CN105547743A - 原状土体取样装置以及取样方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种原状土体取样装置以及取样方法，属于岩土勘探工程技术领域，提供一种对原状土体扰动小，不易造成取样土体松散，便于原状土体取样、封装以及后期运输、转移的原状土体取样装置以及原状土体取样方法。所述装置包括两端开口的取样筒体和施力器，所述施力器包括套环和传力把手；在取样筒体顶部的外周壁上设置有卡环凸起，所述卡环凸起低于取样筒体的顶部端面，所述套环可拆卸的套在卡环凸起上方的取样筒体上。本发明所述的装置，其结构简单，可将取样筒体完全压入土体表面以下，使原状土体能完全充满整个取样筒体，有效避免了土体松动的情况；也便于手动施力，降低施力过程中对土体原状的扰动，提高原状土体的取样成功率。

Description

原状土体取样装置以及取样方法

技术领域

本发明属于岩土勘探工程技术领域，尤其涉及一种原状土体取样装置以及取样方法。

背景技术

随着建筑、市政、交通等行业大型工程建设的加快，勘测设计水平得到了快速发展，对采取土体试样的要求也随之提高，目前对于取样土体，往往要求其保持原状。但是土体是岩石经过风化作用以及剥蚀、搬运、沉积作用等复杂自然环境所生成的各类沉积物，是由固体物质、水和气体组成的三相体系，土体结构相对较为松散，在取样操作、试样封装、贮存、运输过程中，易扰动破坏其原有结构体系，造成土体原状样取样困难，甚至取样失败。

现有技术中对土体原状样取样的装置大多仅为单一圆柱状筒，并且主要通过锤击取样筒，以将其打入土体中，最后再拔出取样筒，取得土体试样。此种取样装置以及取样方法主要存在以下不足：第一、采用锤击方法容易出现取样筒倾斜、偏移，并且在锤击过程中，极易造成土体震动，破坏土体原有结构体系，导致原状土体取样失败；第二、直接拔出取样筒，容易造成取样筒内土体低于取样筒高度，因此在取样筒内将剩余一定空间，这样在后续运输、转移途中将造成取样筒内的土体完全松散，导致原状土体取样失败；第三，由于直接采用锤击操作，因此取样筒往往无法完全敲击入土体表面以下，导致取样筒内的上端将剩余一定空间，也会造成后期土体松散的情况；第四、现有土体取样装置没有配备与取样筒相配套的筒盖，将造成试样在封装、贮存和运输过程中的不便，容易造成原状土体松散的情况。

综上，现有的原状土体取样装置都存在着一定的技术缺陷，在取样操作、试样封装以及运输、转移过程中对取样的原状土体产生极大的扰动破坏，同时操作流程较为复杂，取样成功率较低。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供一种对原状土体扰动小，不易造成取样土体松散，便于原状土体取样、封装以及后期运输、转移的原状土体取样装置以及原状土体取样方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：原状土体取样装置，包括两端开口的取样筒体，在取样筒体的底部设置有刃口，还包括施力器，所述施力器包括套环和传力把手，传力把手的一端与套环连接，其另一端为施力部；在取样筒体顶部的外周壁上设置有卡环凸起，所述卡环凸起低于取样筒体的顶部端面，所述套环可拆卸的套在卡环凸起上方的取样筒体上，其中卡环凸起的外径为D1，卡环凸起上方的取样筒体的外径为D2，套环的内径为D3，并且满足D2≤D3＜D1。

进一步的是：所述卡环凸起为固定的套设在取样筒体顶部外周壁上的卡环件。

进一步的是：所述卡环件与取样筒体焊接连接。

进一步的是：所述卡环凸起与取样筒体为一体结构。

进一步的是：当施力器上的套环套在卡环凸起上方的取样筒体上时，传力把手的施力部高于取样筒体的顶部端面。

进一步的是：所述施力器有两个，两个施力器呈镜像对称的分布在套环的两侧。

进一步的是：所述传力把手由横向杆和竖向杆组成的“┐”形结构，竖向杆的底端与套环固定连接，横向杆为传力把手的施力部。

进一步的是：所述传力把手由第一横向杆、第一竖向杆和第二横向杆组成的“Z”形结构，第二横向杆的自由端与套环固定连接，第一横向杆为传力把手的施力部；在第二横向杆的下部沿其轴向设置有朝向下方的切削刃。

