內(nèi)懸浮巖粉的沉淀，擠塞卡牢巖礦心。此法適用于反循環(huán)鉆進(jìn)和在松軟、脆、碎的巖礦層。通常沉淀10～20min。楔斷器卡取法

在鉆進(jìn)回次終了將鉆具提出孔外，下入楔斷器，利用吊錘沖擊楔子將巖心楔斷，再下入夾具將巖心提出。該法適用于大直徑和巖石比較堅(jiān)硬、完整的巖礦層鉆進(jìn)。

干鉆卡取法

在回次終了停止送水，干鉆進(jìn)尺一小段（2982.單管鉆具

單層巖心管鉆具簡稱單管鉆具，它是最簡單的取心鉆具。為提高巖礦心采取率，防止提鉆過程中巖礦心脫落，常在單管鉆具中增加分水投球接頭和活動(dòng)分水帽。

工作原理：正常鉆進(jìn)時(shí)，沖洗液通過分水接頭2的中心孔直接進(jìn)入巖心管內(nèi)，邊緣開有若干水口的活動(dòng)分水帽9呈傘形保護(hù)巖心不受沖洗液直接沖刷，且分水帽隨巖心一起上移。提鉆前由鉆桿柱內(nèi)投入球閥落于球座活塞6上，將中心水道封閉，在水壓作用下球閥活塞向下移動(dòng)，當(dāng)超過管壁小卡5的位置時(shí)，小卡在彈簧作用下伸出將活塞擋住，這時(shí)通水孔被打開，沖洗液由此孔排出，使孔底形成干鉆條件?；顒?dòng)分水投球鉆具

1-導(dǎo)向管；2-分水投球接頭；3-取球孔螺塞；4-小卡螺塞；5-小卡及彈簧；6-帶閥座的活塞；7-彈簧；8-彈簧座；9-活動(dòng)分水帽；10-硬質(zhì)合金鉆頭；11-通水孔2.單管鉆具單層巖心管鉆具簡稱993.雙管鉆具

雙層巖心管鉆具是提高巖礦心采取率和采樣質(zhì)量的重要工具，在復(fù)雜地層和金剛石鉆進(jìn)中，應(yīng)用較為普遍。為了適應(yīng)各類不同特點(diǎn)的巖礦層，雙管鉆具的結(jié)構(gòu)又分為雙動(dòng)雙管鉆具和單動(dòng)雙管鉆具。

雙動(dòng)雙管是內(nèi)、外兩層巖心管同時(shí)回轉(zhuǎn)的鉆具（圖示），主要由雙管接頭，內(nèi)、外巖心管，內(nèi)、外鉆頭和止逆閥組成。一般用于鉆進(jìn)Ⅰ～Ⅶ級(jí)的松散、易坍塌和怕沖刷的巖礦層。

1-回水孔；2-雙管接頭；3-球閥；5-外管；6-內(nèi)管；7、8-外、內(nèi)硬質(zhì)合金鉆頭;9-送水孔3.雙管鉆具雙層巖心管鉆具是提高巖礦心采取率和采樣質(zhì)量的重100鉆進(jìn)時(shí)，內(nèi)外管帶動(dòng)內(nèi)外鉆頭同時(shí)回轉(zhuǎn)并破碎巖石，沖洗液經(jīng)雙管接頭進(jìn)入內(nèi)、外管間的環(huán)狀間隙，沖洗孔底后再沿外管與孔壁的間隙返至地面，避免了對(duì)巖礦心直接沖刷。內(nèi)管中的沖洗液，隨巖礦心的進(jìn)入沖開止逆閥3，經(jīng)回水孔1排至外環(huán)間隙，同時(shí)球閥3隔離了鉆桿內(nèi)沖洗液液柱的壓力對(duì)巖礦心的相互擠壓和磨損的影響。

為了保護(hù)巖礦心根部不被沖刷，雙動(dòng)雙管鉆具的內(nèi)鉆頭大都超前于外鉆頭，一般為20～50mm，巖層越松散，膠結(jié)性越差，超前距離就越大。

