CN106289853B - 角度取土装置及其操作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种角度取土装置，该装置包括固定装置和取土装置两部分。固定装置是由角钢焊接而成的直角四面体骨架，取土装置位于固定装置外侧，并经圆柱横杆和带套筒转杆与固定装置连接。同时提供一种根据上述角度取土装置的操作方法。本发明的效果是该装置结构简单、造价低廉。采用该装置取样操作简捷，能够快速、准确地确定所取土样与水平地面的倾斜角度和土样深度，为测试原状土的力学和水力学各向异性提供试样。对取自某区域的5组角度与深度均相同的土样进行试验测试各土样的抗剪强度，得到试验的平均抗剪强度为76.34kPa，各组数据间的方差为0.452，抗剪强度最大差值为0.9kPa。能够满足工程对于土体各向异性试验的精度要求。

Description

角度取土装置及其操作方法

技术领域

本发明属于土工试验领域，涉及一种沿任一倾斜方向的角度取土装置及其操作方法，主要用于在不同的非竖直方向上获取土样，以便进行各种各向异性研究。

背景技术

随着建筑物规模的扩大和设计要求的提高，全面系统的掌握土体特性越来越重要。土体为碎散性材料，其各向异性、非线性特性极大影响了土体的力学性能。验证并获取土体的各向异性参数是进行岩土工程设计的重要步骤。获取扰动小、精度高且与地面呈一定角度的原装土样是进行土体各向异性试验研究的前提。

目前，取土装置只能获取竖直方向的土样，采集与地面呈一定角度的土样装置还是空白。常用的取某确定角度浅层土样方法是先将土体挖至试验所需深度，在该深度的土体中以某土样角度的余角为坡角挖坡，再将环刀或者取土器垂直于所挖坡的表面压入土中取土。利用这种方法获取土样的过程比较繁琐、且土样扰动较大、坡角确定困难、环刀压入深度不能计量。而且，采用该类方法获取的土样严重影响试验结果的准确性。因而，迫切需要一种能够采集与水平地面呈一定倾斜角度的取土装置，该装置为测试原状土的力学和水力学各向异性提供试样。

发明内容

本发明的目的是提供一种角度取土装置及其操作方法，以解决现有技术对浅层原状土取样时过程比较繁琐、土样扰动较大、坡角确定困难、环刀压入深度不能计量等问题。

为解决上述问题，本发明采用的技术方案是提供一种角度取土装置，其中：该装置包括固定装置和取土装置两部分，所述固定装置为直角三角形四面体框架，形成等腰三角形的底面，在所述框架的底面三交点处分别设有与所在底面垂直的入土尖，在所述等腰三角形的底面短边的中点处设有水准管；所述取土装置位于固定装置一侧，取土装置的圆柱横杆和带套筒转杆的一端分别连接在框架直角面的一边固定装置竖杆上，另一端分别连接有角钢竖杆，带套筒转杆与角钢竖杆、固定装置竖杆连接处为可转动连接，圆柱横杆、带套筒转杆、角钢竖杆与固定装置竖杆围合成四边形；在角钢竖杆与带套筒转杆交点的角钢竖杆侧面上设有角度表盘，在角钢竖杆固定装置竖杆与带套筒转杆交汇处通过螺纹销钉相互连接；从带套筒转杆的套筒顶部穿入套箍，套箍内的卡槽插入环刀。

同时提供一种根据上述角度取土装置的操作方法。

本发明的效果是该装置结构简单、造价低廉、原理鲜明。采用该装置取样操作简捷，能够快速、准确地确定所取土样与水平地面的倾斜角度和土样深度，为测试原状土的力学和水力学各向异性提供试样。对取自某区域的5组角度与深度均相同的土样进行试验测试各土样的抗剪强度，得到试验的平均抗剪强度为76.34kPa，各组数据间的方差为0.452，抗剪强度最大差值为0.9kPa。能够满足工程对于土体各向异性试验的精度要求。

附图说明

图1为本发明的角度取土装置结构示意图；

图2为本发明的角度取土装置带套筒转杆结构示意图；

图3为本发明的角度取土装置结构主视图；

图4为本发明的角度取土装置结构侧视图；

图5为本发明的角度取土装置螺栓销钉位置示意图；

图6为本发明的角度取土装置角度表盘详图；

图7为本发明的角度取土装置套箍结构示意图。

图中：

1.固定装置 2.取土装置 3.入土尖 4.水准管 5.圆柱横杆

6.带套筒转杆 7.角钢竖杆 8.固定装置竖杆 9.角度表盘

10.螺纹销钉 11.套箍 12.环刀 13.角度定位线

具体实施方式

结合附图对本发明的角度取土装置及其操作方法进行说明。

本发明的角度取土装置结构是，该装置包括固定装置1和取土装置2两部分，如图1所示。固定装置1为由角钢焊接而成的直角四面体骨架。取土装置2位于固定装置1的外侧，并经圆柱横杆5和带套筒转杆6与固定装置1连接，其中圆柱横杆5与固定装置竖杆8刚接，带套筒转杆6与固定装置竖杆8为可转动连接。

