CN106869842A - 一种含水松散地层维持土体全貌的取芯装置、方法及应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种含水松散地层维持土体全貌的取芯装置、方法及应用，它解决了现有技术中土体取芯困难且样本不完整的问题，具有保证取样稳定性的效果。装置部分包括：外管总成及内管总成；外管总成包括外套筒，外套筒下端通过管靴接头与旋切机构连接；内管总成包括内管筒，内管筒位于外套筒内部，内管筒顶部与双管接头下部连接，双管接头侧部与外套筒固定连接；所述双管接头上端通过异径接头与压杆接头相连接，异径接头下部通过弹簧与球头连接，依靠弹簧的弹力控制球头与排水孔的相对距离来调节内管筒的密闭性；所述内管筒内侧下端设置有多个扇形封门。

Description

一种含水松散地层维持土体全貌的取芯装置、方法及应用

技术领域

本发明涉及地质勘探技术领域，特别是涉及一种含水松散地层维持土体全貌的取芯装置、方法及应用。

背景技术

近年来，随着城市化建设和地下空间开发的蓬勃发展，在复杂地质环境中的工程建设越来越多，地质勘察工作正发挥着越来越重要的作用。工程地质勘查的主要目的是查明建筑工程场地周围的工程水文地质、地质构造、地层地貌、岩土材料性状等情况，为工程设计与安全施工提供依据。

目前，常规的钻探取芯设备在整体性较好的岩层或胶结性较强的土层中取芯率较高，在松散地层、碎裂岩层或软弱夹层，尤其是富水松散地层中往往存在取芯率低、样芯原状结构不完整等问题，其缺点主要表现在以下过程：

1、在钻杆提钻过程中，所取样芯较为松散，容易破损滑漏，尤其在地下水较为丰富、土体毛细孔发育的地层，取芯仪提钻时往往会致使裂隙水冲散土体不能成芯，样芯随水流滑出造成漏芯、掉芯等问题；

2、在样芯从取芯管转移至岩芯箱过程中，即使不采用重物锤击取芯管，样芯在转移时受取芯管摩擦作用，也会发生一定结构扰动，且受到风化、光照、蒸发的影响，样芯的组分会发生一定变化；

3、在运输过程，样芯在岩芯箱中受到颠簸震荡，其原始结构将进一步发生损伤，含水砂性土样芯容易发生松散坍落，甚至会发生液化现象。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种含水松散地层维持土体全貌的取芯装置。本装置通过设计全新的结构，使其可以在尽量减少地层应力扰动的情况下获取土芯样本，并能够防止样本掉落。

为了达成上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种含水松散地层维持土体全貌的取芯装置，包括：

外管总成及内管总成；

外管总成包括外套筒，外套筒下端通过管靴接头与旋切机构连接；

内管总成包括内管筒，内管筒位于外套筒内部，内管筒顶部与双管接头下部连接，双管接头侧部与外套筒固定连接；

所述双管接头上端通过异径接头与压杆接头相连接，异径接头下部通过弹簧与球头连接，依靠弹簧的弹力控制球头与排水孔的相对距离来调节内管筒的密闭性；

所述内管筒内侧下端设置有多个扇形封门。

所述外管总成中的外管筒为圆筒形薄壁结构，外管筒的作用是承受周围地层水土压力、保护内管总成结构及样芯稳定、辅助控制装置整体的下压。

所述内管筒根据功能可分为余土区、取土区和扰动区，其中，余土区位于内管筒的最上部，用于存放清孔不利剩余的废土以保证取土区中土样的质量；取土区位于内管筒的中部，用于存放所取的结构性完整的土样；扰动区位于内管筒的底部，该区域用于存放受扇形封门闭合封闭引起的土芯扰动段，扰动区长度为从内管筒底端至扇形封门上部1～1.5倍内管筒内径位置。

所述内管筒由两片半圆筒组成，两片半圆筒分别在上、中、下3个位置的边缘上焊接有拆分卡口，通过拆分卡口与相应螺栓的紧固连接来实现两片半圆筒的组合或拆分。在取芯过程中，两片半圆筒组合成圆筒作为内管筒；在取芯完成后，样芯需要从取土区中取出以测试其材料结构组分及物理力学参数，拧出拆分卡口处的螺栓，将内管筒拆分为两片半圆筒，避免了常规顶压或锤击样芯对其原状结构的扰动，较好地维持了土芯结构完整性。

