CN103389226B - 一种滑带土原状取土器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种滑带土原状取土器，上端连接顶板，下端连接底板；内管与套管等长并能够沿套管上下移动；内管包括中间部分由内及外套置的衬管和取样管，上部的废土管、以及下端的管靴；废土管顶部封闭并设有单向排气阀；顶板中心开孔且传力齿条由顶板开孔穿出，传力齿条两侧面均设置外齿；两个圆柱齿轮对称设置在顶板上且分别与传力齿条两侧面外齿啮合；传力齿条稍长于套管且下端与废土管连接；各圆柱齿轮轮轴上均固定有一个棘轮扳头，圆柱齿轮与棘轮扳头同轴，且转动方向和角速率一致；棘轮扳头末端各套入一根手柄。即可适用于采取滑带土原状样又可用于采取一般野外地质断面原状土，兼适于横向钻进和竖向钻进取土。

Description

一种滑带土原状取土器

技术领域

本发明属于原状土取土技术领域，涉及一种滑带土原状取土器。

背景技术

原状土取土技术向来是土工研究中的一个难题。上世纪四十年代，国际土力学基础工程协会就组织成立了取土技术专门委员会，广泛探索解决各类土取样难题的技术。1979年7月国际土力学会在新加坡召开了关于取样国际座谈会，针对各类土取样困难问题进行了讨论。我国分别于1980年和1985年召开了两次取土技术及取土器专题学术讨论会，先后颁布了《原状土取样技术标准》和《建筑工程地质勘探与取样技术规程》等国家和行业标准。在我国工程地质勘查中，目前最常用的原状土取样方法是在勘探钻孔中使用取样器采取，这种方法用于采取层状分布且厚度较小的软弱土原状样品存在困难。

在滑坡研究中，获取滑带土真实的物理力学指标是十分必要的。实际中滑带土常揭露于探井、探槽、抗滑桩桩孔或隧道内，在这些场合采用自土表横向钻进采取滑带土的方法是比较可行的。此外，在实际地质调查过程中经常会遇到天然或人工的地质断面，如果能在这些具有临空面的地质单元获取原状土，可大大减轻取样工作量。

因而开发一种既能采取滑带土等软弱带状土，又能采取一般野外地质断面土样，且兼适于横向钻进和竖向钻进取土的原状取土器是十分有意义的。

发明内容

本发明解决的技术问题在于提供一种滑带土原状取土器，即可适用于采取滑带土原状样又可用于采取一般野外地质断面原状土，兼适于横向钻进和竖向钻进取土。

本发明是通过以下技术方案来解决上述技术问题：

一种滑带土原状取土器，其特征在于：主要包括用于固定土体的底板，内管，以及套设在内管外部且与内管间隙配合的套管；套管上端连接顶板，下端连接底板；内管与套管等长并能够沿套管上下移动；内管包括中间部分由内及外套置的衬管和取样管，上部的废土管、以及下端的管靴；废土管顶部封闭并设有单向排气阀；顶板中心开孔且传力齿条由顶板开孔穿出，传力齿条两侧面均设置外齿；两个圆柱齿轮对称设置在顶板上且分别与传力齿条两侧面外齿啮合；传力齿条稍长于套管且下端与废土管连接；各圆柱齿轮轮轴上均固定有一个棘轮扳头，圆柱齿轮与棘轮扳头同轴，且转动方向和角速率一致；棘轮扳头末端各套入一根手柄。

按上述技术方案，棘轮扳头均采用双向棘轮，各棘轮设有调整棘轮止回方向的换向键。

按上述技术方案，两棘轮扳头分别位于两个圆柱齿轮的不同轴端，使两手柄形成错位交叉。

按上述技术方案，所述的套管两端均设有法兰盘，套管通过法兰螺栓将法兰盘分别与底板和顶板连接。

按上述技术方案，底板上设置若干钎孔，钢钎经过钎孔打入土体中并由蝶形螺母在底板上表面进行固定。

按上述技术方案，传力齿条底端与内管在废土管顶部采用螺纹连接；传力齿条由一根双面齿条加工而成。

按上述技术方案，圆柱齿轮与传力齿条宽度相等。

本发明提供的滑带土原状取土器，在采取滑带土原状样时，通过人力操控对称手柄输入动力，带动传力齿条传递轴向推进力和轴向拉力，通过下压手柄提供轴向推进力将取样管压入土中，并通过人力抬升手柄提供轴向拉力，以此来实现运动状态的改变。

钻土取样时，调整好棘轮止回方向后，双手操纵手柄错位交叉向下压，带动棘轮扳头作相同方向的运动，棘轮扳头带动圆柱齿轮转动，通过齿轮齿条机构将手柄下压外力转换为两个互相平行、方向相同的轴向推力，传递到废土管顶部，使内管相对套管向下运动，此时单向排气阀接通；如此往复多次，将取样管压入土中；

操作换向键改变棘轮止回方向，双手抬升手柄，带动棘轮扳头反方向的转动，进而带动圆柱齿轮反方向转动，通过齿轮齿条机构将手柄抬升外力转换为两个互相平行、方向相同的轴向拉力，传递到废土管顶部，使内管相对套管向上运动，此时单向排气阀封闭并形成负压，内管中的土样在管靴处被拉断；此后往复多次抬升手柄，将内管从土中拔出，实现原状取土。