所述固定装置1为由角钢焊接而成的直角四面体骨架，在四面体骨架的底面各定点布置垂直于角钢底面的入土尖3用于保证固定装置1与土体的牢固接触，在底面两直角边的中点布置水准管4用于保证固定装置1的倾斜度。

在取土装置2中，圆柱横杆5、带套筒转杆6、角钢竖杆7与固定装置竖杆8围合成四边形。带套筒转杆6与角钢竖杆7为可转动连接，即角钢竖杆7底端和固定装置竖杆8中部的角钢面分别预留一个圆孔，并将带套筒转杆6两端分别穿过角钢竖杆7和固定装置竖杆8的预留圆孔。圆柱横杆5与角钢竖杆7为刚接，即角钢竖杆7顶部与固定装置竖杆8顶部通过圆柱横杆5焊接，如图3所示。带套筒转杆6的套筒轴线垂直于转杆部分，如图2所示。带套筒转杆6的套筒的内径与套箍11外径相同，且带套筒转杆6的转杆表面刻有一条平行于带套筒转杆的角度定位线13，如图5所示。带套筒转杆6的套筒垂直于水平地面时，角度定位线13指着角度表盘9的90°，如图4所示。角度表盘9位于角钢竖杆7与带套筒转杆6交点的角钢竖杆7侧面上，如图4所示。在角度表盘9上按照顺时针标注0°～180°，如图6所示。在带套筒转杆6与角钢竖杆7和固定装置竖杆8交点处均设置一个孔径大小与螺纹销钉10相匹配的螺纹孔，螺纹孔位于角钢面上，且螺纹孔轴向与带套筒转杆6的转杆轴向垂直，将螺纹销钉10拧入螺纹孔，待调整好取土角度拧紧螺纹销钉10，如图5所示。套箍11外壁设有刻度线，套箍11下端设置环刀卡槽，环刀卡槽开槽厚度等于环刀12壁的厚度，如图7所示。将环刀12上部插入套箍11内的卡槽，把组装好的套箍11与环刀12从带套筒转杆6的套筒顶部穿入，即形成本发明提供的取土装置。

本发明的角度取土装置操作方法，该方法包括以下步骤：

(1)将所述角度取土装置置于平整的场地，观察固定装置底面两直角边中点布置的水准管内液泡是否同时居中。如果水准管内液泡不同时居中，取下角度取土装置，将固定装置底面的土体进行适当修整，放置取土装置观察水准管内液泡，直至水准管内液泡均居中时停止操作。

(2)根据土工试验规范的要求确定取土深度h和土样与水平地面的角度θ，按照公式(1)计算出套箍移动的距离L

L＝h/sinθ(1)

式(1)中，土样与水平地面的角度θ，单位为(°)；土样深度h和套箍移动的距离L单位为cm。

(3)根据步骤(2)中的角度θ转动带套筒转杆6，通过带套筒转杆6表面的角度定位线13与角度表盘9的夹角确定角度θ，并用螺纹销钉10将确定好的角度固定。

(4)将套箍11下端的内壁和环刀12内壁涂凡士林层，将环刀12上部插入套箍11内的卡槽，把组装好的套箍11与环刀12从带套筒转杆6的套筒顶部穿入，环刀12面朝向土体，待环刀12接触土表面时记录带套筒转杆6的套筒顶面所指套箍11的刻度值。

(5)对套箍11的顶面进行锤击，通过锤击前后带套筒转杆6的套筒顶部所指套箍11刻度值的改变量，判断环刀12压入土中的深度。为防止锤击不当造成的套箍11损坏，锤击过程中可在套箍11顶面放置木板进行减震。

(6)锤击完成后撤去角度取土装置，用松土装置将套箍11周围土体疏松并将套箍11与环刀12自土中取出。将套箍11与环刀12分离，对环刀12土样进行修整即可得到与水平地面呈一定角度的浅层原状土样。

实施例：取距离地表深度为15cm、与水平地面呈30°的土样为例进行说明。

(1)将角度取土装置通过底座下方的入土尖3插入土中，通过观察水准管4并操作固定装置1来保证取土装置2的倾斜度。

(2)根据所取土样深度15cm土和土样与水平地面的角度30°，按照公式(1)计算出套箍11移动的距离L为30cm。

(3)转动带套筒转杆6，使套筒转杆的角度定位线13与角度表盘9上0°刻度线夹角为30°，将螺纹销钉10拧紧。

(4)将套箍11下端卡环刀的内壁和环刀12内壁涂凡士林，将环刀12上部插入套箍11内的卡槽，把组装好的套箍11与环刀12从带套筒转杆6的套筒顶部穿入，环刀12面朝向土体，待环刀12接触土表面时记录套筒6顶面所指套箍的刻度值为13.2cm。