进一步的是：还包括端盖，所述端盖有两个，并且两个端盖可分别盖在取样筒体两端的开口上。

另外，本发明还提供一种利用上述原状土体取样装置的原状土体取样方法，包括如下步骤：

A.取下取样筒体两端开口的端盖，将施力器上的套环套在卡环凸起上方的取样筒体上；

B.将取样筒体底部的刃口贴在待取样的土体表面，然后通过施力器上的施力部平稳施力，并将取样筒体缓慢压入土体内，直至取样筒体全部进入土体，并且取样筒体的顶部端面有土体冒出时停止施力；在施力过程中保持取样筒体始终为竖直状态；

C.扶稳取样筒体，之后刨掉取样筒体周围的土体，形成一环形空槽，并且露出整个取样筒体；

D.扶稳取样筒体，取下施力器；之后清理取样筒体顶部土体，直到顶部土体与取样筒体的顶部端面齐平后盖上端盖；

E.用铲板穿过取样筒体下方的土体，然后抬起铲板并连同取样筒体一起翻转180°，使刃口端朝上，再移开铲板，之后清理取样筒体刃口以上的土体，直到刃口端土体与刃口的上端面齐平后盖上端盖。

本发明的有益效果是：本发明所述的原状土体取样装置，其结构简单，通过设置结构巧妙的施力器，一方面可将取样筒体完全压入土体表面以下，使原状土体能完全充满整个取样筒体，有效避免了土体松动的情况；另一方面也便于手动施力，降低施力过程中对土体原状的扰动，提高原状土体的取样成功率。另外，通过设置端盖，在取样后用端盖将取样筒体两端的开口密封，更便于取样后对取样筒体的运输和转移，并可有效降低在后期运输、转移过程中对取样筒体内原状土体的破坏。

附图说明

图1为本发明所述原状土体取样装置的三维视图；

图2为取样筒体和施力器装配后的三维视图；

图3为图2的主视图；

图4为图3中A-A截面的剖视图；

图5为图4中局部区域B的放大示意图；

图6为第一种施力器的三维视图；

图7为第二种施力器的三维视图；

图8为图7所示施力器的侧视图；

图9至图15为本发明所述原状土体取样方法的流程步骤示意图；

图中标记为：取样筒体1、顶部端面11、刃口2、施力器3、套环31、传力把手32、施力部321、卡环凸起4、横向杆51、竖向杆52、第一横向杆61、第一竖向杆62、第二横向杆63、切削刃631、端盖7、环形空槽8、铲板9、卡环凸起的外径为D1、卡环凸起上方的取样筒体的外径为D2、套环的内径为D3。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。

如图1至图8所示，本发明所述的原状土体取样装置，包括两端开口的取样筒体1，在取样筒体1的底部设置有刃口2，还包括施力器3，所述施力器3包括套环31和传力把手32，传力把手32的一端与套环31连接，其另一端为施力部321；在取样筒体1顶部的外周壁上设置有卡环凸起4，所述卡环凸起4低于取样筒体1的顶部端面11，所述套环31可拆卸的套在卡环凸起4上方的取样筒体1上，其中卡环凸起4的外径为D1，卡环凸起4上方的取样筒体的外径为D2，套环31的内径为D3，并且满足D2≤D3＜D1。设置卡环凸起4的作用是用于与套环31配合，以使套环31套在取样筒体1上后可由卡环凸起4限位，进而实现轴向力的传力。这样，在取样操作过程中可通过向施力器3施力，即可将取样筒体1压入土体内。并且通过将传力把手32的施力部321设置为高于取样筒体1的顶部端面11的情况，方便在取样操作时将取样筒体1完全压入土体内部，以使土体可完全充满整个取样筒体1。

另外，卡环凸起4与取样筒体1可为分体结构或者一体结构。当采用分体结构时，卡环凸起4可为一卡环件，通过将其固定的套设在取样筒体1顶部外周壁上即可，当然，其固定方式可采用焊接或者螺钉连接等方式。

