CN102928252B - 一种双层筒壁水下泥沙采样器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双层筒壁水下泥沙采样器，包括相互嵌套插接的外筒和内筒，所述外筒的外壁底部设有螺旋布置的引导肋片，外筒和内筒的顶部设有相互配合的定位件，内筒延伸出外筒顶端的部分设有连杆，所述外筒和内筒均带有过水口。本发明结构简单，使用方便，只需将内筒和外筒一起旋转钻入水下，抽出内筒即获取水底泥沙土柱，再将内筒插入水下，与外筒再次合为一体，反向向上旋转内筒手柄，即可将外筒与内筒一起拔出。本发明通过双层筒的插接配合降低了插入、取出采样器时的阻力，从而降低了采样器的损耗，提高其使用寿命，同时由于存在外筒的保护，内筒可采用透明有机玻璃等材质制作，方便更换与观察土柱情况。

Description

一种双层筒壁水下泥沙采样器

技术领域

本发明涉及一种取土用具，尤其涉及一种容易获得水下泥沙剖面样品的双层筒壁水下泥沙采样器。

背景技术

水下泥沙取样是工程地质勘察、环境工程、水利水电中的一项基础工作。在工程勘察设计中，如桥梁、码头、海港、水库等需在水下建筑基础的地下勘察设计，经常要在水下淤泥层中钻孔，取原状样(含淤泥样、砂样等)，水下泥沙样品能为工程及研究提供原始基础资料及试验数据，快速、准确获取水下不同深度剖面的泥沙样品直接影响到工程研究的效率和可靠性。

水下泥沙人工采样器种类有限。现有人工采样器多为水下表层底泥采样器，取样量小且难以获取深层泥沙剖面样品。由于水下采样点位难以准确定位，多次分层采样达到采集深层泥沙样品的目的难以实现，因此，一次性采集水下泥沙剖面样品是十分必要的。

目前，在水利水电建筑物地基勘探中，常用的取样器有管钻和弹簧钻头。管钻的构成是钻杆下端连接活门钻头，使用时上下冲击，取部分扰动样。弹簧钻头的构成是钻头内下部装有若干个弹簧片，通过钻头上下冲击或旋转钻进，取出的仍是部分扰动样。采用上述取样工具的不足之处是，不能完整地取出地下泥沙剖面样，难以准确判断和测量地下原始情况和取得科学的实验数据，在一定程度上影响了工程勘察的质量。

而某些可以采集水下泥沙剖面样品的取样器由于与泥沙接触面积随取样深度增加而加大，插入阻力随之增大，存在采样器在水下泥沙中插入、取出过程耗时费力、采样部件易受损坏等问题，极大地限制了水下泥沙取样的深度和效率。

发明内容

针对现有技术中水下泥沙采样器不能一次性获取深层剖面样品且采样耗时费力的问题，本发明提供一种可便捷地取得较深层泥沙样品且插入、取出时阻力较小的双层筒壁水下泥沙剖面采样器。

一种双层筒壁水下泥沙采样器，包括相互嵌套插接的外筒和内筒，所述外筒的外壁底部设有螺旋布置的引导肋片，外筒和内筒的顶部设有相互配合的定位件，内筒延伸出外筒顶端的部分设有连杆，所述外筒和内筒均带有过水口。

对水下泥沙进行取样时，将内筒插接在外筒内，通过定位件将内筒和外筒连为一体，向下旋转连杆，通过引导肋片的引导作用，使得内筒、外筒同时向下做螺旋运动，处于水下内筒内侧的泥沙与周围泥沙分离并进入内筒；当到达预期采样深度后停止旋转连杆，将连杆略微反向回转，使内筒与外筒脱离，并向上垂直拔出内筒即可获得所需深度的泥沙垂直剖面样品。

为方便泥沙采样器的插入或旋出，所述连杆远离内筒的一端设有内筒手柄；当要插入或旋出采样器时，只需握住内筒手柄正向或反相旋转即可，若要拔出内筒，则只需握住内筒手柄反向回转，使内筒与外筒脱离，再向上用力拔出。

