工程地質(zhì)鉆探的概念
工程地質(zhì)鉆探是獲取地表下準(zhǔn)確的地質(zhì)資料的重要的方法,而且通過(guò)鉆探的鉆孔采取原狀巖土樣和做現(xiàn)場(chǎng)力學(xué)試驗(yàn)也是工程地質(zhì)鉆探的任務(wù)之一。
鉆探是指在地表下用鉆頭鉆入地層的勘探方法。在地層內(nèi)鉆成直徑較小并具有相當(dāng)深度的圓通形孔眼的孔稱為鉆孔。通常將直徑大于等于800mm以上的鉆孔稱為大直徑鉆井。
鉆孔的要素如圖所示。鉆孔上部口徑較大,下部口徑較小,成階梯狀。鉆孔的上部為孔口,底部為孔底;四周側(cè)壁為孔壁。鉆孔斷面的直徑為孔經(jīng);由大孔經(jīng)改為小孔經(jīng)稱換經(jīng)。從孔口到孔底的距離為孔深。
鉆探過(guò)程中有三個(gè)基本程序:
破碎巖土:在工程地質(zhì)鉆探中廣泛采用人力和機(jī)械方法,使小部分巖土脫離整體而成為粉末、巖土塊或巖土芯的現(xiàn)象,叫做破碎巖土。巖土的破碎是借助于沖擊力、剪切力、研磨和壓力來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
采取巖土:用沖洗液(或壓縮空氣)將破碎的碎屑沖到孔外,或者用鉆具(抽筒、勺形鉆頭、螺旋鉆頭、取土器、巖芯管等)靠人力或機(jī)械將孔底的碎屑或樣芯取出于地面。
保全孔壁:為了順利地進(jìn)行鉆探工作,必須保護(hù)好孔壁,不使其坍塌。一般使用套管和泥漿來(lái)護(hù)壁。
工程地質(zhì)鉆探可根據(jù)巖土破碎的方式,將鉆進(jìn)的方法分為以下四種:
沖擊鉆進(jìn)
沖擊鉆進(jìn)法采用底部圓環(huán)狀鉆頭。鉆進(jìn)時(shí)將鉆具提升到一定高度,利用鉆具自重,迅猛放落,鉆具在下落時(shí)產(chǎn)生沖擊動(dòng)能,沖擊孔底巖土層,使巖土層達(dá)到破碎之目的而加深鉆孔。
回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)
回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)法采用底部嵌焊有硬質(zhì)合金的圓環(huán)狀鉆頭進(jìn)行鉆進(jìn)。鉆進(jìn)中施加鉆壓,使鉆頭在回轉(zhuǎn)中切入巖土層,達(dá)到加深鉆孔的目的。在土質(zhì)地層中鉆進(jìn),有時(shí)為有效地完整地揭露標(biāo)準(zhǔn)地層,還可以采用勺形鉆鉆頭進(jìn)行鉆進(jìn)。
沖擊-回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)
沖擊-回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)綜合了前兩種鉆進(jìn)方法在地層鉆進(jìn)中的優(yōu)點(diǎn),以達(dá)到提高鉆進(jìn)效率的目的。其工作原理是:在鉆進(jìn)過(guò)程中,鉆頭克取巖石時(shí),施加一定的動(dòng)力,對(duì)巖石產(chǎn)生沖擊作用,使巖石的破碎速度加快,破壞粒度比回轉(zhuǎn)剪切粒度增大。同時(shí)由于沖擊力的作用使硬質(zhì)合金刻入巖石深度增加,在回轉(zhuǎn)中將巖石剪切掉。這樣就大大提高了鉆進(jìn)的效率。
沖擊-回轉(zhuǎn)-振動(dòng)鉆進(jìn)
沖擊-回轉(zhuǎn)-振動(dòng)鉆進(jìn)綜合了前三種鉆進(jìn)方法在地層鉆進(jìn)中的優(yōu)點(diǎn),以達(dá)到提高鉆進(jìn)效率的目的。采用機(jī)械動(dòng)力所產(chǎn)生的振動(dòng)力,通過(guò)連接桿和鉆具傳到圓筒形鉆頭周圍土中。由于震動(dòng)器高速振動(dòng)的結(jié)果,圓筒鉆頭依靠鉆具和振動(dòng)器的重量使得土層更容易被切削鉆進(jìn),切鉆進(jìn)速度較快。
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