所述两片半圆筒的侧壁粘贴有弹性密封条，当两片半圆筒组合成圆筒后，弹性密封条压密贴合，密闭性良好，防止内管筒中水、气、泥的泄露。

内管筒顶端圆面留有一个内管排水孔，内管排水孔上端与球头相连接，球头上端连接有调节弹簧。当取芯仪下沉取土时，内管筒中的水、气、泥通过内管排水孔进入球头，将钢球顶起，沿球头排水孔排出；当装置整体静止或上提时，调节弹簧将钢球压回到球头基座上，起到密封作用。通过调节球头上端弹簧的松紧刚度来控制内管筒的密封压力。

双管接头上部外边缘设有环形密封圈，防止球头排水孔排出的液体、气体进入外管筒。

压杆接头下部外边缘设有环形密封圈，防止球头排水孔排出的液体、气体进入外管筒。

优选的，所述旋切机构的结构由两种，一种为上下开口结构的旋转钻头。可适用于硬粘土、黄土、松散砂砾岩、含水紧密砂性土、含水碎裂岩层等样本。旋转钻头具有圆形刃，通过圆形刃切削地层，提高对紧密砂性土、含砾粘性土、碎裂岩层的取芯效率，减小土芯压密引起的土样边缘扰动。圆形刃倾角为10°～20°，可以促进切削土屑顺利排出至取土区外部，避免土屑进入取土区而破坏原状土体结构性。

另一种则可选用管靴刃口。可适用于软粘土、含水粘性土、含水砂性土地层。刃口与竖直面的夹角为10°～20°，采取压入式方法进行取样。

优选的，所述扇形风门被电机驱动。

优选的，所述内筒管上具有通孔，双管接头上具有与所述通孔连通的异形槽，所述球头位于所述异形槽当中。

优选的，所述扇形封门为6扇，每扇扇形封门所对应的圆心角均为60°，每扇扇形封门均通过一个电机安装于内筒管的内壁上。

在取芯过程中，扇形封门紧贴于内管筒内壁，使土样顺利进入取土区；在准备提钻时，扇形封门旋转90°至水平位置，实现了内管筒的原位封闭，保证了样芯的结构性状、应力状态、温度、湿度与原位土层的一致性。

所述扇形封门在封闭过程中，优选地，先旋转关闭3片扇形封门，即每间隔1片关闭1片，然后再关闭剩余的3片扇形封门，该操作是为了减轻6片扇形封门同时关闭引起的内管筒扰动区内的土体压密，使压密扰动区的范围尽量减小。

在提供上述结构方案的同时，本发明还提供了一种基于上述取芯装置的方法，主要包括如下步骤：

步骤一、完成预先准备工作；步骤一的主要工作内容包括：

1)落实场地水电供应等准备工作，平整压实施工场地，钻塔塔脚处地基夯实，地表条件不良时铺设素混凝土垫层或浇注混凝土墩加固；

2)所有材料、机械配备放置、安装于场区相应位置，设置好泥浆池。

3)取芯仪组装：将内管筒安装于外管筒内，扇形封门保持开启状态，双管接头及异径接头安装牢固，确保取芯仪各部分功能运转正常。

步骤二、采用钻孔机钻孔至预定深度，并清孔；步骤二的主要工作内容包括：

1)采用钻机逐步钻进至预定深度，钻进过程中泥浆护壁跟进，保证孔壁稳定。

2)采用套螺钻至预定清孔部位进行旋转清孔，通过旋转套螺钻将孔底废土旋入螺旋叶片间套住，然后提升套螺钻，将孔内的余土清除干净。在含水松散地层提升套螺钻时，会有部分碎土屑随水流漏出至孔底，通过取芯装置中的余土区可以存储该部分碎土屑。

步骤三、将本装置安装于静压机或旋压机上，进行下钻取芯；

步骤四、令扇形封门至水平状态，随后取芯起钻；步骤四的主要工作内容包括：

1)取芯仪钻进至预定深度后，控制扇形封门的6片扇形封门旋转至水平位置，实现内管筒的封闭，保证了样芯的结构性状、应力状态、温度、湿度与原位土层的一致性。优选地，扇形封门关闭时，先每间隔1片关闭1片扇形封门，然后关闭剩余的3片扇形封门，以便减小6片扇形封门同时关闭引起的土体压密扰动。