为适应不同深度的泥沙采样需要，所述连杆与内筒同轴布置，由多根加长杆活动连接而成，对于较深层的水下泥沙，只需增加加长杆的数量，反之，则拆除一定数量的加长杆来满足采样深度的要求。

为了保证相邻加长杆之间牢固的接合，且受力点在一条直线上，还需设置相应的紧固装置，作为优选，相邻的两根加长杆之间通过卡槽配合相互衔接，在卡槽配合处的外围套设有套筒，所述加长杆设有用于防止套筒位移的突起。该结构将相邻加长杆牢固的接合在一起，不会造成相邻的加长杆之间脱节或错位，利于取样的进行。

虽然可以通过增加或减少加长杆的数量来适应不同取样深度的要求，但由于加长杆的长度是固定的，且均较长，这就会造成在某些高度范围内，不适合取样者施力，即要耗费很大的力气才能将取样器插入水下，因此，作为优选，所述加长杆上设有若干插孔，所述内筒手柄插接在该插孔中。该结构在将采样器插入水下的过程中可以灵活更换内筒手柄的位置，通过将内筒手柄插接在不同的插孔中来满足取样者在适合的高度对内筒手柄施力。

若内筒与外筒之间紧密贴合，则内筒与外筒之间存在较大的摩擦力，会使拔出内筒时阻力较大，不仅费时费力，严重的还会损坏内筒或外筒，因此，优选所述内筒的外壁与外筒之间留有一定间隙，但如果间隙过大，取样时一部分土柱样品会进入该间隙内，同样增加了内筒拔出时的阻力，因此，作为优选，所述内筒的外壁与外筒间隙配合，所述外筒的底端和内筒的底端均带有缩口段，两个缩口段的底端紧密贴合，避免了取样时泥沙土柱进入外筒与内筒间的间隙，同时实现了内筒拔出时零摩擦阻力。

作为优选，所述内筒的外壁和加长杆上分别设有刻度；取样时，将采样器旋进水下泥沙中，通过观察加长杆上的刻度从而精确地从水下特定深度取样；利用内筒的外壁刻度，可以方便泥沙样品的精确切割及其他处理。

作为优选，所述外筒顶端固定有同轴布置的环形座，所述定位件为：沿环形座圆周方向分布的倒“T”字形的若干键槽以及分布在内筒外壁的若干定位键，所述定位键与键槽的数量和位置相对应。将定位键对准键槽的倒“T”形开口，通过旋转咬合，使内筒、外筒组合在一起，定位键与键槽之间通过圆周向及轴向的配合共同完成取样过程。若因长期插接导致的键槽损坏，只需更换环形座，而无需更换整个外筒，既达到方便的目的又会减少更换成本。

所述键槽和定位键的个数无严格限制，但数量过少会造成插接不牢，数量过多又会增加制作过程的复杂性及制作成本，因此，作为优选，所述键槽为四个，绕环形座圆周向均匀分布。

所述环形座的顶端、键槽的外侧固定有漏斗形的开口槽；一次取样结束后，垂直拔出内筒即可获取所需深度的剖面泥沙样品，然后将内筒再次插入浸没在水中的外筒内，此时，借助开口槽可以很方便的找到外筒，并确定外筒的位置，将定位键与键槽对准，通过旋转咬合，内筒、外筒再次组合在一起，反向旋转内筒手柄，即可将内筒和外筒一起取出。

本发明的工作原理如下：

根据水深连接适当数量的加长杆，连接到合适长度后，将内筒手柄插入最上一节加长杆中，然后将所述内筒的定位键对准外筒的键槽，通过旋转咬合，使内筒、外筒组合在一起，后垂直插入水底。在将采样器插入水下的过程中可以根据需要更换内筒手柄的位置，插入加长杆上不同位置的插孔中，从而取样者可以在适合的高度对内筒手柄施力。