鉆進(jìn)時(shí)，內(nèi)外管帶動(dòng)內(nèi)外鉆頭同時(shí)回轉(zhuǎn)并破碎巖石101單動(dòng)雙管鉆具

鉆進(jìn)過程中，外管轉(zhuǎn)動(dòng)而內(nèi)管不轉(zhuǎn)動(dòng)的雙管鉆具稱為單動(dòng)雙管鉆具。它比雙動(dòng)雙管鉆具優(yōu)越，主要表現(xiàn)為鉆進(jìn)中不僅避免了沖洗液直接沖刷巖礦心，更重要的是避免了振動(dòng)、擺動(dòng)和摩擦力對(duì)巖礦心的破壞作用。另外，有些單動(dòng)雙管還設(shè)有防振、防污、防脫及退心的裝置。因此，巖礦心的采取率、完整度、純潔性等均有較大提高，代表性更好。

1-上接頭;2-耐磨穩(wěn)定環(huán);3-外管接頭;4-單動(dòng)部分;5-心軸(調(diào)節(jié)螺桿);6-鎖緊螺母;7-內(nèi)管接頭;8-外管;9-內(nèi)管;10-擴(kuò)孔器;11-短節(jié);12-卡簧;13-卡簧座;14-鉆頭

單動(dòng)雙管鉆具

鉆進(jìn)過程中，外管轉(zhuǎn)動(dòng)而內(nèi)管不轉(zhuǎn)動(dòng)的雙管鉆具102繩索取心鉆具是一種不提鉆取心的鉆進(jìn)裝置，即在鉆進(jìn)過程中，當(dāng)內(nèi)巖心管裝滿巖心或巖心堵塞時(shí)，不需要把孔內(nèi)全部鉆桿柱提升到地表，而是借用專用的打撈工具和鋼絲繩把內(nèi)巖心管從鉆桿柱內(nèi)撈取上來，只有當(dāng)鉆頭被磨損需要檢查或更換時(shí)，才提升全部鉆桿柱。

繩索取心鉆具的應(yīng)用范圍很廣，它不受鉆孔深度的影響，從幾十米的淺孔直至超萬米的超深孔均可使用，而且鉆孔越深其優(yōu)越性越能顯示；可以鉆進(jìn)任意方向的鉆孔和鉆進(jìn)各種地層，在Ⅵ～Ⅸ級(jí)中等硬度的巖層中效果尤為顯著；針對(duì)不同的地層，該鉆具既可用清水，又可用優(yōu)質(zhì)泥漿，還可采用泡沫等作為沖洗介質(zhì)。

整套繩索取心鉆具分為單動(dòng)雙層巖心管和打撈器兩大部分

繩索取心鉆具是一種不提鉆取心的鉆進(jìn)103繩索取心鉆具的優(yōu)缺點(diǎn)分析（優(yōu)點(diǎn)）

(1)在巖心鉆探過程中，升降鉆具是一項(xiàng)費(fèi)時(shí)、費(fèi)力的輔助工序。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在不深的鉆孔中一般純鉆進(jìn)時(shí)間和升降鉆具各占30%～40%左右。鉆孔越深，升降鉆具所占的時(shí)間比例越大。因此，繩索取心鉆進(jìn)是巖心鉆探領(lǐng)域一次重大的技術(shù)革命。由于減少了升降鉆具的輔助時(shí)間，因而提高了時(shí)間利用率，使回次鉆速、技術(shù)鉆速一般可提高25%～100%左右。(2)巖礦心采取率高。由于繩索取心在鉆進(jìn)過程中遇到巖心堵塞時(shí)，機(jī)構(gòu)會(huì)報(bào)信，可立即起鉆提取巖心，減少了巖心在巖心管內(nèi)磨損時(shí)間，從而有利于提高巖礦心采取率和質(zhì)量。(3)鉆頭壽命長。由于提鉆次數(shù)減少，對(duì)金剛石鉆頭損壞的機(jī)會(huì)也相應(yīng)減少，加之繩索取心鉆桿與孔壁間隙小，鉆頭工作穩(wěn)定，因而相對(duì)地延長了鉆頭壽命。(4)在復(fù)雜地層中鉆進(jìn)適應(yīng)性強(qiáng)。它提鉆次數(shù)少，減少了孔壁裸露的機(jī)會(huì)，此外，鉆桿柱還可起到套管的作用，因此，有利于快速穿過復(fù)雜地層。(5)工人勞動(dòng)強(qiáng)度低。用普通鉆進(jìn)方法鉆進(jìn)時(shí)，升降鉆具次數(shù)多，工人擰卸鉆桿的勞動(dòng)強(qiáng)度大，而繩索取心鉆進(jìn)可使勞動(dòng)強(qiáng)度大大降低。

