CN107817124A - 一种采集水体底泥原状样的装置及其采集方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种采集水体底泥原状样的装置及其采集方法，装置包括缸筒、活塞，将所述缸筒的内腔被活塞分隔成相互独立且密封的上部空腔和下部空腔，缸筒的顶部具有和所述上部空腔相连通的第一开孔；缸筒的底部具有和所述缸筒下部空腔相连通的第二开孔；一底泥原状样采集管，竖向密封连接在缸筒底部，并且所述底泥原状样采集管通过缸筒底部的第二开孔和缸筒的下部空腔相连通；一伸缩杆，竖向连接在所述缸筒的顶端；第一缆绳，其一端穿过缸筒顶端的所述第一开孔后与所述活塞的顶面连接；一锤击块，串接在所述第一缆绳上；锤击块的顶面连接有第二缆绳。本采集水体底泥的装置全部为机械式结构，具有携带和使用方便，持久耐用的特点。

Description

一种采集水体底泥原状样的装置及其采集方法

技术领域

本发明涉及地质工程、环境工程以及岩土工程技术领域，具体是一种采集水体底泥的装置及其采集方法。

背景技术

本发明涉及一种采集河流、湖泊、海洋等水体底部淤积层土样的装置和采集方法，以便于对底泥中污染物质的研究和对河道和湖泊的综合治理。

河流、湖泊、海洋等水体的底泥容易污染并堆积污染物质，是各种污染物质的积聚区，但由于水体的水层厚度大，采集底泥的难度较大，尤其在底泥淤积厚度也较大时更难于采集原状土样。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提出一种可采集水体底泥原状土样的装置，装置由活塞系统、辅助系统和底泥原状样采集管系统三部分组成，全部为机械式设计制造，具有携带和使用方便，持久耐用的特点。

为了实现上述技术目的，本发明具体采用如下技术方案：

一种采集水体底泥原状样的装置，包括缸筒、活塞，所述活塞通过密封圈与缸筒内腔之间滑动密封连接，将所述缸筒的内腔分隔成相互独立且密封的上部空腔和下部空腔，缸筒的顶部具有第一开孔，所述第一开孔和所述上部空腔相连通；缸筒的底部具有第二开孔，所述第二开孔和缸筒下部空腔相连通；

一底泥原状样采集管，竖向密封连接在缸筒底部，并且所述底泥原状样采集管通过缸筒底部的第二开孔和缸筒的下部空腔相连通；

一伸缩杆，竖向连接在所述缸筒的顶端；

第一缆绳，其一端穿过缸筒顶端的所述第一开孔后与所述活塞的顶面连接；

一锤击块，所述锤击块上具有一供所述第一缆绳穿设的通孔，锤击块通过所述通孔串接在所述第一缆绳上；

第二缆绳，其一端与所述锤击块的顶面连接。

所述缸筒的顶面边缘处设有一内螺纹小孔，所述伸缩杆的一端设有与所述内螺纹小孔螺纹配合的外螺纹。

所述活塞的顶面中心处安装有一个螺帽，所述第一缆绳连接在所述螺帽上。

所述锤击块为圆柱体结构，圆柱体结构的锤击块的中心处设置所述通孔。

所述底泥原状样采集管和缸筒的底部之间螺纹密封连接。

所述底泥原状样采集管的直径小于3cm。

所述底泥原状样采集管包括若干节底泥原状样采集管单元，若干节底泥原状样采集管单元之间轴向螺纹密封连接。

一种基于所述采集水体底泥原状样的装置进行底泥采集的方法，包括以下步骤：

第一步、首先，在装置沉入水体底部前，将活塞压到缸筒的底部；

第二步、通过伸缩杆将底部安装有底泥原状样采集管的缸筒缓慢沉入水底，同时让与活塞相连的第一缆绳与伸缩杆平行同步跟着下沉；

第三步、将与活塞连接的第一缆绳穿过锤击块上的通孔，通过与锤击块连接的第二缆绳将锤击块缓慢沿第一缆绳沉入到缸筒顶面，用锤击块自身的重量反复锤击缸筒，使底泥原状样采集管缓慢沉入底泥层中，直到缸筒不再下沉为止；由于活塞与缸筒间、底泥原状样采集管与缸筒底面通气孔之间的密封效果，在锤击过程中水体底泥不断被挤入底泥原状样采集管，同时活塞受空气压缩力而向上缓慢移动，直到锤击结束；

第四步、将锤击块提上水面移开，通过伸缩杆和与活塞相连的第一缆绳一起将整个装置缓慢拔出底泥，并提上水面，采集过程结束，在此上拔和提升过程中，由于各部位的密封性，吸入底泥原状样采集管内的底泥由于真空效应及底泥与底泥原状样采集管内壁的摩擦效应，底泥不会流出底泥原状样采集管。