2)取芯起钻过程中，上提起钻要平稳，严禁猛提、猛刹。起钻完成后要立即盖好井口，防止落物。

步骤五、将样芯取出。步骤五的主要工作内容包括：

方法1：原位拆芯。当取芯地层完整性较好、含水量不大时，采用原位拆芯的方法。

1)取出取芯仪后，先卸掉压杆接头和异径接头；然后拧开外管筒上的紧固螺栓，使外管筒与双管接头分离；然后从外管筒顶部将双管接头与内管筒一同取出，再将双管接头与内管筒分离。

2)拧开内管筒边缘上的拆分卡口处的螺栓，将内管筒拆分成两片半圆筒，避免了常规顶压或锤击样芯对其原状结构的扰动。

3)将两片半圆筒平放于地面上，将内管筒中的余土区和扰动区区域的样芯切除，仅保留取土区区域的样芯，观察样芯进行现场地质编录。

4)将样芯用保鲜膜包裹密封后放入岩芯箱中，或将样芯装入PVC保护管中进行密封；同时在密封膜或保护管上粘贴标签，注明样芯编号、采取时间、地点及深度。

5)及时运输至实验室进行土样组分参数测定试验。

方法2：室内拆芯。当取芯地层较为松散碎裂、含水量较大时，采用室内拆芯的方法。

1)取出取芯仪后，先卸掉压杆接头和异径接头；然后拧开外管筒上的紧固螺栓，使外管筒与双管接头分离；然后从外管筒顶部将双管接头与内管筒一同取出，再将双管接头与内管筒分离，拆分时保持内管筒竖直。

2)将内管筒顶部的内管排水孔用橡胶堵头封住，维持内管筒的密闭性；在内管筒上粘贴标签，注明样芯编号、采取时间、地点及深度。

3)将内管筒整体放入特制的岩芯箱中，进行搬运、运输至实验室；然后拧开内管筒边缘上的拆分卡口处的螺栓，将内管筒拆分成两片半圆筒平放于试验台上；取出取土区区域的样芯进行观测和试验。该方法最大程度地保存了土样的结构性状、应力状态、温度及湿度，维持了含水松散地层土体结构完整性和特征全貌。

本发明还提供了上述的装置在取芯工作中的应用。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明通过在内管筒内部设置扇形封门，可以动态控制取芯管的开启与密闭，实现了取芯管的原位封闭，能够确保在富水松散地层中获得较高的取芯率，保证样芯的结构性状、应力状态、温度、湿度与原位土层一致。

(2)本发明的内管筒是由两片半圆筒组成，通过控制两片半圆筒的开阖，可以便捷地将内管筒中的样芯取出，便于去除余土区和扰动区区域的土样，仅保留取土区区域的标准土样，避免了常规出芯过程顶压或锤击等操作对样芯的二次扰动，较好地维持了土芯原状结构完整性。

(3)本发明可以实现原位拆芯和室内拆芯两种方式，在所取样芯自稳性相对较好的情况下，采用原位拆芯可以加快取芯速率并控制成本；在取芯地层为富水、地层极度松散、碎裂的情况下，采用室内拆芯可以消除样芯在出芯及运输过程中的结构扰动和水分流失，最大限度地维持土体的原状结构和特征全貌，客观真实地反映原位地层情况。

(4)本发明可以广泛应用于松散地层、破碎地层、软弱地层的取芯，尤其在富水松散地层、含水砂性土、含水碎裂岩层等地层具有突出优势。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的内管总成结构示意图；

图3为内管总成拆开后的结构示意图；

图4为内管总成拆开后的下部结构详图；

图5为内管总成中的扇形封门闭合时的结构剖面图；

图6为旋转钻头结构示意图；

图7为旋转钻头平面示意图；

图8是本发明中电机的安装示意图；

图9是图8中A处的局部放大图；

图中：1-外管筒；2-内管筒；3-管靴接头；4-旋切机构；5-扇形封门；6-内管排水孔；7-球头；8-调节弹簧；9-双管接头；10-球头排水孔；

11-异径接头；12-压杆接头；13-插槽；14-环形密封圈；15-紧固螺栓；16-电机；17-拆分卡口；18-弹性密封条；19-旋转钻头；20-切削刀齿；21-余土区；22-取土区；23-扰动区；24-转动轴；25-凸起部；26-凹槽。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

