CN108709766A - 一种两用微观结构冷冻加热取样器及切割装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种两用微观结构冷冻加热取样器及切割装置，是由取样器和切割装置组成，取样器和切割装置单独使用，本发明可以对不同状态类型的土层进行取样，不需要更换不同设备，节省了开支，同时对流动状态的土样扰动较小，保证了取样的原状性；本发明实现了冰冻取样器类型的取样与制样的一体化，包括加温装置和切割装置，减少了人为操作，省力且安全性高；本发明取样器结构简单，便于携带，不仅适用于室内模拟试验，且适用于野外现场取样。

Description

一种两用微观结构冷冻加热取样器及切割装置
技术领域
本发明涉及一种取样器领域，特别涉及一种两用微观结构冷冻加热取样器及切割装置。
背景技术
在围海造陆、整治和疏通江河航道的工程中，都会遇到处于流动状态、流塑状态的吹填土自重固结的问题。刚吹填上来的吹填土含水率高、塑性指数大、孔隙比大、重度小且渗透系数较小，其固结过程尤为漫长。为了加快吹填土的固结速度，真空预压法、堆载法等各种固结方法应运而生。为了研究其固结特性,减小吹填土固结时间，增加经济效益，很多学者对吹填土的自重固结和在各种固结方法作用下的固结特性进行研究。随着科学技术的发展，国内外学者开始从微观上研究吹填土的固结机理，因此吹填土的微观结构制样尤为重要。但是刚刚吹填上来的吹填土含水率较高，基本处于流动的状态，长时间的固结之后方能达到流塑状态，因此如何在不扰动土体结构的情况下将处于流塑状态甚至流动状态的土样取出来至关重要。
现有的取样器结构单一，一般的薄壁取土器只能取处于流塑、软塑、可塑状态的土样，但是对于流动状态的土样不能较好的提取，对土样的扰动较大。而且微观结构试样对土样的要求较高，现行的岩土工程勘察规范中对微观结构的制样并没有详尽的描述，而一般的薄壁取土器即使取得不扰动的试样但也只能做强度试验、固结试验，而微观结构试样对土样的不扰动程度要求较高，因此如何在不破坏土样结构的状态下制微观结构试样尤为重要。
已有的很多冰冻取样器可以取出土体泥浆状态的原状样，但是在冰冻土样的过程中需防止土样中冰晶的生成。由于大多数冰晶体都是在-1°-5°间形成，这个温度区间称为最大冰晶体生成带。冰晶体的形成会严重影响土体的结构，因此如何减小冰晶的形成成为冰冻土体的核心问题。另外冰冻之后的土体具有较高的强度，且冰冻之后的土体与取样器之间形成较强的冻粘力，这使得冰冻之后的土样不易被推出来，且不易被切割，因此需要一种既可以取流塑、软塑、可塑状态的土样、又可以取流动状态土样的取样器，实现自动切割并方便将土样推出的装置，以解决工程和科研中的取样问题。
发明内容
本发明的目的是解决上述背景技术中，现阶段取样器不能同时提取流塑、软塑、可塑状态以及流动状态的土样等问题，提供的一种两用微观结构冷冻加热取样器及切割装置。
一种两用微观结构冷冻加热取样器及切割装置，是由取样器和切割装置组成，所述取样器包括取样器外壁、取样器内壁、取样器上盖、活塞推杆和加热器，取样器外壁套设置在取样器内壁外侧，取样器外壁与取样器内壁之间形成中空夹层，取样器外壁与取样器内壁下端密封连接；所述的取样器内壁上下两端开口，内部贯通；所述的取样器上盖设置在取样器外壁上端，取样器上盖的上端设有推杆通孔，所述的活塞推杆设置在取样器内壁的内部，上端穿过推杆通孔；所述的加热器设置在取样器外壁与取样器内壁之间的夹层内；所述的取样器上盖还设有液氮孔，所述的液氮孔对应于取样器外壁与取样器内壁之间的夹层；
所述切割装置包括工作台、取样推杆、推杆固定座、取样器固定槽、试样切割槽和电锯，推杆固定座、取样器固定槽、试样切割槽和电锯分别设置在工作台上，取样器固定槽和试样切割槽相连，推杆固定座设置在取样器固定槽的前端，电锯设置在试样切割槽的一侧；取样推杆水平设置在推杆固定座上；
所述的工作台一侧设有电锯导轨，所述的电锯设置在电锯导轨上；
所述的取样推杆带有外螺纹，所述的推杆固定座上设有转盘，所述的转盘与取样推杆之间通过蜗轮相连；
所述的试样切割槽上设有挡板，且能来回移动；
所述的取样器上盖的侧壁上开设有排气孔，所述的排气孔上设有孔盖；
所述的液氮孔上设有孔盖；