繩索取心鉆具的優(yōu)缺點(diǎn)分析（優(yōu)點(diǎn)）

(1)在巖心鉆探過程中，104(1)鉆桿柱與孔壁間隙小，增加了鉆桿柱的磨損，使得沖洗液循環(huán)阻力增大。(2)繩索取心鉆頭壁較厚，鉆桿柱較粗，回轉(zhuǎn)阻力大，動(dòng)力消耗大，鉆進(jìn)硬巖時(shí)，效果較差。(3)要求鉆桿的材質(zhì)好，加工精度高，鉆桿價(jià)格較高。繩索取心鉆具的優(yōu)缺點(diǎn)分析（缺點(diǎn)）

(1)鉆桿柱與孔壁間隙小，增加了鉆桿柱的磨損，使得沖洗液循105孔底局部反循環(huán)取心

凡是沖洗介質(zhì)循環(huán)方式與傳統(tǒng)的正循環(huán)方式相反的鉆進(jìn)方法，皆可稱為反循環(huán)鉆進(jìn)。巖心鉆探中的反循環(huán)，有孔底局部反循環(huán)和全孔反循環(huán)兩種。

孔底局部反循環(huán)取心凡是沖洗介質(zhì)循環(huán)方式與傳統(tǒng)的正1061.無泵反循環(huán)鉆具

所謂無泵反循環(huán)是指在鉆進(jìn)中不用水泵沖洗鉆孔，而是利用孔內(nèi)的靜水柱壓力和上下提動(dòng)鉆具在孔底形成局部反循環(huán)而實(shí)現(xiàn)沖洗孔底的鉆進(jìn)。

無泵反循環(huán)鉆具的結(jié)構(gòu)比較簡單，通常由無泵接頭、球閥、取粉管、巖心管接頭和巖心管等組成。

工作原理：回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)的同時(shí)，每分鐘數(shù)十次地上下提動(dòng)鉆具數(shù)十厘米。上提時(shí)球閥3關(guān)閉，則粗徑鉆具在孔中有類似活塞的抽吸作用，將混有巖粉的沖洗液吸入巖心管6中；迅速下落時(shí)，被吸進(jìn)來的沖洗液在壓力作用下沖開球閥，并從其上的回水口2流出，巖粉即沉淀于取粉管中。由于反復(fù)提動(dòng)鉆具，使沖洗液在孔底形成局部反循環(huán)，從而達(dá)到清除巖粉、冷卻鉆頭和提高采心質(zhì)量的目的。其卡取巖心是采用干鉆和沉淀相結(jié)合的方法。1.無泵反循環(huán)鉆具

所謂無泵反循環(huán)是指在鉆進(jìn)中不1072.噴射式孔底反循環(huán)鉆具

噴射式孔底反循環(huán)鉆具（簡稱噴反鉆具），它不必頻繁地上下提動(dòng)鉆具，而是利用射流泵的工作原理形成孔底反循環(huán)。工作原理：當(dāng)水泵送來的高壓沖洗液沿鉆桿1經(jīng)接頭2、3進(jìn)入噴嘴4，由于噴嘴內(nèi)腔為錐形，且噴嘴口斷面較小，因此，沖洗液以高速（達(dá)13～15m/s）射入擴(kuò)散管5中。在此高速射流的作用下，噴嘴與擴(kuò)散管所組成的噴射器周圍的液體，被射流帶走一部分而形成負(fù)壓區(qū)，在壓力差的作用下，下部巖心管8中液體被抽吸到噴射器里，高速液流和吸入的液體便在混合室12內(nèi)混合，進(jìn)行能量傳遞和交換（高速液流的動(dòng)能變?yōu)閴毫δ?，被吸液體的壓力能變?yōu)閯?dòng)能）后流入喉管13；再經(jīng)擴(kuò)散管和出水孔11或彎管排出。排出的沖洗液一部分在剩余壓力作用下，沿鉆桿與孔壁的環(huán)狀間隙返回地面；一部分在負(fù)壓作用下流向孔底，進(jìn)入巖心管內(nèi)形成孔底反循環(huán)，而沖洗孔底。