如图1所示，本发明的一种含水松散地层维持土体全貌的取芯仪，该取芯仪为双层管结构，包括外管总成、内管总成和接头部分。所述外管总成由外管筒1、管靴接头3、管靴刃口组成，其中：

外管筒1为圆筒形薄壁结构，其作用是承受周围地层水土压力、保护内管总成结构及样芯稳定、内部的信号线传输信号控制电机16，并传动给旋转钻头19的旋转前进，外管筒1下端通过圆柱体结构的管靴接头3与旋切机构4相连接。

所述内管总成包括内管筒2、内管排水孔6、扇形封门5，其中：

内管筒2顶端圆面上留有一个内管排水孔6，下端圆筒体内侧设置有扇形封门5；所述接头部分包括双管接头9、异径接头11、压杆接头12，其中，双管接头9通过紧固螺栓15将外管筒1与内管筒2相连接，双管接头9内部设有球头7，球头7上部通过弹簧8与异径接头11连接，通过球头7的上下移动来控制内管筒2内水、气、泥的排出，双管接头9上端通过异径接头11与压杆接头12相连接，压杆接头12内部设有插槽13，能够方便本装置的拆装。

所述内管筒2顶端圆面留有一个内管排水孔6。当取芯仪下沉取土时，内管筒2中的水、气、泥通过内管排水孔6进入球头7，将球头顶起，沿球头排水孔10排出；当取芯仪静止或上提时，调节弹簧8将钢球压回到球头基座上，起到密封作用。通过调节球头7上端弹簧的松紧刚度来控制内管筒2的密封压力。

所述双管接头9通过紧固螺栓15与外管筒1和内管筒2连接，使外管筒1与内管筒2紧密贴合牢固，双管接头9上部外边缘设有环形密封圈14，防止球头排水孔10排出的液体、气体进入外管筒1。

所述异径接头11将双管接头9与压杆接头12相连接，用于传递、传输上部钻杆的作用力和控制信号。

压杆接头12下部外边缘设有环形密封圈14，防止球头排水孔10排出的液体、气体进入外管筒1。

如图2所示，所述内管筒2根据功能可分为余土区21、取土区22、扰动区23，其中，余土区21位于内管筒2的最上部，用于存放清孔不利剩余的废土以保证取土区22中土样的质量；取土区22位于内管筒2的中部，用于存放所取的结构性完整的土样；扰动区23位于内管筒2的底部，该区域用于存放受扇形封门5闭合封闭引起的土芯扰动段，扰动区23长度为从内管筒2底端至扇形封门5上部1～1.5倍内管筒2内径位置。

如图3、4所示，所述内管筒2由两片半圆筒组成，两片半圆筒分别在上、中、下3个位置的边缘上焊接有拆分卡口17，通过拆分卡口17与相应螺栓的紧固连接来实现两片半圆筒的组合或拆分。在取芯过程中，两片半圆筒组合成圆筒作为内管筒2；在取芯完成后，样芯需要从取土区22中取出以测试其材料结构组分及物理力学参数，拧出拆分卡口17处的螺栓，将内管筒2拆分为两片半圆筒，避免了常规顶压或锤击样芯对其原状结构的扰动，较好地维持了土芯结构完整性。

所述两片半圆筒的侧壁粘贴有弹性密封条，当两片半圆筒组合成圆筒后，弹性密封条压密贴合，密闭性良好，防止内管筒2中水、气、泥的泄露。

如图3-5、图8和图9所示，所述扇形封门5由6片圆心角为60°的扇形封门组成，扇形封门5具有凸起部25，凸起部25的一侧通过转动轴24转动连接于内管筒2内壁，另一侧与电机16的输出轴固定连接，扇形封门可以在电机16的驱动下绕转动轴24进行旋转，电机16位于内管筒2上的凹槽26内。在取芯过程中，扇形封门紧贴于内管筒2内壁，使土样顺利进入取土区22；在准备提钻时，扇形封门绕转动轴24旋转90°至水平位置，实现了内管筒2的原位封闭，保证了样芯的结构性状、应力状态、温度、湿度与原位土层的一致性。