握住所述的内筒手柄，将采样器缓慢插入水中，当采样器底端触及水底时向下用力旋转内筒手柄，使所述引导肋片切割水下泥沙，内筒、外筒同时向下做螺旋运动。内筒筒壁内的水分由顶部过水口排出，内筒筒壁内侧的泥沙与周围泥沙分离并进入内筒筒壁形成柱状泥沙。

到达预期采样深度后停止旋转内筒手柄，反向适当旋转内筒旋转手柄并向上垂直拔出内筒即可获得所需深度的垂直剖面泥沙，将连接杆和内筒筒壁分离后即获取内筒筒壁内的柱状泥沙样品。

将内筒重新插入水中，通过外筒的漏斗形开口槽找到采样器外筒，将内筒的定位键对准外筒的键槽，通过旋转咬合，使内筒、外筒再次组合在一起。反向向上旋转内筒手柄，使采样器的外筒退出底泥，之后提升出水面，清理外筒引导肋片上的残存泥沙，为下次取样做好准备。

本发明结构简单，使用方便，只需将内筒和外筒一起旋转钻入水下，抽出内筒即获取水底泥沙土柱，再将内筒插入水下，与外筒再次合为一体，反向向上旋转内筒手柄，即可将外筒与内筒一起旋转拔出。本发明通过双层筒的插接配合降低了插入、取出采样器时的阻力，从而降低了采样器的损耗，提高其使用寿命，同时由于存在外筒的保护，内筒可采用透明有机玻璃等材质制作，方便更换与观察土柱情况。

附图说明

图1为本发明双层筒壁水下泥沙采样器的结构示意图；

图2为本发明双层筒壁水下泥沙采样器的外筒结构示意图；

图3为本发明双层筒壁水下泥沙采样器的内筒结构示意图；

图4为图1中A-A剖面图；

图5为本发明双层筒壁水下泥沙采样器中加长杆之间的配合结构图。

具体实施方式

如图1所示为本发明一种双层筒壁水下泥沙采样器的结构图，包括相互嵌套插接的外筒1和内筒2，内筒外壁与外筒间设有2～3mm的间隙，且外筒的底端和内筒的底端分别带有缩口段13和23，两个缩口段的底端紧密贴合，内筒延伸出外筒顶端的部分设有由多根加长杆25活动连接而成的连杆，在最上一节加长杆25的插孔28中插接有内筒手柄21。内筒2的外壁和加长杆25上分别设有刻度，根据加长杆25上的刻度可判定采样器旋进水下泥沙的深度，从而精确地从水下特定深度取样；利用内筒2的外壁刻度，可以方便泥沙样品的精确切割及其他处理。外筒1和内筒2分别带有过水口12和过水口22，将采样器插入水下泥沙的过程中，进入内筒2的水分由过水口12和过水口22排出，过水口的个数可根据实际需要设计，过水口12和过水口22可以位置对应设置，方便排水；也可不对应设置，通过内筒2的外壁与外筒1之间的间隙也可将水排出。

为清楚表示外筒1及内筒2的结构，还附有外筒1与内筒2的拆分图，即图2和图3。

从图2可看出，外筒1的外壁底部设有螺旋布置的引导肋片11，且外筒的底端带有缩口段13，外筒顶端固定有同轴布置的环形座16，沿环形座16圆周方向分布的倒“T”字形的四个键槽14，环形座16的顶端、键槽16的外侧固定有漏斗形的开口槽15，该开口槽的开口大小及槽壁的面积均无严格限制，只需保证内筒2插入水底时能够根据开口槽15确定外筒1的位置即可。

从图3可以看出，内筒2的顶部外壁设有四个定位键24，该定位键与外筒的键槽14的位置相对应，定位键和键槽的数量无严格要求，从图4可以看出定位键与键槽的配合关系；加长杆25之间通过卡槽配合相互衔接，在卡槽配合处的外围套设有套筒26；当相邻的加长杆25通过卡槽扣合后，只保证了竖直方向的接合，水平方向的固定还需套筒26的作用，在加长杆25上还设有用于防止套筒26位移的突起27，防止套筒26因长期使用而在加长杆25上上下滑动，无法起到固定连接的作用，如图5所示为加长杆之间的配合结构图。