2.噴射式孔底反循環(huán)鉆具

噴射式孔底反循環(huán)鉆具（簡稱噴108全孔反循環(huán)取心

凡全孔反循環(huán)取心也稱為反循環(huán)連續(xù)取心，它是一種不提鉆，利用循環(huán)介質(zhì)把巖心（或巖屑）經(jīng)鉆桿的中心通道連續(xù)不斷地輸送到地表的取心方法。

全孔反循環(huán)取心的分類方法很多，主要有如下幾種：

根據(jù)輸送巖心（或巖屑）的原理不同可分為：氣舉反循環(huán)、泵吸反循環(huán)、泵壓反循環(huán)。

根據(jù)反循環(huán)的沖洗介質(zhì)的不同可分為：空氣反循環(huán)，清水（泥漿）反循環(huán)。

根據(jù)所排出的樣品不同可分為：反循環(huán)取心，反循環(huán)取屑。全孔反循環(huán)取心凡全孔反循環(huán)取心也稱為反循環(huán)連續(xù)取心109全孔反循環(huán)取心的工作原理

水力反循環(huán)連續(xù)取心方法如圖7-14所示。沖洗液由水泵壓入經(jīng)雙管水龍頭1進(jìn)入雙層鉆桿內(nèi)外管的環(huán)狀間隙，到達(dá)孔底而開始分流，其中大部分進(jìn)入內(nèi)管中，以反循環(huán)方式向上流動(dòng)（水的上升速度約3m/s，空氣一般為25m/s或更大），把巖心及巖屑攜帶到水龍頭處，再通過巖心回流軟管3將巖心排至巖心收集器內(nèi)；另一小部沖洗液從鉆桿與孔壁之間狹小的環(huán)狀間隙，接正循環(huán)方式緩慢地向上流動(dòng)，起到穩(wěn)定孔壁和潤滑鉆具的作用。改變所用碎巖鉆頭形式，可分別得到巖心和巖屑，若采用取心鉆頭，在鉆具的內(nèi)管下部裝有巖心切斷器（圖中未畫出），當(dāng)鉆成的巖心達(dá)到一定長度時(shí)（直徑的2倍），即被巖心切斷器所切斷，這樣，巖心就被成段地連續(xù)不斷地從孔底輸至地表。若采用牙輪鉆頭，那么得到的就是巖屑被輸至地表。

全孔反循環(huán)取心的工作原理

水力反循環(huán)連續(xù)取心方法如圖7-110全孔反循環(huán)連續(xù)取心的優(yōu)缺點(diǎn)

(1)鉆進(jìn)效率高由于無需提鉆取心，減少了升降鉆具及其他輔助時(shí)間，和繩索取心相比，還減少了打撈內(nèi)管總成的時(shí)間，時(shí)間利用率高，臺(tái)月效率也高，前蘇聯(lián)在Ⅱ～Ⅳ級(jí)地層中最高臺(tái)月率超過萬米。

(2)巖心采取率高，取心質(zhì)量好由于沖洗液的反向循環(huán)，它與巖心進(jìn)入巖心管的方向一致，避免了沖洗液對(duì)巖礦心的正面沖刷和液柱壓力對(duì)巖（礦）心進(jìn)入巖心管的阻力，減少其流失和重復(fù)破碎；同時(shí)，還能使巖（礦）心在巖心管內(nèi)呈懸浮狀態(tài)，減輕了選擇性磨損。這些，有利于提高松散破碎和怕沖刷的復(fù)雜地層的取心質(zhì)量。采取率一般可達(dá)95%以上。由于樣品從內(nèi)管中心被輸?shù)降乇?，樣品上返速度快，可及時(shí)判斷樣品深度，具有真實(shí)性。

(3)孔底干凈由于巖粉及時(shí)被排出，減少孔底重復(fù)破碎，避免了鉆頭唇面由于巖粉不能及時(shí)排出而形成的“緩沖墊”，因此，可大幅度提高時(shí)效，且延長了鉆頭的壽命。

(4)易于穿過復(fù)雜地層對(duì)于易坍塌、漏失、掉塊、破碎等復(fù)雜地層，鉆孔可以不下套管，外管就等于跟管鉆進(jìn)的套管。

(5)單位成本低國外資料統(tǒng)計(jì)表明，相同地層條件下，反循環(huán)連續(xù)取屑鉆進(jìn)的成本，僅為普通取心鉆進(jìn)的1/5～1/3。

