CN108801687B - 一种轻便式原状软土取土器及其工作方法 - Google Patents
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Abstract
一种轻便式原状软土取土器及其工作方法。涉及一种取土器，属于岩土工程领域；具体涉及一种轻便式原状软土取土器及其工作方法。提供了一种能够取到特定深度的原状软土，且不扰动软土土样的轻便式原状软土取土器及其工作方法。包括取样头和设在取样头上方的取样头开关装置；所述取样头包括外壳和取样管，所述取样管为向下开口的筒状，所述外壳同轴心套设在取样管上；还包括内管复位装置，所述内管复位装置包括设在所述内管的外壁上的弹簧卡和套设在内管上的螺旋弹簧，所述弹簧位于弹簧卡和壳体顶面之间。本发明轻便实用，可实现固定深度软土原状取样且取样工作简易、高效，为分析软土工程特性提供了保障。
Description
技术领域
本发明涉及一种取土器，属于岩土工程领域；具体涉及一种轻便式原状软土取土器及其工作方法。
背景技术
在水利、港口、疏浚与吹填等工程项目的工程勘察中，对于软土取样是经常面对的问题。其一，因软土场地承载力低，钻探机械设备难以进入场地，且固定深度取样时容易塌孔，取样难度高，工作量大；其二，软土土样含水率高，常规的开口取土器取样时极容易掉样，其三，现有的一些软土取样设备比较多的是取流动状、非原状的软土，难以取到固定深度的原状软土土样。如中国专利“用于淤泥堆场和吹填场地的压入自流式取样器及取样方法，200910032041.8”，该取样设备只能取流动状软土，非流动状软土则无法取样；中国专利“一种取淤泥装置，201610428930 .6”，该取样装置只适合于浅层的淤泥取样，若进行深层取样操作难度高且工作量大，且无法取到原状软土；中国专利“挡板封闭式取土器，201410598866.7”，其取样器仍需钻机配合取样，且进行深度取样时需要成孔，若要在疏浚泥堆场、吹填土场地等软土场地取样，因钻机无法进入场地且钻孔极易塌孔而无法完成。
发明内容
本发明针对以上问题，提供了一种能够取到特定深度的原状软土，且不扰动软土土样的轻便式原状软土取土器及其工作方法。
本发明的技术方案是：
一种轻便式原状软土取土器，包括取样头和设在取样头上方的取样头开关装置；
所述取样头包括外壳和取样管，所述取样管为向下开口的筒状，所述外壳同轴心套设在取样管上；
所述外壳包括正多边形的壳体和若干铰接在壳体底部的封盖，所述封盖包括一体成型的上铰板和下封板，所述上铰板与壳体单面底边铰接，所述下封板朝向上铰板的内侧倾斜设置；使得上铰板与壳体贴合时，若干封盖的下封板围成封闭的腔体；
所述取样头开关装置包括固定在外壳顶部的外管、设在外管内并与取样管顶端连通的内管，以及设在内管上部的把手，所述外管上设有把手活动槽，所述把手活动槽底端设有把手卡位槽，所述把手贯穿所述把手活动槽伸出所述外管，所述内管底端连通取样管，所述把手上设有连通外部环境和内管内部的通气孔。
所述下封板与上铰板的夹角为a，90°＜a＜150°。
在所述上铰板的顶边与所述壳体单面底边铰接处还设有弹性闭合装置，所述弹性闭合装置为：弹簧铰链，或一端固定在壳体外壁上另一端固定在封盖外壁上的弹簧片。
所述把手外端设有气阀。
还包括内管复位装置，所述内管复位装置包括设在所述内管的外壁上的弹簧卡和套设在内管上的螺旋弹簧，所述弹簧位于弹簧卡和壳体顶面之间。
所述外管的顶部设有手柄。
所述壳体和取样管之间设有定位卡，所述定位卡为内壁与取样管外壁适配、外壁与壳体内壁适配的环状定位卡，所述定位卡使得壳体和取样管之间的各方向间隔一致，所述定位卡至少有两套，分别固定在壳体内壁的上端和下端。
所述外管的外壁上设有测深标尺。
一种轻便式原状软土取土器的工作方法，包括如下步骤：