更具体的，为了便于操作人员的双手施力，提高对施力器3施力过程中的平稳性，降低对原状土体的扰动，可优选设置施力器3有两个，两个施力器3呈镜像对称的分布在套环31的两侧。另外，施力器3的具体结构可优选采用如图6和图7所示的结构，其中图6所示为第一种施力器3的具体结构，其传力把手32由横向杆51和竖向杆52组成的“┐”形结构，竖向杆52的底端与套环31固定连接，横向杆51为传力把手32的施力部321；图7所示为另一种施力器3的具体结构，其传力把手32由第一横向杆61、第一竖向杆62和第二横向杆63组成的“Z”形结构，第二横向杆63的自由端与套环31固定连接，第一横向杆61为传力把手32的施力部321；在第二横向杆63的下部沿其轴向设置有朝向下方的切削刃631；其中切削刃631的作用是降低第二横向杆63压入土体内时的阻力。当然，施力器3也可采用其他相似结构。

另外，本发明还可设置与取样筒体1两端开口配套的端盖7，并且端盖7设置有两个。在取样操作时，可将两个端盖7分别盖在取样筒体1两端开口上，实现对取用筒体1两端开口的密封，以便于取样后对取样筒体1的运输和转移；同时由于本发明所述的取样筒体1在取样后，其内部完全填充有土体，因此当将其两端开口密封后，其内部充实，可避免原状土体松动，能有效降低之后运输、转移过程中对取样筒体内土体的原状结构体系的破坏。端盖7可通过采用螺纹连接方式与取样筒体1的端部连接，或者采用具有一定弹性的材质制成的端盖7并通过过盈配合方式将其套设在取样筒体1的端部，或者也可采用利用胶布的方式将端盖7与取样筒体1粘接。

另外，如图9至图15所示，本发明所述的原状土体取样方法，采用本发明所述的原状土体取样装置，包括如下步骤：

A.取下取样筒体1两端开口的端盖7，将施力器3上的套环31套在卡环凸起4上方的取样筒体1上；

B.将取样筒体1底部的刃口2贴在待取样的土体表面，然后通过施力器3上的施力部321平稳施力，并将取样筒体1缓慢压入土体内，直至取样筒体1全部进入土体，并且取样筒体1的顶部端面11有土体冒出时停止施力；在施力过程中保持取样筒体1始终为竖直状态；

C.扶稳取样筒体1，之后刨掉取样筒体1周围的土体，形成一环形空槽8，并且露出整个取样筒体1；

D.扶稳取样筒体1，取下施力器3；之后清理取样筒体1顶部土体，直到顶部土体与取样筒体1的顶部端面11齐平后盖上端盖7；

E.用铲板9穿过取样筒体1下方的土体，然后抬起铲板9并连同取样筒体1一起翻转180°，使刃口2端朝上，再移开铲板9，之后清理取样筒体刃口2以上的土体，直到刃口2端土体与刃口2的上端面齐平后盖上端盖7。

其中，在步骤B中，操作人员对施力器3施力时应当平稳缓慢的施力，一方面保证取样筒体1始终为竖直状态，避免偏斜；另一方面可在将取样筒体1压入土体的过程中尽量降低对土体的扰动。当然，在采用两个传力把手32时，操作人员应当双手分别握持一个传力把手32的施力部321，然后均匀、平稳施力。在施力过程中，观察取样筒体1压入土体内的深度，为了保证土体充满整个取样筒体1，必须将取样筒体1完全压入土体内，也就是直到取样筒体1的顶部端面11有土体冒出时停止施力；当然，如果需要获取土体更深处的土样，可将取样筒体1压入更深处。

在步骤C中，进行刨制环形空槽8时，应当扶稳取样筒体1，避免在这一操作过程中对其造成偏斜、抖动。当然，在刨制环形空槽8时，可采用到地质锤或小铲等辅助工具，以提高效率。其中，环形空槽8的作用是方便后续将取样筒体1取出，因此其大小应当以后续便于操作为准，通常情况下，可刨掉取样筒体1周围约30cm范围内的土体，并且对于环形空槽8的深度，应当满足能露出整个取样筒体1；具体可参照附图11所示。

在步骤D中，也应当扶稳取样筒体1后再取下施力器3；之后再清理取样筒体1顶部的土体时，可借用小刀或者专用的刮板等工具进行清理；以最大限度的降低对位于取样筒体1内部土体的扰动，清理完成后，再盖上端盖7即可；当然在之后的步骤E中对翻转后的取样筒体1的刃口2以上的土体的清理也可采用上述方式。

另外，在步骤E中，利用铲板9协助提起取样筒体1时，铲板9应当穿过取样筒体1下方的土体，并且为了尽量降低对取样筒体1内部土体的扰动，可将铲板9从低于取样筒体1底部约1cm的位置穿过土体。在翻转取样筒体1的过程中，应当始终保持取样筒体1与铲板9的相对位置不变，避免取样筒体1刃口2端的土体松动严重，直到取样筒体1翻转180°完成后，再缓慢移除铲板9。之后即可对此时位于刃口2以上的土体进行清理，清理完成后，再盖上端盖7即可。