但是，目前全孔反循環(huán)取心還存在如下問題：鉆進(jìn)深度和巖層有一定的局限性，遠(yuǎn)不能完全取代普通巖心鉆探，如鉆進(jìn)石棉、水銀等礦層時(shí)，碎屑狀的巖樣破壞了地層的原狀結(jié)構(gòu)，難以直接獲得所鉆地層的真實(shí)屬性；遇到堅(jiān)硬巖層時(shí)，巖心難以切斷或巖心切斷器磨損嚴(yán)重；另外鉆探設(shè)備和附屬工具過于笨重，一次性投資大，這些都嚴(yán)重影響了它的推廣速度。全孔反循環(huán)連續(xù)取心的優(yōu)缺點(diǎn)

(1)鉆進(jìn)效率高由于111采集巖粉

巖粉可以在取心鉆進(jìn)，不取心鉆進(jìn)和擴(kuò)孔時(shí)進(jìn)行收集。正循環(huán)鉆進(jìn)時(shí)順便采集的巖粉，只作為輔助性樣品，補(bǔ)充說明巖心樣品的信息；利用孔底局部反循環(huán)和孔底巖粉收集裝置獲得的巖粉才具有代表性。巖粉的采集可以在地表也可以在孔底，但若用空氣洗孔時(shí)，只能在地表采集。采集巖粉

巖粉可以在取心鉆進(jìn)，不取心鉆進(jìn)和擴(kuò)孔時(shí)進(jìn)行1121.巖粉沉淀槽

巖粉沉淀槽［圖7-15(a)］中設(shè)有隔板，槽子的坡度不大于1∶125，以保證液流速度低于臨界值。巖粉沉淀在槽中之后，將上部的水倒出，取出巖粉晾干，然后置于口袋中，并在標(biāo)簽上注明取樣地點(diǎn)和時(shí)間以及取樣孔段的深度等。收集巖粉時(shí)，在沉淀槽系統(tǒng)中離孔口不遠(yuǎn)處還可增設(shè)集粉箱。

2.巖粉旋流分離器

巖粉旋流分離器［圖7-15(b)］是一種上部為圓柱體的漏斗擴(kuò)散器。其中帶專門噴嘴的進(jìn)液管以切線方向與圓柱體部分連接，含巖粉的沖洗液經(jīng)此管進(jìn)入擴(kuò)散器，并且圍繞擴(kuò)散器軸線作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，巖粉顆粒在離心力作用下拋向擴(kuò)散器壁，同時(shí)在重力作用下沉落并聚集在其下部,然后從擴(kuò)散器排粉孔中取出，清除了巖粉的液體由上部出液管排出。巖粉旋流分離器圓柱體部分的直徑為150～175mm,漏斗錐度為30°～40°，從泥漿中分離出來的巖粉顆粒直徑達(dá)0.02mm。1.巖粉沉淀槽

巖粉沉淀槽［圖7-15(a)］中設(shè)有隔113補(bǔ)取巖樣

1.側(cè)壁取樣

側(cè)壁取樣器的類型很多，有彈簧壓筒取樣器、水力刮刀取樣器、水力沖射取樣器和放炮取樣器，下面僅介紹彈簧壓筒取樣器。

彈簧壓筒取樣器（圖7-16）的外殼側(cè)面開有切槽，內(nèi)藏彈簧1和取樣壓筒3，壓筒可圍繞軸銷4轉(zhuǎn)動(dòng)。補(bǔ)取巖樣時(shí)，用鉆桿或鋼繩（在此情況下要增加重鍾）下入孔內(nèi)補(bǔ)取巖樣處，壓筒靠彈簧拉力緊貼于孔壁，上提取樣器，壓筒壓進(jìn)孔壁巖礦層，裝滿樣品并轉(zhuǎn)動(dòng)大約180°，壓筒朝下，卡簧2將巖樣保持在壓筒內(nèi)，萬一巖樣從壓筒中脫落，也會(huì)掉在取樣器的底座5內(nèi)。

