CN103954476A - 贯入式敞口薄壁取土器及取样方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种贯入式敞口薄壁取土器及取样方法，所述取样方法包括如下步骤：在内套管的内壁涂覆润滑剂，用强力胶带将内衬粘接于内套管内壁；将内套管连同内衬放入外套管中；使用连接套将薄壁取样管与废土管连接；将取土器连接于钻探设备上，以一定速度压入土层中开始采取土样；从土层中取出取土器，并将内套管取出；封装内套管的土样，并贴好标签；将土样从内套管中拉出，获得实验土样。本发明能够大大减少土样在贯入与推样过程中与取土器之间的摩擦作用，降低土样的扰动程度，减少土样的变形，显著提高取土质量。

Description

贯入式敞口薄壁取土器及取样方法

技术领域

本发明涉及取土装置及方法，尤其是一种用于岩土工程勘察取样的敞口式薄壁取土器及取样方法。

背景技术

取土器广泛应用于生产实践中，是一种最基本的勘察工具。室内土工试验所提供的参数由于受取土扰动的影响并不能真实的反映原位土的工程性质，影响因素有很多，其中取土器本身结构的合理性是个重要的因素。

现有双壁式螺旋取土器主要用于获取岩样土或者土壤地层分布状况，其取土器壁厚较大，贯入过程中会对土样造成极大的扰动，变形严重，满足不了工程上高质量取土的要求，从而不能准确的获取土样的真实物理力学参数。

现有薄壁取土器取土时比厚壁取土扰动相对要小的多，但由于土样与取土管壁之间依然存在较大的摩擦作用，导致土样产生较大的扰动：取土器贯入时，由于土样与取土管壁之间摩擦力的作用，对土样造成很大扰动；土样推样时，推土器对土样的推力以及土样与取土管壁之间摩擦力也会造成很大的扰动，有时候甚至会导致整个土样变形，破坏土体的结构性，从而影响土体的力学性质指标。

采用现有技术取得的土样不仅变形特别严重，而且有断裂的痕迹，表面也不光滑，扰动非常大。

发明内容

发明目的：本发明的一个目的是提供一种敞口式薄壁取土器以及取样方法，以解决现有技术存在的上述问题。

技术方案：一种贯入式敞口薄壁取土器，其特征在于，包括接头，与接头联接的取土器头，设置在取土器头内部的活塞及O型密封圈，用于推动活塞机O型密封圈往复移动的六角提杆，与取土接头联接的废土管，薄壁取样管，用以联接废土管和薄壁取样管的连接套，以及表面光滑的内衬；

所述薄壁取样管包括外套管和内套管；所述外套管的一端具有刃脚，外套管的内周开设一与内套管适配的配合部；所述内套管容置于配合部中，形成内径一致的取样通道；内衬安装于内套管的内壁。

所述内衬为聚酯薄膜。所述废土管底端刻有螺纹，所述薄壁取样管上端设有卡头。所述取土器头成上端小、下端大的钟形帽盖。所述O型活塞上设有排气孔。所述内套管的一端开有圆孔，所述外套管对应设置有凹槽。

一种采用上述贯入式敞口薄壁取土器进行取样的方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、在内套管的内壁涂覆润滑剂，用强力胶带将内衬粘接于内套管内壁； 

S2、将内套管连同内衬放入外套管中；

S3、使用连接套将薄壁取样管与废土管连接；

S4、将取土器连接于钻探设备上，以一定速度压入土层中开始采取土样；

S5、从土层中取出取土器，并将内套管取出；

S6、封装内套管的土样，并贴好标签；

S7、将土样从内套管中拉出，获得实验土样。

有益效果：本发明能够大大减少土样在贯入与推样过程中与取土器之间的摩擦作用，降低土样的扰动程度，减少土样的变形，显著提高取土质量。

附图说明

图1是本发明薄壁取样管的结构示意图。

图2是本发明取土器的结构示意图。

具体实施方式

如图1和图2所示，本发明的贯入式敞口薄壁取土器主要包括接头1，取土器头2，六角提杆3，活塞及O型密封圈4，废土管5，薄壁取样管，连接套6，以及内衬9。

其中，薄壁取样管由外套管7和内套管8组成，外套管7主要用于抵抗取土器贯入过程中的贯入阻力，防止取样管发生变形，影响取土质量。内套管8用于实际取土，并方便从外套管7中取出。内套管和外套管安装后，薄壁取样管的内径一致。例如，外套管：外径105mm，内径99mm和101mm两段，高度500mm；管靴：刃角为5°，刃尖厚度取0.25mm；内套管：外径101mm，内径99mm，有效长度为460mm；光滑内衬：厚度0.2mm,高度460mm，宽度为内套管内周长。当内套管和外套管装在一起时，形成一内径为99mm的取样通道，使得土样可顺利进入。