取样器外壁上设有温度控制器，所述的加热器与温度控制器相连；
取样器上盖与取样器外壁螺纹连接。
本发明的工作原理：
1、可塑状态取样工作原理和过程：首先打开取样器上盖排气孔的孔盖，将活塞推杆从取样器底部装进取样器内壁中，活塞推杆上端穿过取样器上盖的推杆通孔，至活塞推杆的活塞刚好与取样器下口平齐，然后将取样器放在取样位置处，在取样器上方施加压力，将取样器压入土层中，活塞推杆沿着取样器内壁上移，取样器深入土层一定深度后，将取样器从土层中提出，用活塞推杆将土体试样从取样器内壁推出，对土样进行密封即可得到扰动相对较小的原状土样，对土样进行切割后，将其放入液氮中冷冻，然后放在真空干燥机中抽干即可。
2、流动状态、流塑、软塑状态取样工作原理和过程：将活塞推杆取出，将取样器缓慢匀速放入取样位置至一定深度后，通过液氮孔将液氮灌入取样器外壁与取样器内壁之间的夹层中，持续一段时间待土样冻结之后，将取样器缓慢提出，然后通过取样器外壁上的温度控制器，将加热器的温度设置到37摄氏度左右，不易过高，待取样器上没有白色雾气后，可关闭加热器，然后将取样器固定在切割装置的取样器固定槽中，然后旋转推杆固定座上的转盘使取样推杆向前移动深入到取样器内壁中，将土样推至试样切割槽中，然后移动电锯的位置，通过试样切割槽上的挡板固定试样之后，打开电锯电源进行土样切割，切割好的土样如有需要可用冻住的刀具对土样进行修饰，最后将土样放在液氮中冰冻一定时间后放入真空干燥机中进行干燥即可。
本发明的有益效果：
1、本发明可以对不同状态类型的土层进行取样，不需要更换不同设备，节省了开支，同时对流动状态的土样扰动较小，保证了取样的原状性；
2、本发明实现了冰冻取样器类型的取样与制样的一体化，包括加温装置和切割装置，减少了人为操作，省力且安全性高；
3、本发明取样器结构简单，便于携带，不仅适用于室内模拟试验，且适用于野外现场取样。
附图说明
图1为本发明取样器结构示意图。
图2为本发明取样器分解结构示意图。
图3为本发明活塞推杆结构示意图。
图4为本发明加热器结构示意图。
图5为本发明切割装置侧视结构示意图。
图6为本发明切割装置俯视结构示意图。
1、取样器外壁 2、取样器内壁 3、取样器上盖 4、活塞推杆 5、加热器 6、液氮孔7、工作台 8、取样推杆 9、推杆固定座 10、取样器固定槽 11、试样切割槽 12、电锯 13、电锯导轨 14、转盘 15、排气孔 16、温度控制器。
具体实施方式
请参阅图1-图6所示：
一种两用微观结构冷冻加热取样器及切割装置，是由取样器和切割装置组成，所述取样器包括取样器外壁1、取样器内壁2、取样器上盖3、活塞推杆4和加热器5，取样器外壁1套设置在取样器内壁3外侧，取样器外壁1与取样器内壁2之间形成中空夹层，取样器外壁1与取样器内壁2下端密封连接；所述的取样器内壁2上、下两端开口，内部贯通；所述的取样器上盖3设置在取样器外壁1上端，取样器上盖3的上端设有推杆通孔，所述的活塞推杆4设置在取样器内壁2的内部，上端穿过推杆通孔；所述的加热器5设置在取样器外壁1与取样器内壁2之间的夹层内；所述的取样器上盖3还设有液氮孔6，所述的液氮孔6设置在取样器外壁1与取样器内壁2之间的夹层内。
所述切割装置包括工作台7、取样推杆8、推杆固定座9、取样器固定槽10、试样切割槽11和电锯12，推杆固定座9、取样器固定槽10、试样切割槽11和电锯12分别设置在工作台7上，取样器固定槽10和试样切割槽11相连，推杆固定座9设置在取样器固定槽10的前端，电锯12设置在试样切割槽11的一侧；取样推杆8水平设置在推杆固定座9上；
所述的工作台7一侧设有电锯导轨13，所述的电锯12设置在电锯导轨13上，能够沿着电锯导轨13移动；
所述的取样推杆8带有外螺纹，所述的推杆固定座9上设有转盘14，所述的转盘14与取样推杆8之间通过蜗轮相连，起到放大推力的作用；
所述的试样切割槽11上设有挡板，用于固定被推出的土体试样，方便切割；
所述的取样器上盖3的侧壁上开设有排气孔15，所述的排气孔15上设有孔盖；
所述的液氮孔6上设有孔盖；
取样器外壁1上设有温度控制器16，所述的加热器5与温度控制器16相连，通过温度控制器16控制加热器5的温度；
取样器上盖3与取样器外壁1螺纹连接。
本发明的工作原理：