有益效果：

本发明一种采集水体底泥原状样的装置，可以采集河流、湖泊、海洋等水体底部淤积层土样，以便于对底泥中污染物质的研究和对河道和湖泊的综合治理。装置由活塞、密封圈、缸筒组成的活塞系统、由锤击块、缆绳和伸缩杆组成的辅助系统和底泥原状样采集管系统三部分组成。全部为机械式设计制造，具有携带和使用方便，持久耐用的特点。

附图说明

图1为本发明装置的纵向截面示意图；

其中，1-缸筒； 2-活塞； 3-密封圈； 4-伸缩杆； 5-第一缆绳；6-第二缆绳；7-锤击块；8-第二开孔；9-底泥原状样采集管。

具体实施方式

下面结合说明书附图以及具体实施例对本发明采集水体底泥原状样的装置及其采集方法作进一步详细说明。

如图1所示，本发明的装置由三部分组成：

（一）由活塞2、密封圈3、缸筒1组成的活塞系统；

（二）由锤击块7、缆绳和伸缩杆4组成的辅助系统；

（三）底泥原状样采集管9。

实施例

各组成部分的特征如下：

缸筒1用金属材料加工，最好是不锈钢材料。内侧面加工成光滑镜面。顶面的边缘处设一内螺纹小孔，便于与伸缩杆4连接。

活塞2用金属材料加工，最好是不锈钢材料。顶面中心处安装一个螺帽，便于跟第一缆绳5连接。

密封圈3可采用O型圈，具耐用性的材料。根据密封程度可安装一层或二层。

伸缩杆4用硬质材料加工，伸缩杆之间可以拼接，有一伸缩杆的底端带外螺纹，便于与缸筒顶面带内螺纹的孔旋接。

第一缆绳5和活塞顶面连接，采用直径3mm的钢丝绳即可。

第二缆绳6与锤击块连接，采用直径3mm的钢丝绳即可。

锤击块7用金属材料加工，最好是不锈钢材料。用来锤击缸筒，使底泥原状样采集管缓慢沉入底泥中。为带通孔的圆柱体，通孔直径大于钢丝绳的直径，圆柱体的直径不宜太大，否则容易与伸缩杆摩擦，但为了适当增加锤击块重量，可适当增大其长度。

第二开孔8在缸筒的底部，带内螺纹，以便于与底泥原状样采集管以螺纹相接。与底泥原状样采集管以螺纹相接时要安装密封圈，不能透气，否则影响底泥采集效果。

底泥原状样采集管9由长度为10cm一节的采集管单元以螺纹相接构成。用金属材料加工，最好是不锈钢材料。至少有一节的采集管单元顶端带外螺纹，在通气孔上与缸筒以螺纹相接。底泥原状样采集管的内径不能太大，最好小于3cm。两节底泥原状样采集管单元以螺纹相接时要安装密封圈，不能透气，否则影响底泥采集效果。

本发明装置的制作及组装过程是：

（1）不锈钢气缸管，用于加工缸筒。内径50mm，外径大于55mm，长度40cm；

（2）外径不小于50mm的不锈钢棒，用于加工缸筒的顶盖和底盖，采购长度15cm，其中的10cm加工成2个厚度为5cm、直径为50mm的圆盘，并分别在中央开个孔，顶盖的通孔直径5mm，底盖的通孔直径5mm，并在底盖通孔的一半厚度上加工一个孔，其内径与底泥原状样采集管的外径匹配。顶盖的顶面边缘处再加工一个带内螺纹的孔，直接为10mm。剩下的5cm不锈钢棒用来加工活塞，购买小螺帽，将一个小螺帽焊接在活塞的顶面中央；

（3）密封圈，适用于内径50mm的O型圈；

（4）伸缩杆，可伸可缩，每节最大伸长至少2m，最细直接10mm，至少有1节伸缩杆的底端加工螺纹，便于与缸筒的顶面以螺纹相接；

（5）直径3mm的缆绳2根，长各50m；

（6）直接30mm的不锈钢棒，长30cm，加工锤击块，在中央开个直径5mm的孔，便于让缆绳穿过。

（7）外径不小于35mm、内径小于30mm的不锈钢管2m，加工成内径30mm、外径35mm的管子，每节10cm，并两端加工螺纹。其中至少有1节管的顶端加工外螺纹，便于与缸筒的底面的通气孔以螺纹相接。另外，还有与之匹配的密封圈。

