CN110296858B - 一种淤泥及淤泥质土样采集取样装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种淤泥及淤泥质土样采集取样装置，包括由两个半圆扣合形成的取样圆筒；取样圆筒的下端形成下外螺纹，以连接环状的取样器底刃或通过螺纹连接的应变器安装筒螺纹连接环状的取样器底刃，上端具有上外螺纹以螺纹连接一连接筒，连接筒的上端螺纹连接一个具有侧壁上形成排气口的内置有活塞杆的排气装置，排气装置的上端设置有连接驱动装置的接箍，活塞杆的下端设置的锥形状的活塞体位于所述排气装置的底部开口处，所述排气装置的底部开口处形成配合的锥形面。本发明既可使用常用的小型钻机为驱动力，也可在较浅的淤泥区采用人力驱动进行取样，把原取样方式由回转静压方式改为单纯的静压，减少一次扰动。

Description

一种淤泥及淤泥质土样采集取样装置

技术领域

本发明涉及勘察技术领域，特别是涉及一种淤泥及淤泥质土样采集取样装置。

背景技术

在工程勘察及岩土工程勘察技术领域，对于淤泥及淤泥质等高含水量、高稠度土体最直接的勘察技术手段是进行钻探取样后，进行各种工程物理力学分析和试验。为了更好取得淤泥及淤泥质土体的原状土样，成为工程及环境保护领域的一种重要需求。传统淤泥类土体取样主要使用钻机回转带动取样器的方式进行，该方式存在以下缺点：

1.现有土样取土器针对非淤泥质土样而设计，取土过程采用钻机带动取土器转动下压，对于土体的扰动较大，容易破坏淤泥类土体的结构和原有性状，不适合稀软的淤泥及淤泥质土体采取原状样。

2.现有取土器在采样结束后需要采用高压水流把土样顶出取土器，土样顶出后仍需进行选样、切样和装样，会对淤泥类土体产生二次扰动。取样过程复杂，不利于野外钻探操作。

3.现有取土器没有可视化窗口，无法观察水体和淤泥类土体的分层结构。

4.现有取样器材质为钢制，重量大，壳体厚，结构固定，长度单一，使用笨重，不能满足淤泥类轻质土体采样的多样化需求。

5.现有取土器功能单一，采样数量多时需要采购大量的取样器，单次循环成本投入大，长期使用损耗高。

6.现有取样器为传统取样器，不能在取样过程中获得对应的物理力学参数，及相关力学曲线，不具备数字化特点，跟不上数字发发展的需求。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，而提供一种淤泥及淤泥质土样采集取样装置。

为实现本发明的目的所采用的技术方案是：

一种淤泥及淤泥质土样采集取样装置，包括由两个半圆扣合形成的取样圆筒；所述取样圆筒的下端形成下外螺纹，以连接环状的取样器底刃或是通过螺纹连接的应变器安装筒螺纹连接环状的取样器底刃，上端具有上外螺纹以螺纹连接一个连接筒，所述连接筒的上端螺纹连接一个具有侧壁上形成排气口的内置有活塞杆的排气装置，所述排气装置的上端设置有用于与驱动装置连接的接箍，所述活塞杆的下端设置的锥形状的活塞体位于所述排气装置的底部开口处，所述排气装置的底部开口处形成配合的锥形面。

进一步的，所述取样圆筒以及连接筒的筒壁上形成取样线缆槽，连接应变器的线缆通过所述取样线缆槽，并自所述排气装置内部线孔穿过后经所述接箍内部的线孔穿出，以实现将所述应变器安装筒的外壁与检测筒的内壁之间的应变器形成的应变信号传送出来。

进一步的，还包括一个取样筒皮，所述取样筒皮用于在取样时内置在所述取样圆筒中取样，直接将样土取在所述取样筒皮中。

进一步的，所述取样圆筒上轴线方向上设置有透明的可视窗口。

进一步的，包括测试微机，通过测试线缆与应变片连接，所述应变片能检测淤泥类土体的侧壁摩阻，把检测筒的摩控阻力经由应变片转换为电信号，再把电信号传至地表给测试微机，测试微机自动采集记录取样过程中的应力应变变化，同时在测试微机显示屏上显示出相应曲线，用于指导取样人继续给压取样或者终止压力结束取样，以及为后续整理淤泥土体的力学参数和图表提供数据支持。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明取样装置采用分段设计，上部结构和下部结构通用，中部结构可以组合使用，三部分结构通过螺扣连接，方便灵活。本发明既可以使用常用的小型钻机为驱动力，也可以在较浅的淤泥区采用人力驱动进行取样，把原取样方式由回转静压方式改为单纯的静压，减少一次扰动。采用内置土样皮，直接将淤泥及淤泥质土样取入土样皮内。取样器返回地面后，打开上下螺纹扣，即可从两瓣状的取样器中直接取出土样，扣上上下样皮盖即可存储、运输。省去再次切样、封装过程，减少了土样二次扰动。取样时有数字化的显示屏提供的力学曲线，指导操作人员精细操作。取样的同时获得对应软土土样的力学参数和曲线，为后续分析计算提供原位测试的参数，利于后续数字化成果的形成。