本发明滑带土原状取土器的反力装置由底板和钢钎组成。底板依照功能设置有钎孔、法兰螺栓、导向孔，分别用于配合钢钎、套管、内管。通过一定数量和长度的钢钎穿过钎孔打入土中来固定底板。钢钎上部攻螺纹，配合蝶形螺母将底板固定在取土表面。固定后的底板可提供反力和反力偶，防止取土器串动。钎孔直径设计成适当大于钢钎断面直径，钢钎可向不同方向倾斜打入，便于适应狭小的空间和不同的地形，同时保护欲取土体。

本发明滑带土原状取土器的推进装置由顶板、传力齿条和手柄组成。顶板依照功能设置有：法兰盘、圆柱齿轮、棘轮扳头，分别用于配合套管、传力齿条、手柄。圆柱齿轮与棘轮扳头同轴，转动方向和角速率一致，两棘轮扳头布置在齿轮齿条连线的不同侧，使两手柄形成错位交叉。扳头棘轮为双向，设有换向键，可根据取土状态调整棘轮止回方向。推进时，棘轮止回方向为致使双面齿条向下运动的方向，两手柄错位交叉成“X”形下压，作用在齿条两面，形成一对同向的平行轴向力，其合力指向土里；取出时，该表棘轮止回方向，两手柄既可错位交叉成“X”形抬升，又可错位不交叉成“V”形下压，将外力转换成一对反方向的平行轴向力，其合力指向土外。

需注意的是，本发明采用传力齿条与两个圆柱齿轮双面啮合的方式，有利于提高推进装置稳定性，减轻自重。另外，套管外壁可设置一定数量的观察窗口，可减轻自重；钢钎下部可采用一定的设计方法如设计成倒锥以增大锚固力，减小钢钎长度；圆柱齿轮、传力齿条均可采用一定的包装用于防尘防土，传力齿条顶部还可设置一定长度的光面便于拿捏。

由此可见，本发明在工作时，由一对手柄提供动力，忽略自重因素，其合外力主矢与取土器中轴重合，合外力主距为零，这对稳定钻进方向、提高取土质量大有裨益；在不工作时，其钢钎、底板、套管、内管、传力齿条、顶板等部件都可拆开，内管还可拆开成取样管、管靴和废土管。而且，钢钎、套管、内管、传力齿条等部件均可采用一定的技术手段设计成大约相等的长度，非常方便产品包装和携带。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明提供的滑带土原状取土器，自重轻，体积小，不插电，结构紧凑，使用简单，受力合理，取土效率高，技术性能较好，拆卸运输方便，便于维护保养，性价比高；可广泛应用于岩土工程科学研究、教学实践及生产领域，能较好地解决滑带土等软弱带状土原状采样问题，同时也可用于采取一般野外地质断面原状土样，满足岩土工程科学研究和生产的需要。

附图说明

图1为本发明的结构示意图

图2为本发明使用状态的主视半剖面图；

其中，1为钎孔，2为法兰螺栓，3为蝶形螺母，4为钢钎，5为底板，6为套管，7为衬管，8为取样管，9为管靴，10为废土管，11为内管，12为单项排气阀，13为传力齿条，14为顶板，15为圆柱齿轮，16为棘轮扳头，17为换向键，18为手柄。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明。

参见图1～2，一种滑带土原状取土器，主要包括用于固定土体的底板5，内管11，以及套设在内管11外部且与内管11间隙配合的套管6，顶板14；套管6上端连接顶板14，下端连接底板5；内管11与套管6等长并能够沿套管6上下移动；内管11包括中间部分由内及外套置的衬管7和取样管8，上部的废土管10以及下端的管靴9；废土管10顶部封闭并设有单向排气阀12；顶板14开孔并穿设传力齿条13，传力齿条13两侧面均设置外齿；两个圆柱齿轮15对称设置在顶板14上表面且分别与传力齿条13两侧面外齿啮合；传力齿条13稍长于套管6且下端与废土管10连接；各圆柱齿轮15轮轴上均固定有一个棘轮扳头16，圆柱齿轮15与棘轮扳头16同轴，且转动方向和角速率一致；棘轮扳头16末端各套入一根手柄18用于增加力臂长度，改善传力比。

优选的，棘轮扳头16均采用双向棘轮，各棘轮设有调整棘轮止回方向的换向键17，可根据取土状态调整棘轮止回方向。

优选的，两棘轮扳头16位于两个圆柱齿轮15的不同轴端，使两手柄形成错位交叉。

优选的，所述的套管6两端均设有法兰盘，套管6通过法兰螺栓2将法兰盘分别与底板5和顶板14连接。

优选的，底板5上设置若干钎孔1，钢钎4经过钎孔1打入土体中并由蝶形螺母3在底板5上表面进行固定。

优选的，传力齿条13底端为圆柱状外螺纹，且与内管11在废土管10顶部采用螺纹连接；传力齿条13由一根双面齿条加工而成。

优选的，圆柱齿轮15与传力齿条13宽度相等。

在进行套筒6固定时，通过一定数量和长度的钢钎4穿过钎孔1打入土中，钎孔1直径设计成适当大于钢钎4断面直径，钢钎4上部攻螺纹并配置蝶形螺母3。钢钎4底端可设倒锥，便于锚固土体；顶端攻螺纹，配合蝶形螺母3将底板5固定在取土表面。固定后的底板5可提供反力和反力偶，防止取土器串动。钢钎4可向不同方向倾斜打入，便于适应狭小的空间和不同的地形，同时保护欲取土体。锚定好底板5后，利用法兰盘接头将套筒6固定到底板5上。