第二步，组装：

（1）将缸筒的顶盖敲入缸筒顶部；

（2）将活塞用密封圈安装在活塞上，再将活塞装入缸筒内；

（3）将缸筒的底盖敲入缸筒的底部，为保证密封性，最好再接触部位进行满焊或涂上密封胶；

（4）将伸缩杆装在缸筒的顶面边缘螺纹孔上；

（5）将第一缆绳与活塞顶面的螺母连接；

（6）将底泥原状样采集管一节一节的拼接起来，并安装上密封圈；

（7）将拼装起来的底泥原状样采集管与缸筒底面的通气螺纹孔连接，安装上密封圈；

（8）将第二缆绳与锤击块连接；

利用本装置进行底泥采集的方法是：

一步、在装置沉入水体底部前，将活塞压到缸筒的底部；

第二步、通过伸缩杆将底部安装有底泥原状样采集管的缸筒缓慢沉入水底，同时让与活塞相连的第一缆绳与伸缩杆平行同步跟着下沉；

第三步、将与活塞连接的第一缆绳穿过锤击块上的通孔，通过与锤击块连接的第二缆绳将锤击块缓慢沿第一缆绳沉入到缸筒顶面，用锤击块自身的重量反复锤击缸筒，使底泥原状样采集管缓慢沉入底泥层中，直到缸筒不再下沉为止；由于活塞与缸筒间、底泥原状样采集管与缸筒底面通气孔之间的密封效果，在锤击过程中水体底泥不断被挤入底泥原状样采集管，同时活塞受空气压缩力而向上缓慢移动，直到锤击结束；

第四步、将锤击块提上水面移开，通过伸缩杆和与活塞相连的第一缆绳一起将整个装置缓慢拔出底泥，并提上水面，采集过程结束，在此上拔和提升过程中，由于各部位的密封性，吸入底泥原状样采集管内的底泥由于真空效应及底泥与底泥原状样采集管内壁的摩擦效应，底泥不会流出底泥原状样采集管。

Claims (8)

1.一种采集水体底泥原状样的装置，其特征在于，包括缸筒、活塞，所述活塞通过密封圈与缸筒内腔之间滑动密封连接，将所述缸筒的内腔分隔成相互独立且密封的上部空腔和下部空腔，缸筒的顶部具有第一开孔，所述第一开孔和所述上部空腔相连通；缸筒的底部具有第二开孔，所述第二开孔和缸筒下部空腔相连通；

一底泥原状样采集管，竖向密封连接在缸筒底部，并且所述底泥原状样采集管通过缸筒底部的第二开孔和缸筒的下部空腔相连通；

一伸缩杆，竖向连接在所述缸筒的顶端；

第一缆绳，其一端穿过缸筒顶端的所述第一开孔后与所述活塞的顶面连接；

一锤击块，所述锤击块上具有一供所述第一缆绳穿设的通孔，锤击块通过所述通孔串接在所述第一缆绳上；

第二缆绳，其一端与所述锤击块的顶面连接。

2.根据权利要求1所述的采集水体底泥原状样的装置，其特征在于，所述缸筒的顶面边缘处设有一内螺纹小孔，所述伸缩杆的一端设有与所述内螺纹小孔螺纹配合的外螺纹。

3.根据权利要求1所述的采集水体底泥原状样的装置，其特征在于，所述活塞的顶面中心处安装有一个螺帽，所述第一缆绳连接在所述螺帽上。

4.根据权利要求1所述的采集水体底泥原状样的装置，其特征在于，所述锤击块为圆柱体结构，圆柱体结构的锤击块的中心处设置所述通孔。

5.根据权利要求1所述的采集水体底泥原状样的装置，其特征在于，所述底泥原状样采集管和缸筒的底部之间螺纹密封连接。

6.根据权利要求1所述的采集水体底泥原状样的装置，其特征在于，所述底泥原状样采集管的直径小于3cm。

7.根据权利要求1所述的采集水体底泥原状样的装置，其特征在于，所述底泥原状样采集管包括若干节底泥原状样采集管单元，若干节底泥原状样采集管单元之间轴向螺纹密封连接。

8.一种基于权利要求1所述采集水体底泥原状样的装置进行底泥采集的方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步、首先，在装置沉入水体底部前，将活塞压到缸筒的底部；

第二步、通过伸缩杆将底部安装有底泥原状样采集管的缸筒缓慢沉入水底，同时让与活塞相连的第一缆绳与伸缩杆平行同步跟着下沉；

第三步、将与活塞连接的第一缆绳穿过锤击块上的通孔，通过与锤击块连接的第二缆绳将锤击块缓慢沿第一缆绳沉入到缸筒顶面，用锤击块自身的重量反复锤击缸筒，使底泥原状样采集管缓慢沉入底泥层中，直到缸筒不再下沉为止；由于活塞与缸筒间、底泥原状样采集管与缸筒底面通气孔之间的密封效果，在锤击过程中水体底泥不断被挤入底泥原状样采集管，同时活塞受空气压缩力而向上缓慢移动，直到锤击结束；

第四步、将锤击块提上水面移开，通过伸缩杆和与活塞相连的第一缆绳一起将整个装置缓慢拔出底泥，并提上水面，采集过程结束，在此上拔和提升过程中，由于各部位的密封性，吸入底泥原状样采集管内的底泥由于真空效应及底泥与底泥原状样采集管内壁的摩擦效应，底泥不会流出底泥原状样采集管。