1）、将取样器取样头朝下垂直插进原状软土中，下压手柄，到距离取样深度5-10cm处，停止下压；
2）、打开气阀，通气孔连通内管与外部环境，将把手向下压并卡在把手卡位槽中：在把手下压的过程中，带动内管和取样管向下，取样管将封盖推开，取样管头部插入待取土样；
3）、将整个取样器继续下压至欲取样的深度下方5-10cm处：下压过程中原状软土进入取样管中；
4）、关闭气阀，将把手从把手卡位槽中脱离，内管复位装置将内管和取样管复位，闭合装置将封盖向内压至闭合；
5）、将取样器拔出，取样完毕。
本发明的有益效果是：取样管外套设的外壳的下端设有可被动打开和自动闭合的封盖，到达待取样深度上方时，下行的取样管将外壳底部打开，取样器整体继续下压，将待取样深度上方、待取样深度处和将待取样深度下方的软土取到取样管中，取样管上行时，外壳底部封盖自动闭合，而封盖的开合并不会对待取样深度处的软土造成扰动，从而取到固定深度的原状软土且土样不易漏掉；取样管连通把手气阀，取样前打开气阀，取样完成后关闭气阀，使得内管和取样管的内部形成一个完全密闭的空间，再次防止软土土样漏掉；在取样管的上方设内管复位装置，可降低取样后取样管复位难度。本发明轻便实用，可实现固定深度软土原状取样且取样工作简易、高效，为分析软土工程特性提供了保障。
附图说明
图1是本发明第一种实施方式的半剖视图，
图2是图1的仰视图，
图3是本发明第一种实施方式的全剖视图，
图4是图2的打开状态结构示意图，
图5是本发明第二种实施方式的结构示意图，
图6是本发明中手柄、外管、内管的连接示意图，
图7是本发明中壳体与取样管连接的示意图；
图中1是外管，2是内管，3是手柄，4是开关装置，4a是把手，4b是通气孔，4c是把手活动槽，4d是把手卡位槽，5是内管复位装置，5a弹簧卡，5b是螺旋弹簧，6是取样头，6a是壳体，6b是取样管，6c是定位卡，6d是弹簧片，6e是铰链，6f是弹簧铰链，6g是封盖，6g-1是上铰板，6g-2是下封板，7是测深标尺。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作具体说明。
如图1-7所示，本发明的一种轻便式原状软土取土器包括取样头6和设在取样头6上方的取样头6取样头开关装置4，所述取样头6包括外壳和取样管6b，所述取样管6b为向下开口的筒状，所述外壳同轴心套设在取样管6b上，所述外壳包括正多边形的壳体6a和若干（个数与正多边形的边数一致）铰接在壳体6a底部的封盖6g，所述封盖6g包括一体成型的上铰板6g-1和下封板6g-2，所述上铰板6g-1与壳体6a单面底边铰接，所述下封板6g-2朝向上铰板6g-1的内侧倾斜设置；使得上铰板6g-1与壳体6a贴合时，若干封盖的下封板6g-2围成封闭的腔体；使得取样管6b取样后，土样不会漏出；作为本发明的一个实施方式，所述上铰板6g-1为矩形，宽度与壳体6a单面底边宽度一致，所述上铰板6g-1的顶边与所述壳体6a单面底边铰接；所述下封板6g-2为等腰三角形，若干所述封盖合起时，若干下封板6g-2的顶角接触、相邻封盖的边完全贴合，使得取样管6b底部相对于外界封闭。在设置壳体形状时，优选在6-10边的正多边形，这样其封盖的上部宽度小，便于打开（其打开状态类似花朵开花），对原状软土的扰动小。