内衬9为表面光滑的聚酯薄膜，可以减少土样在贯入及推样过程中摩擦造成的土样扰动。

废土管设置在薄壁取样管上部并通过连接套与薄壁取样管连接，这是因为在取样过程中，土层上部土样一般扰动较大，一般作废土处理，这种设计给在取样过程中产生的上部废土提供存放空间，增大有效取土量。

进一步地，废土管与取样管之间通过连接套连接，其连接形式为螺旋式连接，以方便组装与拆卸，通过在废土管底部刻有螺纹来实现螺纹连接的目的。废土管外径与取样管外套管外径一致内径与内套管内径一致，以减少取土器贯入过程中的阻力及对取样管内土体的影响。废土管的长度为300~500mm左右，以满足实际取样需要。

取土器头联接于废土管上部，方便与接头的连接，以及将废土管内的土样取出。取土器头内部设有活塞及O型密封圈，可以增大取样管内内部吸力，防止土样提升过程中脱落，活塞及O型密封圈通过六角提杆上下运动，方便拆卸及更换。取土器形状为上端小下端大的钟形帽盖。这样设计的目的是为了在上端能方便与接头连接以传递贯入力，在下端又能将废土管封闭，并能方便将废土管内的土样取出。另外在活塞上需要设置两个排气孔，这样就能在取土器贯入地层过程中及时将废土管内的空气排出，以减少土样的扰动并且有利于取土器的顺利贯入。在取土器上部通过接头与钻探设备连接，以使得取土器能贯入至设计深度并能从土层中提升出来。

薄壁取土器的材质为不锈钢或者为黄铜等材料，其应具备一定的强度及耐锈蚀性，防止在取样过程中发生变形及锈蚀，光滑内衬为例如聚酯乙烯薄膜或其他与土摩擦系数较小的材料，以减少取土器内壁与土样之间的摩擦作用。

接着描述采用上述取土器进行取样的方法，步骤如下：

S1、按取土管的内径尺寸将聚酯薄膜内衬预先制作成圆柱状，圆柱状薄膜内衬的外径应该等于取土管的内径，高度应该等于取土管内管的高度；在内套管内壁涂覆润滑剂并用强力胶带将聚酯薄膜内衬的端部粘贴于内套管，保证内衬与内套管不发生相对滑移，减少由于取土管在贯入土体的过程中有较大的贯入力，会使圆柱状的薄膜发生滑移而取样失败等情况的发生。

内衬的设置既可以使土样与光滑内衬之间存在摩擦力而减少掉样的可能性；又可以使内衬与内套管内壁之间因润滑作用有效减小推样时的摩阻力。

S2、将内套管及内衬放入外套管内；当光滑内衬粘牢在内套管之后，将内套管连同光滑内衬一起放入外套管内，由于外套管为内壁带有梯形的薄壁管，内套管放置到外套管内后恰好能将梯形空间部分填充，取样管内径一致性，以最大程度的减小土样的扰动。

S3、使用连接套将薄壁取样管与废土管连接；废土管与取样管之间通过连接套连接，其连接形式为螺旋式连接，以方便组装与拆卸；组装时首先将连接套套在取样管上，然后对准废土管，拧紧连接套，将废土管与取样管连接好。

S4、将取土器与钻探设备连接，以一定速度压入土层中开始采取土样；贯入过程中应当保证取土器的垂直度，以减少土样的扰动，贯入速度按照相关规范要求加以确定。

S5、将取土器从土层中取出，并将内套管取出；为使内套管能够顺利的取出，内套管一端开有两小圆孔，使用夹子可将内套管连同土样一同从外套管中取出；在外套管外壁顶部设有圆形凹槽，装入内套管时将小圆孔对准凹槽放入外管中。取出内套管时，可以迅速找到圆孔的位置，将内套管顺利夹出。

S6、将内套管土样封装，并贴好标签；内套管土样取出后，将盒盖内涂润滑剂后封装；采用胶布密封后再腊封，并及时贴上标签，标签上下应与土样上下一致，不能颠倒土层的上下分布状况。

S7、将土样运输至相关实验场所；土样封装好后，将土样运输至相关实验场所，在运输过程中应当尽量降低运输过程的震动，以减少土样的扰动;将聚酯薄膜内衬从内套管中拉出，在这个过程的土样也会同时从内套管中拉出,然后按照实际实验土样大小的要求切取适宜的土样进行相关实验。

在步骤S1之前，应对所使用的薄壁取土器进行仔细检查，包括几何尺寸和形状的检查：刃口是否有卷折、残缺累计长度不应超过周长的3%，同时刃口内径的偏差值应在标准值的0~1%之间；对取样管应量测其上、中、下三个断面的外径，三个断面量测的最大与最小值之差不能超过1.5mm；清除取样管内壁的锈斑或粘附土块，保持光滑。