所述扇形封门5在封闭过程中，优选地，先旋转关闭3片扇形封门，即每间隔1片关闭1片，然后再关闭剩余的3片扇形封门，也就是先关闭a、c、e叶片，然后关闭b、d、f叶片，该操作是为了减轻6片扇形封门同时关闭引起的内管筒2扰动区23内的土体压密，使压密扰动区23的范围尽量减小。

本发明中，所述管靴刃口为硬质合金材质，刃口与竖直面的夹角为10°～20°，采取压入式方法进行取样，适用于软粘土、含水粘性土、含水砂性土地层；

对于硬粘土、黄土、松散砂砾岩、含水紧密砂性土、含水碎裂岩层等，为提高刃口切削性能并减小由于土芯压密而引起的土样边缘扰动，将管靴刃口更换为旋转钻头19。旋转钻头19通过环状切削地层，提高对紧密砂性土、含砾粘性土、碎裂岩层的取芯效率，减小土芯压密引起的土样边缘扰动。

旋转钻头19也是通过管靴接头3与外管筒1连接。

如图6和图7所示，旋转钻头19下端面设有均匀分布的切削刀齿20，切削刀齿20为硬质合金材质，切削刀齿20平面布局为螺旋式分布，刀齿走向与其所在圆心轴线呈45°夹角，当旋转钻头19按顺时针方向旋转时，该角度布置便于促使切削下来的土屑沿刀齿间的排屑槽排出至外管筒1外部；切削刀齿20的立面布局为倾斜式分布，其倾角为10°～20°，该设置同样为了促进切削土屑顺利排出至外管筒1外部，避免土屑进入内管筒2而破坏原状土体结构性。

本发明一种含水松散地层维持土体全貌的取芯仪，其取芯方法包括以下步骤：

步骤一：取芯前准备工作

1)落实场地水电供应等准备工作，平整压实施工场地，钻塔塔脚处地基夯实，地表条件不良时铺设素混凝土垫层或浇注混凝土墩加固；

2)所有材料、机械配备放置、安装于场区相应位置，设置好泥浆池。

3)取芯仪组装：将内管筒2安装于外管筒1内，扇形封门5保持开启状态，双管接头9及异径接头11安装牢固，确保取芯仪各部分功能运转正常。

步骤二：清孔

1)采用钻机逐步钻进至预定深度，钻进过程中泥浆护壁跟进，保证孔壁稳定。

2)采用套螺钻至预定清孔部位进行旋转清孔，通过旋转套螺钻将孔底废土旋入螺旋叶片间套住，然后提升套螺钻，将孔内的余土清除干净。在含水松散地层提升套螺钻时，会有部分碎土屑随水流漏出至孔底，通过取芯仪中的余土区21可以存储该部分碎土屑。

步骤三：下钻取芯

方法1：当取芯地质为软粘土、含水粘性土、含水砂性土地层时，采用管靴刃口连续压入法进行取芯。

将取芯仪一次性快速、均匀的压入土层中，尽量减小土样受压缩的扰动，较好的维持土体的原始结构状态。该操作的关键在于准确控制压入的连续性和压入深度，防止多次压入和猛刹。

方法2：当取芯地质为硬粘土、松散砂砾岩、含水紧密砂性土、含水碎裂岩层时，采用旋转钻头19进行取芯。

开始取芯时，先轻压启动旋转钻头19，缓慢钻进至0.1m～0.2m，钻头工作平稳正常后，逐渐增加钻压至规定钻压，然后平稳均匀的钻进至预定深度。该操作的关键在于稳定控制钻进速度、钻压和转速，防止溜钻和中途停泵或提钻。

步骤四：割芯及起钻

1)取芯仪钻进至预定深度后，控制扇形封门5的6片扇形封门旋转至水平位置，实现内管筒2的封闭，保证了样芯的结构性状、应力状态、温度、湿度与原位土层的一致性。优选地，扇形封门5关闭时，先每间隔1片关闭1片扇形封门，然后关闭剩余的3片扇形封门，即先关闭a、c、e叶片，然后关闭b、d、f叶片，以便减小6片扇形封门同时关闭引起的土体压密扰动。

