CN107063741A - 一种原状土壤取样装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种原状土壤取样装置，包括外管，位于外管内部的取芯内管，以及位于取芯内管底部的活动环刀盘；所述活动环刀盘在外管内往复旋转从而控制活动环刀盘的开闭；当活动环刀盘打开时，取芯内管的底部处于敞口状态；当活动环刀盘关闭时，取芯内管的底部处于封闭状态。本装置可实现取芯内管下端完全封闭，从而最大限度保证取样完整度和原状性。
Description
技术领域
本发明涉及一种原状土壤取样装置，特别是一种双层结构，具有取芯内管的取样装置。
背景技术
在公知技术中，常见土壤及岩芯取样装置，按推进方式，可分为钻进式和直推式。钻进式顾名思义，以旋转的钻进方式，将土壤取样管钻入土层。直推式用静压力，将土壤取样管压入土层。此外，还有钻进和直推结合的方式，外层钻进，内层直推，但不是主流方式。上述所有类型的取样装置，岩心管构造特征均为两端开口的，下端带有刀口的空心圆管，材质多以高强度钢材为主。当到达所需采集的样品深度时，采样装置整体按原推进路径退出土层，通过岩心管与样品的内摩擦力将样品带回地面。这种技术方案，广泛应用于钻探、勘察、研究活动过程中的土壤取样作业。
各种土壤取样装置，对不同土壤介质的取样完整程度(取芯率％，即取芯长度与推进深度之比)，取决于土壤介质类型本身具有的摩擦力。当土壤样品结构松散，或含水率较高，如软土、液化砂层，介质与内管摩擦力严重不足，样品无法取出或取出的样品损失较大，样品取芯率较低，此外样品原状结构被破坏。
仅见一种双层结构的煤田勘探取煤器，可以在采集摩擦力较大的煤层时，达到较高取芯率，其内管下端带有弹性抓簧，可以收缩岩心管底部，但收缩程度有限，且仅能阻挡岩心管底部外侧小部分，无法封闭。因此，在底部不完全封闭状态下，也无法保证完整取得低摩擦力土壤介质。
中国专利CN105823650A公开了一种环刀组合挡板封闭式取土器，取土口，内侧壁上设有多个呈三角形或扇形的挡板，取土过程中挡板上扬，打开取土口，土壤进入取土器，取土完毕后旋转取土器，挡板切断取土取样头内的土壤，然后上提取土器，在挡板上方土体重力和挡板弹性回复力的作用下，挡板回落，关闭取土口，确保土样不脱落；中国专利CN102749220A公开了一种湿地土壤取样器，内管的管腔通过隔板分为优弧部和劣弧部两部分，优弧部为空腔或实体，劣弧部为下部开口的空腔，使用时，取样器的外管先转至内管的优弧部一侧，不要遮蔽住劣弧部的管腔，将取样器旋转按压至土壤层内足够的深度，内管劣弧部采集到土样，转动外管，使外管底部的封板将内管劣弧腔底部完全封闭，切断管腔内土样与外部土壤的粘连，将土样取出。但采用类似的方法也不能起到完全封闭取芯管底部的作用，且还会增加钻土过程的阻力。
发明内容
发明目的：本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种原状土壤取样装置，通过可封闭底部的取芯内管，使取得的土壤岩芯样品最大限度保持完整和无扰动状态。
为了解决上述技术问题，本发明公开了一种原状土壤取样装置，包括外管，位于外管内部的取芯内管，以及位于取芯内管底部的活动环刀盘；所述活动环刀盘在外管内往复旋转从而控制活动环刀盘的开闭；当活动环刀盘打开时，取芯内管的底部处于敞口状态；当活动环刀盘关闭时，取芯内管的底部处于封闭状态。
其中，所述活动环刀盘内侧设有两片以上的刀片，刀片上设有旋转轴和曲臂刀片端连接轴，刀片通过曲臂刀片端连接轴连接有联动曲臂；所述刀片可围绕旋转轴旋转；所述联动曲臂可围绕曲臂刀片端连接轴旋转；通过联动曲臂的牵引力实现刀片彼此之间的分开与闭合，从而控制活动环刀盘的打开与关闭。
其中，所述旋转轴固定于环刀盘内环架上，所述环刀盘内环架与取芯内管固定封闭连接。
其中，所述联动曲臂外端通过曲臂外环连接轴固定在环刀盘外环架上，并可以围绕曲臂外环连接轴旋转。
其中，所述外管为钻进式或直推式，底端成坡面形成切口。
其中，所述外管内部设有台阶，台阶与活动环刀盘抵接，用于固定活动环刀盘，保证其与外管之间无相对运动；外管内部靠近台阶处设有螺纹，与环刀盘外环架外侧的螺纹匹配。
其中，所述环刀盘外环架外侧设有螺纹，与外管内侧螺纹匹配；当活动环刀盘插入至螺纹处时，环刀盘外环架旋转，旋进方向使刀片彼此分开，使活动环刀盘打开，此时活动环刀盘与外管内部台阶接触，固定活动环刀盘；当活动环刀盘退出时，环刀盘外环架旋出方向使刀片彼此闭合，使活动环刀盘关闭。
其中，刀片为厚背两面弧度开刃的双刃刀片，从而保证刀片与土样的所有接触面都产生切割作用。
其中，取芯内管头部与外管之间以卡口、卡笋、螺口方式中的一种进行锁止，保证取芯内管与外管之间无相对运动。
有益效果：