2.偏斜補(bǔ)心

偏斜補(bǔ)心是借助于導(dǎo)斜楔使取樣筒沿楔面壓入孔壁巖礦層取心，或者打分支孔鉆取巖礦層取心。這兩種方法都類似于定向鉆進(jìn)，將在后續(xù)課程中講述，不再贅述。補(bǔ)取巖樣1.側(cè)壁取樣

側(cè)壁取樣器的類型很多，114彈簧壓筒取樣器彈簧壓筒取樣器115巖土工程勘探與取樣課件116常規(guī)厚壁取樣器常規(guī)厚壁取樣器117寫在最后成功的基礎(chǔ)在于好的學(xué)習(xí)習(xí)慣Thefoundationofsuccessliesingoodhabits118寫在最后成功的基礎(chǔ)在于好的學(xué)習(xí)習(xí)慣118謝謝大家榮幸這一路，與你同行It'SAnHonorToWalkWithYouAllTheWay講師：XXXXXXXX年XX月XX日

謝謝大家講師：XXXXXX119勘探與取樣工程地質(zhì)測(cè)繪與調(diào)查巖土工程勘探與取樣原位測(cè)試與室內(nèi)試驗(yàn)現(xiàn)場檢驗(yàn)與監(jiān)測(cè)3S技術(shù)應(yīng)用地質(zhì)雷達(dá)勘探與取樣工程地質(zhì)測(cè)繪與調(diào)查120物探工程鉆探工程坑探工程采取土樣勘探工程的布置物探工程鉆探工程坑探工程采取土樣勘探工程的布置121巖土工程勘探是在工程地質(zhì)測(cè)繪的基礎(chǔ)上，利用各種設(shè)備、工具直接或間接深入地下巖土層，查明地下巖土性質(zhì)、結(jié)構(gòu)構(gòu)造、空間分布、地下水條件等內(nèi)容的勘察工作，是探明深部地質(zhì)情況的一種可靠的方法。巖土工程勘探是在工程地質(zhì)測(cè)繪的基礎(chǔ)上，利用各122

探明建筑場地的巖性及地質(zhì)構(gòu)造，即各地層的厚度、性質(zhì)及其變化；劃分地層并確定其接觸關(guān)系；了解基巖的風(fēng)化程度，劃分風(fēng)化帶；了解巖層的產(chǎn)狀、裂隙發(fā)育程度及其隨深度的變化；了解褶皺、斷裂、破碎帶及其他地質(zhì)構(gòu)造的空間分布和變化。探明水文地質(zhì)條件，即含水層、隔水層的分布、埋藏深度、性質(zhì)及地下水位。探明地貌及物理地質(zhì)現(xiàn)象，包括河谷階地、沖洪積扇、坡積層的位置和土層結(jié)構(gòu)；巖溶的規(guī)模及發(fā)育程度；滑坡及泥石流的分布、范圍、性質(zhì)等。采取巖土樣及水樣，提供對(duì)巖土特性進(jìn)行鑒定和各種試驗(yàn)所需的樣品。提供野外測(cè)試條件。探明建筑場地的巖性及地質(zhì)構(gòu)造，即各地層的厚度、性質(zhì)123

物理地質(zhì)現(xiàn)象是指大量的地質(zhì)變遷現(xiàn)象。地質(zhì)現(xiàn)象有滑坡、泥石流、巖崩、巖溶、巖堆（坡積層）、軟弱土、膨脹土、濕陷性黃土、凍土、水害、采空區(qū)以及強(qiáng)震區(qū)（高地應(yīng)力）等。物理地質(zhì)現(xiàn)象是指大量的地質(zhì)變遷現(xiàn)象。地質(zhì)124地球物理勘探：利用專門的儀器來探測(cè)各種地質(zhì)體物理場的分布情況，并對(duì)其數(shù)據(jù)及繪制的曲線進(jìn)行分析解釋，從而劃分地層、判定地質(zhì)構(gòu)造、水文地質(zhì)條件及各種不良地質(zhì)現(xiàn)象，又稱為物探工程。理論依據(jù)：地質(zhì)體的物理性質(zhì)——導(dǎo)電性、彈性、磁性、密度、放射性等；地質(zhì)體的物理狀態(tài)——含水率、空隙性、固結(jié)狀態(tài)等；