所述取样头开关装置4包括固定在外壳顶部的外管1、设在外管1内并与取样管6b顶端连通的内管2，以及横向设在内管2上部的把手4a（管状），所述外管1上设有把手活动槽4c（如图6所示），并在把手活动槽4c底端设有把手4a的把手卡位槽4d（即将把手活动槽4c设为L型，方便把把手4a卡在底端），所述把手4a贯穿把手活动槽4c伸出外管1，所述内管2底端连通取样管6b，所述把手4a上设有连通外部环境和内管2内部管腔的通气孔4b。所述把手4a外端设有气阀，所述气阀控制通气孔4b的开合。由于气阀是公知技术，其具体结构及安装方式不是本案的创新点，本领域技术人员只需根据需要将其安装在（把手4a和）通气孔4b的合适位置上即可，因此在附图中未进行标注；气阀在本案中主要用于控制通气孔4b、内管2内部的管腔、直至取样管内腔空间与外部的通断状态；具体作用是：A、在取样管6b插入软土时，打开气阀，便于软土进入取样管内腔；B、向上拔出整体时，关闭气阀，在控制通气孔4b、内管2内部的管腔形成封闭空间（下端取样管内已经充满软土），随着继续向上拔出，形成一小于外部气压的压力，有利于软土土样的完整性，避免其因重力掉落。
所述下封板6g-2与上铰板6g-1的夹角为a，90°＜a＜150°，方便取样管下行时将下封板推开，a优选90-135°之间，这样下封板6g-2不至于过长，与取样管取样的下行行程有较好的适配。
在所述上铰板的顶边与所述壳体单面底边铰接处还设有弹性闭合装置，如图1-4是本发明的第一种实施方式，壳体6a通过一般铰链6e连接，铰链6e一端固定在壳体6a外壁上、另一端固定在封盖6g外壁上的铰链6e（铰链6e又称合页是用来连接两个固体并允许两者之间做相对转动的机械装置。此处铰链6e为一般合页，一端和另一端指的是铰链6e的两个叶片，这是铰链6e的固有安装方式，是公知技术，因此此处描述是清楚的），所述弹性闭合装置为一端固定在壳体6a外壁上、另一端固定在封盖6g外壁上的弹簧片6d，弹簧片6d的为弧形弹簧片。铰链6e负责连接壳体6a和封盖6g，并使得封盖6g可相对壳体6a底部转动，弹簧片6d给封盖6g向内的力，使其时刻保持向内的趋势，便于闭合。
如图5是本发明的第二种实施方式，所述弹性闭合装置为一端固定在壳体6a外壁上、另一端固定在封盖6g外壁上的弹簧铰链6f（本案的弹簧铰链6f为普通弹簧合页）。弹簧铰链6f既有铰接作用又有回弹闭合作用，相对于上一种方式，弹簧铰链6f安装、使用更方便，但效果一样。
进一步地，本发明还包括内管复位装置5，所述内管复位装置5包括设在所述内管2的外壁上的弹簧卡5a和套设在内管2上的螺旋弹簧5b，所述弹簧位于弹簧卡5a和壳体顶面之间。取完样后，将把手4a从把手卡位槽4d中脱离，受压的弹簧5b可将沿着把手活动槽4c向上推，降低工作人员收回内管2的工作强度。
所述外管1的顶部设有手柄3。方便工作人员抓握。手柄3为与外管1垂直的十字手柄3。
所述壳体6a和取样管6b之间设有定位卡，所述定位卡使得壳体6a和取样管6b之间的各方向间隔一致，所述定位卡至少有两套，分别固定在壳体6a内壁的上端和下端，下端的定位卡设在铰链处，上端可自由设置。所述定位卡为内壁与取样管6b外壁适配、外壁与壳体6a内壁适配的环状定位卡6c，定位卡固定在外壳内壁上，跟取样管外壁正好贴合。定位卡给予取样管6b足够的支撑，使得其在下降取样或者上升收回时直上直下，不会相对歪斜或者窜动，从而有效避免歪斜或者窜动造成的原状土扰动。此外，下端的定位卡还具有挡土的作用，避免软土进入取样管和外壳之间，影响取样工作。
所述外管1的外壁上设有测深标尺。方便读取，取到想要深度的土。
本发明中内管和外管均可分为若干段螺纹连接的管体，这样，可根据工作需要连接（延长或缩短）成合适长度的内管和外管，以方便使用。
一种轻便式原状软土取土器的工作方法，包括如下步骤：
1）、将取样器取样头6朝下垂直插进原状软土中，下压手柄3，到取样头底部距离取样深度5-10cm处，停止下压；
2）、打开气阀，通气孔4b连通内管与外部环境，将把手4a向下压（弹簧被压缩）并卡在把手卡位槽4d中：在把手4a下压的过程中，带动内管2和取样管6b向下，取样管6b将封盖6g推开，取样管6b头部插入待取土样；