本发明可以使采集土壤或岩芯的取芯内管底部完全封闭，最大限度保证所取样品的完整性和原状性。可适用于直推式、钻进式、或二者相结合的各种地层进入方式。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明做更进一步的具体说明，本发明的上述和/或其他方面的优点将会变得更加清楚。
图1是本发明的总体结构示意图；
图2是本发明的取芯内管及活动环刀盘结构示意图；
图3是活动环刀盘内部结构示意图；
图4是刀片与联动曲臂连接结构示意图的正视图
图5是刀片与联动曲臂连接结构示意图的俯视图；
图6是活动环刀盘底部开启过程示意图。
具体实施方式
如图1至6所示，本实施例中，该底部可封闭的原状土壤取样装置包括：
外管1、取芯内管2、活动环刀盘3、刀片4、旋转轴5、曲臂刀片端连接轴6、环刀盘内环架7、联动曲臂8、环刀盘外环架9、曲臂外环连接轴10、台阶11。
其中，取芯内管2位于外管1内部，底部设有活动环刀盘3；活动环刀盘3内侧设有六片双刃刀片4；双刃刀片4上设有旋转轴5和曲臂刀片端连接轴6，双刃刀片4通过曲臂刀片端连接轴6连接有联动曲臂8；旋转轴5固定于环刀盘内环架7上；联动曲臂8外端通过曲臂外环连接轴10固定在环刀盘外环架9上；外管1内部设有台阶11，台阶11与活动环刀盘3抵接；外管1内部靠近台阶11处设有螺纹，与环刀盘外环架9外侧的螺纹匹配。
取芯内管2插入外管1中，接近台阶11处，活动环刀盘3的环刀盘外环架9外侧的螺纹与外管1内侧螺纹咬合，直入式推进过程变为旋转推进，环刀盘外环架9开始转动，带动联动曲8运动，联动曲臂8带动刀片4围绕旋转轴5转动，刀片4组成的圆形，以类似相机光圈的原理逐渐打开，直至打开至最大，形成一个完整的空心圆，与取芯内管2同直径并重合。此时，活动环刀盘3恰好运动至外管1台阶11处，并与台阶11紧密结合形成封闭，取芯内管2头部可以卡口、卡笋、螺口等方式进行锁止，保证其与外管1之间无相对运动。
当取样装置推进至需要采集样品的深度时，外管1保持静止，取芯内管2沿之前进入方向的反向螺旋退出，至活动环刀盘3完全退出与外管1内壁咬合的螺纹，活动环刀盘3恰好完全关闭，切断土样，形成底部封闭的取芯内管2。此时，可将取芯内管2连同活动环刀盘3由外管1中直接抽出，更换其他空的取芯内管2继续实施推进或钻进作业，而不必将外管1或钻头全部取出。
本发明提供了一种底部可封闭的原状土壤取样装置的思路及方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。
Claims (9)
1.一种原状土壤取样装置，其特征在于，包括外管(1)，位于外管(1)内部的取芯内管(2)，以及位于取芯内管(2)底部的活动环刀盘(3)；所述活动环刀盘(3)在外管(1)内往复旋转从而控制活动环刀盘(3)的开闭；
当活动环刀盘(3)打开时，取芯内管(2)的底部处于敞口状态；
当活动环刀盘(3)关闭时，取芯内管(2)的底部处于封闭状态。
2.根据权利要求1所述的一种原状土壤取样装置，其特征在于，所述活动环刀盘(3)内侧设有两片以上的刀片(4)，刀片(4)上设有旋转轴(5)和曲臂刀片端连接轴(6)，刀片(4)通过曲臂刀片端连接轴(6)连接有联动曲臂(8)；所述刀片(4)可围绕旋转轴(5)旋转；所述联动曲臂(8)可围绕曲臂刀片端连接轴(6)旋转。
3.根据权利要求2所述的一种原状土壤取样装置，其特征在于，所述旋转轴(5)固定于环刀盘内环架(7)上，所述环刀盘内环架(7)与取芯内管(2)固定封闭连接。
4.根据权利要求3所述的一种原状土壤取样装置，其特征在于，所述联动曲臂(8)外端通过曲臂外环连接轴(10)固定在环刀盘外环架(9)上，并可以围绕曲臂外环连接轴(10)旋转。
5.根据权利要求4所述的一种原状土壤取样装置，其特征在于，所述外管(1)为钻进式或直推式，底端成坡面形成切口。
6.根据权利要求5所述的一种原状土壤取样装置，其特征在于，所述外管(1)内部设有台阶(11)，台阶(11)与活动环刀盘(3)抵接；外管(1)内部靠近台阶(11)处设有螺纹，与环刀盘外环架(9)外侧的螺纹匹配。
7.根据权利要求6所述的一种原状土壤取样装置，其特征在于，所述环刀盘外环架(9)外侧设有螺纹，与外管(1)内侧螺纹匹配；
当活动环刀盘(3)插入至螺纹处时，环刀盘外环架(9)旋转，旋进方向使刀片(4)彼此分开，使活动环刀盘(3)打开，此时活动环刀盘(3)与外管(1)内部台阶(11)接触；当活动环刀盘(3)退出时，环刀盘外环架(9)旋出方向使刀片(4)彼此闭合，使活动环刀盘(3)关闭。
8.根据权利要求7所述的一种原状土壤取样装置，其特征在于，刀片(4)为厚背两面弧度开刃的双刃刀片。
9.根据权利要求8所述的一种原状土壤取样装置，其特征在于，取芯内管(2)头部与外管(1)之间以卡口、卡笋、螺口方式中的一种进行锁止。
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