至此，取样筒体1的取样操作即完成，由于其两端通过端盖7密封，并且内部充满原状土体，因此其内部土体不易松动，可最大限度的保持土体的原状结构，并且更便于后期的运输和转移等操作；能有效地提高原状土体的取样成功率。

Claims (10)

1.原状土体取样装置，包括两端开口的取样筒体(1)，在取样筒体(1)的底部设置有刃口(2)，其特征在于：还包括施力器(3)，所述施力器(3)包括套环(31)和传力把手(32)，传力把手(32)的一端与套环(31)连接，其另一端为施力部(321)；在取样筒体(1)顶部的外周壁上设置有卡环凸起(4)，所述卡环凸起(4)低于取样筒体(1)的顶部端面(11)，所述套环(31)可拆卸的套在卡环凸起(4)上方的取样筒体(1)上，其中卡环凸起(4)的外径为D1，卡环凸起(4)上方的取样筒体(1)的外径为D2，套环(31)的内径为D3，并且满足D2≤D3＜D1。

2.如权利要求1所述的原状土体取样装置，其特征在于：所述卡环凸起(4)为固定的套设在取样筒体(1)顶部外周壁上的卡环件。

3.如权利要求2所述的原状土体取样装置，其特征在于：所述卡环件与取样筒体(1)焊接连接。

4.如权利要求1所述的原状土体取样装置，其特征在于：所述卡环凸起(4)与取样筒体(1)为一体结构。

5.如权利要求1所述的原状土体取样装置，其特征在于：当施力器(3)上的套环(31)套在卡环凸起(4)上方的取样筒体上时，传力把手(32)的施力部(321)高于取样筒体(1)的顶部端面(11)。

6.如权利要求5所述的原状土体取样装置，其特征在于：所述施力器(3)有两个，两个施力器(3)呈镜像对称的分布在套环(31)的两侧。

7.如权利要求6所述的原状土体取样装置，其特征在于：所述传力把手(32)由横向杆(51)和竖向杆(52)组成的“┐”形结构，竖向杆(52)的底端与套环(31)固定连接，横向杆(51)为传力把手(32)的施力部(321)。

8.如权利要求6所述的原状土体取样装置，其特征在于：所述传力把手(32)由第一横向杆(61)、第一竖向杆(62)和第二横向杆(63)组成的“Z”形结构，第二横向杆(63)的自由端与套环(31)固定连接，第一横向杆(61)为传力把手(32)的施力部(321)；在第二横向杆(63)的下部沿其轴向设置有朝向下方的切削刃(631)。

9.如权利要求1至8中任一项所述的原状土体取样装置，其特征在于：还包括端盖(7)，所述端盖(7)有两个，并且两个端盖(7)可分别盖在取样筒体(1)两端的开口上。

10.原状土体取样方法，其特征在于：采用上述权利要求9所述的原状土体取样装置，并且包括如下步骤：

A.取下取样筒体(1)两端开口的端盖(7)，将施力器(3)上的套环(31)套在卡环凸起(4)上方的取样筒体(1)上；

B.将取样筒体(1)底部的刃口(2)贴在待取样的土体表面，然后通过施力器(3)上的施力部(321)平稳施力，并将取样筒体(1)缓慢压入土体内，直至取样筒体(1)全部进入土体，并且取样筒体(1)的顶部端面(11)有土体冒出时停止施力；在施力过程中保持取样筒体(1)始终为竖直状态；

C.扶稳取样筒体(1)，之后刨掉取样筒体(1)周围的土体，形成一环形空槽(8)，并且露出整个取样筒体(1)；

D.扶稳取样筒体(1)，取下施力器(3)；之后清理取样筒体(1)顶部土体，直到顶部土体与取样筒体(1)的顶部端面(11)齐平后盖上端盖(7)；

E.用铲板(9)穿过取样筒体(1)下方的土体，然后抬起铲板(9)并连同取样筒体(1)一起翻转180°，使刃口(2)端朝上，再移开铲板(9)，之后清理取样筒体(1)刃口(2)以上的土体，直到刃口(2)端土体与刃口(2)的上端面齐平后盖上端盖(7)。