钻土取样时，通过人力操控对称手柄18输入动力，实现棘轮扳头16和圆柱齿轮15同步的正向或反向转动，并带动传力齿条13传递轴向动力，以此来实现运动状态的改变。

使用滑带土原状取土器对滑带土取样时的操作，具体包括以下步骤如下：

1、在探井、探槽、抗滑桩桩孔或隧道等滑带土出露场合选定取土位置，铲除表面浮土，形成一块表面较平整的小区域，露出新鲜滑带。

2、将底板5按在上述土表面，根据土质类型沿水平横向打入一定数量的钢钎4；具体的钢钎4打入角度可根据实际地形调整，以与底板5平面成约60°角较好。钢钎打入深度也可根据土体实际所能提供的锚固力调整。钢钎打入后拧紧蝶形螺帽，将套管置于底板上并拧紧法兰螺栓，将套管固定。

3、将管靴、取样管及衬管、废土管、传力齿条等部件一一连接，从套管尾部插入套管内，插入后，废土管顶部与套管尾部端面平齐或在套管尾部以下。调整棘轮换向键，此时与传力齿条相啮合的圆柱齿轮可沿保证顶板向下运动的方向自由转动，将顶板从传力齿条尾部套入，到达套管尾部后，用法兰螺栓连接固定。

4、检查整个取土器的稳定性，若底板出现松动或与土面分离，则将蝶形螺母3再度拧紧，必要时可增加钢钎数量和打入深度。

5、调整棘轮止回方向，双手操纵手柄错位交叉成“X”形下压，带动内管相对套管向下运动，此时单向排气阀接通，多次抬升和下压手柄抬升时不费力，将内管一步步顶入土中；

6、操作换向键改变棘轮止回方向，双手操作手柄错位交叉成“X”形向上抬升，带动内管相对套管向上运动，单向排气阀封闭并形成负压，内管中的土样在管靴端部被拉断，此后多次下压和抬升手柄下压时不费力，将内管一步步从土中拔出。

7、卸下顶板法兰螺栓，抽出内管，将内管与传力齿条分离，内管取样管内即为滑带土原状样。卸下连接套管与底板的法兰螺栓，最后将钢钎从土中抽出，完成一次取样。

当取样数量较大时，可配置两套底板和钢钎，将固定底板与钻进取土两项耗时较长的工序分离，实现流水作业，提高取样效率。

使用滑带土原状取土器采取一般野外地质断面原状土时的操作，除取样位置和钻进方向有所不同之外，其余各工序均与采取滑带土原状样步骤相似。

Claims (7)

1.一种滑带土原状取土器，主要包括用于固定土体的底板，内管，以及套设在内管外部且与内管间隙配合的套管；其特征在于：套管上端连接顶板，下端连接底板；内管与套管等长并能够沿套管上下移动；内管包括中间部分由内及外套置的衬管和取样管，上部的废土管、以及下端的管靴；废土管顶部封闭并设有单向排气阀；顶板中心开孔且传力齿条由顶板开孔穿出，传力齿条两侧面均设置外齿；两个圆柱齿轮对称设置在顶板上且分别与传力齿条两侧面外齿啮合；传力齿条稍长于套管且下端与废土管连接；各圆柱齿轮轮轴上均固定有一个棘轮扳头，圆柱齿轮与棘轮扳头同轴，且转动方向和角速率一致；棘轮扳头末端各套入一根手柄。

2.根据权利要求1所述的滑带土原状取土器，其特征在于：棘轮扳头均采用双向棘轮，各棘轮设有调整棘轮止回方向的换向键。

3.根据权利要求1或2所述的滑带土原状取土器，其特征在于：两棘轮扳头分别位于两个圆柱齿轮的不同轴端，使两手柄形成错位交叉。

4.根据权利要求3所述的滑带土原状取土器，其特征在于：所述的套管两端均设有法兰盘，套管通过法兰螺栓将法兰盘分别与底板和顶板连接。

5.根据权利要求1或2或4所述的滑带土原状取土器，其特征在于：底板上设置若干钎孔，钢钎经过钎孔打入土体中并由蝶形螺母在底板上表面进行固定。

6.根据权利要求5所述的滑带土原状取土器，其特征在于：传力齿条底端与内管在废土管顶部采用螺纹连接；传力齿条由一根双面齿条加工而成。

7.根据权利要求1或2或4或6所述的滑带土原状取土器，其特征在于：圆柱齿轮与传力齿条宽度相等。