2)取芯起钻过程中，上提起钻要平稳，严禁猛提、猛刹。起钻完成后要立即盖好井口，防止落物。

步骤五：拆取样芯

根据所取样芯的地质条件，拆取样芯可分为原位拆芯和室内拆芯两种方法。

方法1：原位拆芯。当取芯地层完整性较好、含水量不大时，采用原位拆芯的方法。

1)取出取芯仪后，先卸掉压杆接头12和异径接头11；然后拧开外管筒1上的紧固螺栓15，使外管筒1与双管接头9分离；然后从外管筒1顶部将双管接头9与内管筒2一同取出，再将双管接头9与内管筒2分离。

2)拧开内管筒2边缘上的拆分卡口17处的螺栓，将内管筒2拆分成两片半圆筒，避免了常规顶压或锤击样芯对其原状结构的扰动。

3)将两片半圆筒平放于地面上，将内管筒2中的余土区21和扰动区23区域的样芯切除，仅保留取土区22区域的样芯，观察样芯进行现场地质编录。

4)将样芯用保鲜膜包裹密封后放入岩芯箱中，或将样芯装入PVC保护管中进行密封；同时在密封膜或保护管上粘贴标签，注明样芯编号、采取时间、地点及深度。

5)及时运输至实验室进行土样组分参数测定试验。

方法2：室内拆芯。当取芯地层较为松散碎裂、含水量较大时，采用室内拆芯的方法。

1)取出取芯仪后，先卸掉压杆接头12和异径接头11；然后拧开外管筒1上的紧固螺栓15，使外管筒1与双管接头9分离；然后从外管筒1顶部将双管接头9与内管筒2一同取出，再将双管接头9与内管筒2分离，拆分时保持内管筒2竖直。

2)将内管筒2顶部的内管排水孔6用橡胶堵头封住，维持内管筒2的密闭性；在内管筒2上粘贴标签，注明样芯编号、采取时间、地点及深度。

3)将内管筒2整体放入特制的岩芯箱中，进行搬运、运输至实验室；然后拧开内管筒2边缘上的拆分卡口17处的螺栓，将内管筒2拆分成两片半圆筒平放于试验台上；取出取土区22区域的样芯进行观测和试验。该方法最大程度地保存了土样的结构性状、应力状态、温度及湿度，维持了含水松散地层土体结构完整性和特征全貌。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种含水松散地层维持土体全貌的取芯装置，其特征在于，包括：

外管总成及内管总成；

外管总成包括外套筒，外套筒下端通过管靴接头与旋切机构连接；

内管总成包括内管筒，内管筒位于外套筒内部，内管筒顶部与双管接头下部连接，双管接头侧部与外套筒固定连接；

所述双管接头上端通过异径接头与压杆接头相连接，异径接头下部通过弹簧与球头连接，依靠弹簧的弹力控制球头与排水孔的相对距离来调节内管筒的密闭性；

所述内管筒内侧下端设置有多个扇形封门。

2.根据权利要求1所述的取芯装置，其特征在于，所述旋切机构为旋转钻头。

3.根据权利要求1所述的取芯装置，其特征在于，所述旋切机构为管靴刃口。

4.根据权利要求1所述的取芯装置，其特征在于，所述扇形风门被电机驱动。

5.根据权利要求1所述的取芯装置，其特征在于，所述内筒管上具有通孔，双管接头上具有与所述通孔连通的异形槽，所述球头位于所述异形槽当中。

6.根据权利要求1所述的取芯装置，其特征在于，所述扇形封门为6扇，每扇扇形封门所对应的圆心角均为60°，每扇扇形封门均通过一个转动轴安装于内筒管的内壁上。

7.一种基于权利要求1-6任一项所述的述取芯装置的方法，其特征在于，步骤如下：

步骤一、完成预先准备工作；

步骤二、采用钻孔机钻孔至预定深度，并清孔；

步骤三、将本装置安装于钻孔机上，进行下钻取芯；

步骤四、令扇形封门至水平状态，随后取芯起钻；

步骤五、将样芯取出。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，当取芯对象为软粘土、含水粘性土或含水砂性土时，旋切机构选择为管靴刃口。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，当取芯对象为硬粘土、黄土、松散砂砾岩、含水紧密砂性土或含水碎裂岩层时，旋切机构选择为旋转钻头。

10.如权利要求1-6任一项所述的取芯装置在取芯工作中的应用。