(5)在套箍11顶面放置木板，对木板进行锤击，当套筒6顶面所指套箍的刻度13为43.2cm，停止锤击。

(6)取下木板后撤去角度取土装置，用松土装置将套箍11周围土体疏松，使用铁钎将套箍11与环刀12自土中挖出。将套箍11与环刀12分离，对环刀土样进行修整即可得到与水平地面呈一定角度的浅层原状土样。

在相邻土体范围内，采集5组距离地表深度为15cm、与水平地面呈30°的土样，对各组土样进行100kPa竖向压力下，剪切速率为12r/min的直剪试验，得到抗剪强度如表1所示。

表1土样抗剪强度表

分析表1中数据可知，本组试验的平均抗剪强度为76.34kPa，各组数据间的方差为0.452，抗剪强度最大差值为0.9kPa。能够满足工程对于土体各向异性试验的精度要求。

本发明具备结构简单、造价低廉、原理鲜明且取样简捷的特点，通过本装置能够快速、准确地确定所取土样与水平地面的夹角，进而获取浅层原状土土样，为测试原状土的力学和水力学各向异性提供试样。

Claims (2)

1.一种角度取土装置，该装置包括固定装置(1)和取土装置(2)两部分，其特征是：所述固定装置(1)为直角三角形四面体框架，形成等腰三角形的底面，在所述框架的底面三交点处分别设有与所在底面垂直的入土尖(3)，在所述等腰三角形的底面短边的中点处设有水准管(4)；

所述取土装置(2)位于固定装置(1)一侧，取土装置(2)的圆柱横杆(5)和带套筒转杆(6)的一端分别连接在框架直角面的一边固定装置竖杆(8)上，另一端分别连接有角钢竖杆(7)，带套筒转杆(6)与角钢竖杆(7)、固定装置竖杆(8)连接处为可转动连接，圆柱横杆(5)、带套筒转杆(6)、角钢竖杆(7)与固定装置竖杆(8)围合成四边形；

在角钢竖杆(7)与带套筒转杆(6)交点的角钢竖杆(7)侧面上设有角度表盘(9)，在角钢竖杆(7)固定装置竖杆(8)与带套筒转杆(6)交汇处通过螺纹销钉(10)相互连接；从带套筒转杆(6)的套筒顶部穿入套箍(11)，套箍(11)内的卡槽插入环刀(12)，在角度表盘(9)盘面上设有按照顺时针标注0°～180°角的刻度线；

所述的带套筒转杆(6)的套筒轴线与转杆中心线垂直，且带套筒转杆(6)的转杆表面刻有一条平行于转杆中心线的角度定位线(13)，带套筒转杆(6)的套筒垂直于水平地面时，角度定位线(13)指着角度表盘(9)的90°，带套筒转杆(6)的套筒的内径与套箍(11)外径相同。

2.利用权利要求1所述角度取土装置的操作方法，其特征是：该方法包括以下步骤：

1)将所述角度取土装置置于平整的场地，观察固定装置(1)底面两直角边中点布置的水准管内液泡是否同时居中，如果水准管(4)内液泡不同时居中，取下角度取土装置，将固定装置(1)底面的土体进行修整，放置取土装置观察水准管(4)内液泡，直至水准管(4)内液泡均居中时停止操作；

2)根据土工试验规范的要求确定取土深度h和土样与水平地面的角度θ，按照公式(1)计算出套箍移动的距离L

L＝h/sinθ(1)

式(1)中，土样与水平地面的角度θ，单位为(° )，土样深度h和套箍移动的距离L单位为(cm)；

3)根据步骤2)中的角度θ转动带套筒转杆(6)，通过带套筒转杆(6)表面的角度定位线(13)与角度表盘(9)的夹角确定角度θ，并用螺纹销钉(10)将确定后的角度固定；

4)将套箍(11)下端的内壁和环刀(12)内壁涂凡士林层，将环刀(12)上部插入套箍(11)内的卡槽，把组装好的套箍(11)与环刀(12)从带套筒转杆(6)的套筒顶部穿入，环刀(12)面朝向土体，待环刀(12)接触土体表面时，记录带套筒转杆(6)的套筒顶面所指套箍(11)的刻度值；

5)对带套筒转杆(6)的顶面进行锤击，通过锤击前后带套筒转杆(6)的套筒顶部所指套箍刻度值的改变量，判断环刀(12)压入土中的深度，为防止锤击不当造成的套箍(11)损坏，锤击过程中应在套箍(11)顶面放置木板进行减震；

6)锤击完成后撤去角度取土装置，用松土装置将套箍箍(11)周围土体疏松并将套箍(11)与环刀(12)自土体中取出，将套箍(11)与环刀(12)分离，对环刀土样进行修整，即可得到与水平地面呈一定倾斜角度的浅层原状土样。