3）、将整个取样器继续下压至欲取样的深度下方5-10cm处（欲取样深度通常是一段范围，如取1.2-1.4m深度的土，取样器到1.1m深度时打开，到1.5m深度时关闭）：下压过程中原状软土进入取样管6b中；本发明中封盖6g的长度尽量小于取样管6b的长度，这样能保证在把手4a上抬、封盖6g未闭合过程中损失的软土土尽量少。
4）、关闭气阀，将把手4a从把手卡位槽中脱离，内管2复位装置将内管2和取样管6b复位，闭合装置将封盖6g向内压至闭合；这样，内管2和取样管6b的内部形成一个完全密闭的空间，在管内软土重力作用下形成一个“负压”（小于外部气压的压力），使得取样器拔出过程中土样不易从下面漏出，进而保证软土的原状；通气孔4b的另一个作用是，如果软土土样难以从取样管6b中取出时，可以向通气孔4b中通气加压，将土样压出。
5）、将取样器拔出，取样完毕。
本发明的取样器可循环使用。取样器适应性强，人可以步行到达的位置，均能够进行取样作业，不会破坏底层软土的状态，能为勘测提供有效、真实的软土数据。
Claims (7)
1.一种轻便式原状软土取土器，其特征在于，包括取样头和设在取样头上方的取样头开关装置；
所述取样头包括外壳和取样管，所述取样管为向下开口的筒状，所述外壳同轴心套设在取样管上；
所述外壳包括正多边形的壳体和若干铰接在壳体底部的封盖，所述封盖包括一体成型的上铰板和下封板，所述上铰板与壳体单面底边铰接，所述下封板朝向上铰板的内侧倾斜设置；使得上铰板与壳体贴合时，若干封盖的下封板围成封闭的腔体；
所述取样头开关装置包括固定在外壳顶部的外管、设在外管内并与取样管顶端连通的内管，以及设在内管上部的把手，所述外管上设有把手活动槽，所述把手活动槽底端设有把手卡位槽，所述把手贯穿所述把手活动槽伸出所述外管，所述内管底端连通取样管，所述把手上设有连通外部环境和内管内部的通气孔；
在所述上铰板的顶边与所述壳体单面底边铰接处还设有弹性闭合装置，所述弹性闭合装置为：弹簧铰链，或一端固定在壳体外壁上另一端固定在封盖外壁上的弹簧片；
所述把手外端设有气阀。
2.根据权利要求1所述的一种轻便式原状软土取土器，其特征在于，所述下封板与上铰板的夹角为a，90°＜a＜150°。
3.根据权利要求1所述的一种轻便式原状软土取土器，其特征在于，还包括内管复位装置，所述内管复位装置包括设在所述内管的外壁上的弹簧卡和套设在内管上的螺旋弹簧，所述弹簧位于弹簧卡和壳体顶面之间。
4.根据权利要求1所述的一种轻便式原状软土取土器，其特征在于，所述外管的顶部设有手柄。
5.根据权利要求1所述的一种轻便式原状软土取土器，其特征在于，所述壳体和取样管之间设有定位卡，所述定位卡为内壁与取样管外壁适配、外壁与壳体内壁适配的环状定位卡，所述定位卡使得壳体和取样管之间的各方向间隔一致，所述定位卡至少有两套，分别固定在壳体内壁的上端和下端。
6.根据权利要求1所述的一种轻便式原状软土取土器，其特征在于，所述外管的外壁上设有测深标尺。
7.一种轻便式原状软土取土器的工作方法，采用权利要求1-6任一所述的一种轻便式原状软土取土器，其特征在于，包括如下步骤：
1）、将取样器取样头朝下垂直插进原状软土中，下压手柄，到距离取样深度5-10cm处，停止下压；
2）、打开气阀，通气孔连通内管与外部环境，将把手向下压并卡在把手卡位槽中：在把手下压的过程中，带动内管和取样管向下，取样管将封盖推开，取样管头部插入待取土样；
3）、将整个取样器继续下压至欲取样的深度下方5-10cm处：下压过程中原状软土进入取样管中；
4）、关闭气阀，将把手从把手卡位槽中脱离，内管复位装置将内管和取样管复位，闭合装置将封盖向内压至闭合；
5）、将取样器拔出，取样完毕。
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