该双层筒壁水下泥沙采样器的工作原理如下：

根据水深连接适当数量的加长杆25，加长杆25之间通过卡槽配合相互衔接，然后套入套筒26，通过突起将套筒26固定在加长杆25的连接处，防止相邻加长杆25之间脱节或错位。每增加一根加长杆25后都立即用一个套筒26将其固定，连接到合适长度后，将内筒手柄21插入最上一节加长杆的插孔28中。然后将内筒的定位键24对准外筒的键槽14，通过旋转咬合，使内筒2、外筒1组合在一起，后垂直插入水底。在将采样器插入水下的过程中可以根据需要更换内筒手柄21的位置，插入加长杆25上不同位置的插孔28中，从而取样者可以在适合的高度对内筒手柄21施力。

握住该采样器的内筒手柄21，将采样器缓慢插入水中，当采样器底端触及水底时向下用力旋转内筒手柄21，使引导肋片11切割水下泥沙，内筒2、外筒1同时向下做螺旋运动。进入内筒2的水分由顶部过水口12和过水口22排出，内筒2筒壁内侧的泥沙与周围泥沙分离并进入内筒筒壁形成柱状泥沙。

到达预期采样深度后停止旋转内筒手柄21，反向适当旋转内筒手柄并向上垂直拔出内筒2即可获得所需深度的垂直剖面泥沙。因内筒2的外壁和外筒1之间留有缝隙，向上取出内筒2时摩擦阻力很小，故可以轻松获取泥沙样品，将连接杆和内筒筒壁分离后即获取内筒筒壁内的泥沙土柱样品。

将内筒2重新插入水中，通过外筒1的漏斗形开口槽15找到采样器的外筒1，将内筒的定位键24对准外筒的键槽14，通过旋转咬合，使内筒2、外筒1再次组合在一起。反向向上旋转内筒手柄21，使采样器的外筒1退出底泥，然后提升出水面，清理外筒引导肋片上的残存泥沙，为下次取样做好准备。

Claims (7)

1.一种双层筒壁水下泥沙采样器，其特征在于，包括相互嵌套插接的外筒和内筒，所述外筒的外壁底部设有螺旋布置的引导肋片，外筒和内筒的顶部设有相互配合的定位件，内筒延伸出外筒顶端的部分设有连杆，所述外筒和内筒均带有过水口；所述连杆与内筒同轴布置，由多根加长杆活动连接而成；所述外筒顶端固定有同轴布置的环形座，所述定位件为：沿环形座圆周方向分布的倒“T”字形的若干键槽以及分布在内筒外壁的若干定位键，所述定位键与键槽的数量和位置相对应。

2.如权利要求1所述的双层筒壁水下泥沙采样器，其特征在于，所述连杆远离内筒的一端插接有内筒手柄。

3.如权利要求2所述的双层筒壁水下泥沙采样器，其特征在于，相邻的两根加长杆之间通过卡槽配合相互衔接，在卡槽配合处的外围套设有套筒；所述加长杆上设有防止套筒位移的突起。

4.如权利要求3所述的双层筒壁水下泥沙采样器，其特征在于，所述加长杆上设有若干插孔，所述内筒手柄插接在该插孔中。

5.如权利要求4所述的双层筒壁水下泥沙采样器，其特征在于，所述内筒的外壁与外筒间隙配合，所述外筒的底端和内筒的底端均带有缩口段，两个缩口段的底端紧密贴合。

6.如权利要求5所述的双层筒壁水下泥沙采样器，其特征在于，所述内筒的外壁和加长杆上分别设有刻度。

7.如权利要求1所述的双层筒壁水下泥沙采样器，其特征在于，所述环形座的顶端、键槽的外侧固定有漏斗形的开口槽。