在步骤S4中，钻机安装必须牢固，保持钻进平稳，防止钻具回转时抖动，升降钻具时应避免对孔壁的扰动破坏。下放取土器时必须垂直平稳，避免触碰孔壁或撞击孔底，引起扰动。到达预计取样位置后，要仔细清孔。彻底清除积聚在底部的废土和残渣，避免影响取土的有效长度。对于敞口式薄壁取土器，清孔尤为重要。对取土管的贯入过程有三点要求，分别是连续贯入、静压、快速（不小于0.1m/s），这是按照国际通行的标准提出来的。提升取土器之前，为切断土样与孔底土的连接，可以先回转2~3圈或者稍加静置后再提升且提升取土器时应做到均匀平稳，避免磕碰。

在步骤S6中，为保证试验室测定的含水率与现场的含水率一致，对土样的封装也需要加以注意，以防止水分蒸发，土样密封时可将上下两端各去掉约2cm，加上一块与土样直径大致相当的不透水圆片，再浇灌蜡液，至与容器端齐平，待蜡液凝固后扣上塑料保护帽，用盖帽将两端盖严后，将所有缝用胶带封口然后蜡封。对土样密封后应将取土管置于温度变化小的环境中，避免曝晒或冰冻。土样取得后到开土之间贮存的时间，不宜超过两周。

在步骤S7中，目前推样方法都是用推土器将土样从取土管中推出来，在土样上既产生了推力作用，又因为土与管壁有摩擦，所以也产生了摩擦力，还有粘滞力，这个环节引起的扰动很大，甚至会遇到推出的土样完全变形，取样失败。本发明在取样时不是推出土样而是将土样拉出，操作时将强力黑胶带撕开，随后将土样随聚酯薄膜一起拉出，由于润滑剂的作用使取样时光滑内衬与内筒之间的摩阻力减小，同时光滑内衬与土样之间的摩擦力可以将光滑内衬和土样从内套管中取出，避免了推样时对土样产生的压缩扰动，同时也不存在土样与取土管壁的摩擦力和粘滞力。这样既保证了土样的完整性也减小了对土样的扰动。试验时可以根据实验的需要，沿着内管管口切土样，切口光滑整齐，土样的完整性很好，且无明显的变形，制样时直接用小刀将聚酯薄膜划开取出土样即可。

总之，本发明的敞口薄壁取土器，其取样管有内外双套管组成，并且在内套管内壁粘有光滑内衬，取样时之间将光滑内衬拉出，按照试验所需进行切样操作。由于光滑内衬与土样之间的摩擦作用较少，扰动减小，能极大的降低取土器贯入过程中土样的扰动程度，取出土样时采用的是拉样，保证了土样的完整性，也减小的扰动的影响；提高取土质量，能广泛应用于岩土工程勘察领域。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

Claims (7)

1.一种贯入式敞口薄壁取土器，其特征在于，包括接头（1），与接头（1）联接的取土器头（2），设置在取土器头（2）内部的活塞及O型密封圈（4），用于推动活塞机O型密封圈（4）往复移动的六角提杆（3），与取土接头（2）联接的废土管（5），薄壁取样管，用以联接废土管和薄壁取样管的连接套（6），以及表面光滑的内衬（9）；

所述薄壁取样管包括外套管（7）和内套管（8）；所述外套管（7）的一端具有刃脚，外套管的内周开设一与内套管适配的配合部；所述内套管容置于配合部中，形成内径一致的取样通道；内衬安装于内套管的内壁。

2.如权利要求1所述的贯入式敞口薄壁取土器，其特征在于，所述内衬为聚酯薄膜。

3.如权利要求1或2所述的贯入式敞口薄壁取土器，其特征在于，所述废土管底端刻有螺纹，所述薄壁取样管上端设有卡头。

4.如权利要求3所述的贯入式敞口薄壁取土器，其特征在于，所述取土器头成上端小、下端大的钟形帽盖。

5.如权利要求3所述的贯入式敞口薄壁取土器，其特征在于，所述O型活塞上设有排气孔。

6.如权利要求3所述的贯入式敞口薄壁取土器，其特征在于，所述内套管的一端开有圆孔，所述外套管对应设置有凹槽。

7.一种采用权利要求1至6任一项所述的贯入式敞口薄壁取土器进行取样的方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、在内套管的内壁涂覆润滑剂，用强力胶带将内衬粘接于内套管内壁； 

S2、将内套管连同内衬放入外套管中；

S3、使用连接套将薄壁取样管与废土管连接；

S4、将取土器连接于钻探设备上，以一定速度压入土层中开始采取土样；

S5、从土层中取出取土器，并将内套管取出；

S6、封装内套管的土样，并贴好标签；

S7、将土样从内套管中拉出，获得实验土样。