通過量測(cè)這些物理場的分布和變化特征，結(jié)合已知的地質(zhì)資料進(jìn)行分析研究，繼而推測(cè)地質(zhì)性狀。

地球物理勘探：利用專門的儀器來探測(cè)各種地質(zhì)體物理場的分布情況125物探工程的特點(diǎn)：速度快、設(shè)備輕便、效率高、成本低，但具有多解性，屬間接方法。主要作用：作為鉆探的先行手段，了解隱蔽的地質(zhì)界線、界面或異常點(diǎn)（如基巖面、風(fēng)化帶、斷層破碎帶、巖溶洞穴等）；作為鉆探的輔助手段，在鉆孔之間增加地球物理勘探點(diǎn)，為鉆探成果的內(nèi)插、外推提供依據(jù)；作為原位測(cè)試手段，測(cè)定巖土體的波速、動(dòng)彈性模量、土對(duì)金屬的腐蝕性等參數(shù)。物探工程的特點(diǎn)：126物探工程主要解決的問題：測(cè)定覆蓋層的厚度，確定基巖的埋深和起伏變化；追溯斷層破碎帶和裂隙密集帶；研究巖石的彈性性質(zhì)，測(cè)定巖石的動(dòng)彈性模量和泊松比；劃分巖體的風(fēng)化帶、測(cè)定風(fēng)化殼厚度和新鮮基巖的起伏變化。物探工程主要解決的問題：127類別方法名稱適用范圍電法電阻率法電剖面法測(cè)定基巖深度；探測(cè)隱伏斷層、破碎帶；探測(cè)地下洞穴；探測(cè)地下或水下隱埋物體；電測(cè)深法測(cè)定基巖深度、劃分松散沉積巖層序和基巖風(fēng)化帶；探測(cè)隱伏斷層、破碎帶；探測(cè)地下洞穴；測(cè)定潛水面深度和含水層分布；探測(cè)地下或水下隱埋物體；充電法探測(cè)地下洞穴；測(cè)定地下水流速、流向；探測(cè)地下或水下隱埋物體；探測(cè)地下管線；自然電場法探測(cè)隱伏斷層、破碎帶；測(cè)定地下水流速、流向；激發(fā)極化法探測(cè)隱伏斷層、破碎帶；探測(cè)地下洞穴；劃分沉積巖層序；測(cè)定潛水面深度和含水層分布；探測(cè)地下或水下隱埋物體；高密度電阻率法測(cè)定潛水面深度和含水層分布；探測(cè)地下或水下隱埋物體；電磁法電磁感應(yīng)法測(cè)定基巖深度；探測(cè)隱伏斷層、破碎帶；探測(cè)地下洞穴；探測(cè)地下或水下隱埋物體；探測(cè)地下管線；頻率測(cè)深測(cè)定基巖深度、劃分松散沉積巖層序和基巖風(fēng)化帶；探測(cè)隱伏斷層、破碎帶；探測(cè)地下洞穴；探測(cè)河床水深及沉積泥沙厚度；探測(cè)地下或水下隱埋物體；探測(cè)地下管線；甚低頻法探測(cè)隱伏斷層、破碎帶；探測(cè)地下或水下隱埋物體；探測(cè)地下管線；地質(zhì)雷達(dá)測(cè)定基巖埋深、劃分松散沉積巖層序和基巖風(fēng)化帶；探測(cè)隱伏斷層、破碎帶；探測(cè)地下洞穴；測(cè)定潛水面深度和含水層分布；探測(cè)河床水深及泥沙沉積厚度；探測(cè)地下或水下隱埋物體；探測(cè)地下管線；地下電磁波法探測(cè)隱伏斷層、破碎帶；探測(cè)地下洞穴；探測(cè)地下或水下隱埋物體；探測(cè)地下管線；類別方法名稱適用范圍電電阻率法電剖面法測(cè)定基巖深度；探測(cè)隱伏128類別方法名稱適用范圍地震波法折射波法測(cè)定基巖埋深、劃分松散沉積巖層序和基巖風(fēng)化帶；測(cè)定潛水面深度和含水層分布；探測(cè)河床水深及沉積泥沙厚度；反射波法測(cè)定基巖埋深、劃分松散沉積巖和基巖風(fēng)化帶；探測(cè)隱伏斷層、破碎帶；探測(cè)地下洞穴；測(cè)定潛水面深度和含水層分布；探測(cè)河床水深及沉積泥沙厚度；探測(cè)地下或水下隱埋物體；探測(cè)