1、可塑状态取样工作原理和过程：首先打开取样器上盖3排气孔15的孔盖，将活塞推杆4从取样器底部装进取样器内壁2中，活塞推杆4上端穿过取样器上盖3的推杆通孔，至活塞推杆4的活塞刚好与取样器下口平齐，然后将取样器放在取样位置处，在取样器上方施加压力，将取样器压入土层中，活塞推杆4沿着取样器内壁2上移，取样器深入土层一定深度后，将取样器从土层中提出，用活塞推杆4将土体试样从取样器内壁2推出，对土样进行密封即可得到扰动相对较小的原状土样，对土样进行切割后，将其放入液氮中冷冻，然后放在真空干燥机中抽干即可。
2、流动状态、流塑、软塑状态取样工作原理和过程：将活塞推杆4取出，将取样器缓慢匀速放入取样位置至一定深度后，通过液氮孔6将液氮灌入取样器外壁1与取样器内壁2之间的夹层中，持续一段时间待土样冻结之后，将取样器缓慢提出，然后通过取样器外壁1上的温度控制器16，将加热器5的温度设置到37摄氏度左右，不易过高，待取样器上没有白色雾气后，可关闭加热器5，然后将取样器固定在切割装置工作台1上的取样器固定槽10中，然后旋转推杆固定座9上的转盘14使取样推杆8向前移动深入到取样器内壁2中，将土样推至试样切割槽11中，通过试样切割槽11上的挡板固定试样，然后移动电锯12的位置，打开电锯12电源进行土样切割，切割好的土样如有需要可用冻住的刀具对土样进行修饰，最后将土样放在液氮中冰冻一定时间后放入真空干燥机中进行干燥即可。

Claims (9)

1.一种两用微观结构冷冻加热取样器及切割装置，其特征在于：是由取样器和切割装置组成，所述取样器包括取样器外壁(1)、取样器内壁(2)、取样器上盖(3)、活塞推杆(4)和加热器(5)，其中取样器外壁(1)套设置在取样器内壁(2)外侧，取样器外壁(1)与取样器内壁(2)之间形成中空夹层，取样器外壁(1)与取样器内壁(2)下端密封连接；所述的取样器内壁(2)上下两端开口，内部贯通；所述的取样器上盖(3)设置在取样器外壁(1)上端，取样器上盖(3)的上端设有推杆通孔，所述的活塞推杆(4)设置在取样器内壁(2)的内部，上端穿过推杆通孔；所述的加热器(5)设置在取样器外壁(1)与取样器内壁(2)之间的夹层内；所述的取样器上盖(3)还设有液氮孔(6)，所述的液氮孔(6)对应于取样器外壁(1)与取样器内壁(2)之间的夹层。
2.根据权利要求1所述的一种两用微观结构冷冻加热取样器及切割装置，其特征在于：所述切割装置包括工作台(7)、取样推杆(8)、推杆固定座(9)、取样器固定槽(10)、试样切割槽(11)和电锯(12)，其中推杆固定座(9)、取样器固定槽(10)、试样切割槽(11)和电锯(12)分别设置在工作台(7)上，取样器固定槽(10)和试样切割槽(11)相连，推杆固定座(9)设置在取样器固定槽(10)的前端，电锯(12)设置在试样切割槽(11)的一侧；取样推杆(8)水平设置在推杆固定座(9)上。
3.根据权利要求2所述的一种两用微观结构冷冻加热取样器及切割装置，其特征在于：所述的工作台(7)一侧设有电锯导轨(13)，所述的电锯(12)设置在电锯导轨(13)上。
4.根据权利要求2所述的一种两用微观结构冷冻加热取样器及切割装置，其特征在于：所述的取样推杆(8)带有外螺纹，所述的推杆固定座(9)上设有转盘(14)，所述的转盘(14)与取样推杆(8)之间通过蜗轮相连。
5.根据权利要求2所述的一种两用微观结构冷冻加热取样器及切割装置，其特征在于：所述的试样切割槽(11)上设有挡板。
6.根据权利要求1所述的一种两用微观结构冷冻加热取样器及切割装置，其特征在于：所述的取样器上盖(3)的侧壁上开设有排气孔(15)，所述的排气孔(15)上设有孔盖。
7.根据权利要求1所述的一种两用微观结构冷冻加热取样器及切割装置，其特征在于：所述的液氮孔(6)上设有孔盖。
8.根据权利要求1所述的一种两用微观结构冷冻加热取样器及切割装置，其特征在于：所述取样器外壁(1)上设有温度控制器(16)，所述的加热器(5)与温度控制器(16)相连。
9.根据权利要求1所述的一种两用微观结构冷冻加热取样器及切割装置，其特征在于：所述取样器上盖(3)与取样器外壁(1)螺纹连接。
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