地下管線；直達(dá)波法（單孔法和跨孔法）劃分松散沉積巖層序和基巖風(fēng)化帶；瑞利波法測(cè)定基巖埋深、劃分松散沉積巖層序和基巖風(fēng)化帶；探測(cè)隱伏斷層、破碎帶；探測(cè)地下洞穴；探測(cè)地下隱埋物體；探測(cè)地下管線；聲波法聲波法測(cè)定基巖埋深、劃分松散沉積巖層序和基巖風(fēng)化帶；探測(cè)隱伏斷層、破碎帶；探測(cè)洞穴和地下水或水下隱埋物體；探測(cè)地下管線；探測(cè)滑坡體的滑動(dòng)面；聲吶法探測(cè)河床水深及沉積泥沙厚度；探測(cè)地下或水下隱埋物體；地球物理測(cè)井（放射性井、電測(cè)井、電視測(cè)井）劃分松散沉積巖層序和基巖風(fēng)化帶；探測(cè)地下洞穴；測(cè)定潛水面深度和含水層分布；探測(cè)地下或水下隱埋物體；類別方法名稱適用范圍地折射波法測(cè)定基巖埋深、劃分松散沉積巖層129電阻率法依靠人工建立直流電場，在地表測(cè)量某點(diǎn)垂直方向或水平方向的電阻率變化，從而推斷地表下地質(zhì)體性狀。影響巖土介質(zhì)電阻率的因素：介質(zhì)組分、巖石的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、孔隙性、濕度、礦化度、溫度等。電阻率剖面法：聯(lián)合剖面法、中間梯度法、對(duì)稱四極剖面法。電測(cè)深法。高密度電阻率法。電阻率法依靠人工建立直流電場，在地表測(cè)量某點(diǎn)垂直方向或水平方130電阻率法解決的地質(zhì)問題：確定不同的巖性，進(jìn)行地層巖性的劃分；探查褶皺構(gòu)造形態(tài)，尋找斷層；探查覆蓋層厚度、基巖起伏及風(fēng)化殼厚度；探查含水層的分布情況、埋藏深度及厚度，尋找充水?dāng)鄬蛹爸鲗?dǎo)沖水裂隙方向；探查巖溶發(fā)育情況及滑坡體的分布范圍；尋找古河道的空間位置。電阻率法解決的地質(zhì)問題：131地震反射波法通過人工激發(fā)的地震波在地殼內(nèi)傳播的特點(diǎn)來探查地質(zhì)體。主要解決的地質(zhì)問題：測(cè)定覆蓋層的厚度，確定基巖的埋深和起伏變化；追索斷層破碎帶和裂隙密集帶；研究巖石的彈性性質(zhì)，測(cè)定巖石的動(dòng)彈性模量和動(dòng)泊松比；劃分巖體的風(fēng)化帶，測(cè)定風(fēng)化殼厚度和新鮮基巖的起伏變化。地震反射波法通過人工激發(fā)的地震波在地殼內(nèi)傳播的特點(diǎn)來探查地質(zhì)132物探工程的一般要求被探測(cè)對(duì)象與周圍介質(zhì)之間有明顯的物理性質(zhì)差異；被探測(cè)對(duì)象具有一定的埋藏深度和規(guī)模，且地球物理異常有足夠的強(qiáng)度；能抑制干擾，區(qū)分有用信號(hào)和干擾信號(hào)；在有代表性地段進(jìn)行方法的有效性試驗(yàn)。物探工程的一般要求被探測(cè)對(duì)象與周圍介質(zhì)之間有明顯的物理性質(zhì)差133地震勘探地震勘探主要是研究人工激發(fā)的地震（彈性）波在淺層巖土介質(zhì)中的傳播規(guī)律。地震波的波場特征：運(yùn)動(dòng)學(xué)特征（波傳播的時(shí)間與空間的關(guān)系，是地震波對(duì)地下地質(zhì)體的構(gòu)造響應(yīng)）；動(dòng)力學(xué)特征（波傳播中其振幅、頻率、相位等的變化規(guī)律，多表現(xiàn)出地下地質(zhì)體的巖性特征，亦是地質(zhì)體結(jié)構(gòu)特征的響應(yīng)）；工程地