附图说明

图1所示为一种实施例下的淤泥及淤泥质土样采集取样装置的结构示意图；

图2所示为取样圆筒的扣合示意图；

图3所示为取样筒皮纵剖面结构示意图；

图4-6所示分别为一种实施例下的取样筒皮的上盖、下盖及俯视示意图；

图7所示为所连接的压力手轮的示意图；

图8所示为应变器安装筒上安装应变器的示意图；

图9所示为另一种实施例下取样圆筒的示意图；

图10所示为一种实施例下取样圆筒上端连接部分的示意图；

图11所示为一种淤泥及淤泥质土样采集取样装置的分解示意图；

图12是线缆触点装在线槽中的示意图；

图13是测试微机的外形示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1-13所示，本发明一种淤泥及淤泥质土样采集取样装置，包括由两个半圆53,54扣合形成的取样圆筒5；所述取样圆筒的下端形成下外螺纹52，以连接环状的取样器底刃6的内螺纹部61，上端具有上外螺纹51以螺纹连接一个连接筒4的内螺纹部41，所述连接筒的上端内螺纹连接一个具有侧壁上形成排气口20的内置有活塞杆30的排气装置2，所述排气装置的上端设置有用于与驱动装置连接的接箍1，所述活塞杆的下端设置的锥形状的活塞体3位于所述排气装置2的底部内凹开口处，所述排气装置的底部开口处形成配合的锥形面，与所述的锥形状的活塞体3的锥形面34配合，活塞体3的活塞杆30的上端与接箍1的内部的内螺纹孔通过螺纹连接固定，排气装置2套在活塞杆上并与所述连接筒4螺纹连接在一起。

使用时，通过外力使装置伸入淤泥水中，淤泥及水会进入到取样圆筒5中，当压到一定深度时，上部的水及空气会通过排气装置上的排气孔20排出，继续下压，直到水及空气完全排出，活塞受压力向上移动，并与排气装置贴紧，气体也可以通过活塞杆与排气装置间的缝隙排出，然后拔出装置，拧下取样器底刃8以及连接筒4，打开取样圆筒5，这样一个完整的圆柱状土样就形成了。

其中，所述活塞体3的锥形面34上设置多层密封圈，如上密封圈31以及下密封圈32，以实现接触时密封的功能与作用。

其中，所述的接箍1的顶部通过螺纹接口连接一个驱动轴杆7，该驱动轴杆为空心中空的结构，可与压力手轮15连接，或与小型钻机动力轴连接。

作为一个实施例，所述取样圆筒的下端形成下外螺纹52，并可以是进一步通过螺纹连接的应变器安装筒10螺纹连接环状的取样器底刃8，即可取样器底刃8与取样圆筒之间设置一个应变器安装筒10，以进行淤泥类土体的侧壁摩阻的测试，检测记录取样过程中淤泥内部的应力应变变化情况。

进一步的，所述取样圆筒以及连接筒、应变器安装筒的筒壁上形成取样圆筒取样线缆槽55、连接筒线缆槽42以及应变器安装筒缆槽101(为形成在筒壁上的直线的小孔，用于线缆通过安放其中)，连接应变器9的线缆应变器安装筒线缆槽101，取样圆筒取样线缆槽55中一段线缆，连接筒也有一段线缆，多段线缆之间通过设置线缆槽的端口的触点130相接触，实现信号连接传递。排气装置内部有线孔21、内部布置的线缆在与连接筒接触的端口布置接触点，与连接筒内的线缆接触点接触进行信号传送，线孔21中的伸出外部的线缆13穿过接箍内部的线孔12穿出，不同管段之间的线缆通过触点对接实现连接在一起，以实现将所述应变器安装筒10的外壁与检测筒11的内壁之间的应变器9所形成的应变信号传送出来。其中，所述的触点130为铜块，外侧端为凸弧形面，高出于管段的端面，并通过粘胶在线槽T形端口中的橡胶块131装在线槽(孔中)，线缆是穿过橡胶块的，这样实现一定的弹性，当两个管段螺纹对接好，通过橡胶块顶紧，实现触点接触后导通各个缆线段，

其中，所述的应变器9粘接在所述应变器安装筒10的外壁上，所述应变器安装筒10的上端为内螺纹，下端为外螺纹，通过取样器底刃8的外径大于应变器安装筒10的下端的外径，检测筒11下部内壁与应变器安装筒通过底部的小内径部实现螺纹连接(一侧剖面为L形状)，所述应变器安装筒上部外壁与密封环102螺纹连接，以将检测筒与应变器安装筒间的径向缝隙密封，检测筒11与应变片接触，在正常情况下无压力传递到应变片，受到淤泥类土体的侧壁摩阻时，会受挤压应变片，从而由应变片形成信号传送出去。

通过应变片设置，能感受淤泥类土体的侧壁压力，把检测筒11的压力经由应变片转换为电信号，再把电信号通过内部暗线传至地表，与测试微机连接，测试微机自动采集记录取样过程中的应力应变变化，同时在测试微机显示屏上显示出相应曲线。该曲线一方面可以指导取样人继续给压取样或者终止压力结束取样；另一方面能为后续整理淤泥土体的力学参数和图表提供数据支持。

本发明把传统取样和原位测试做了结合，在取样的同时可以获得淤泥层的力学数据，解决了以往淤泥取样后试验所得数据没有同步力学数据的问题，可以直接把淤泥的物理力学数据更好的与原位数据匹配起来，为后续分析淤泥土体的各种参数和工程问题提供可靠的数据支持。

本发明在设计中融入了原位测试的理念，增加应变器结构，应变器的电缆连接为内部暗线设计，采用线缆腔、侧壁孔槽等结构连接，保证了应变器电路能在螺扣旋紧的过程中有一定旋紧量可调节，也保证了电路连接通畅，摆脱了原类似原位测试设备采用明线电缆连接时产生线缆纠缠、线缆不明短路、线缆老化电阻率增加等问题，提高了效率，保证了采集效率。

其中，所述微型计算机或终端的内部可集成GPS及北斗导航芯片以获取存储试验位置坐标、高程和水位深度等信息。所述微型计算机或终端可集成摄像头，以方便测量人员拍摄试验点附近的地型地貌特征；方便取样人拍摄中发生的特殊事件等。所述微型计算机或终端采用USB接口、蓝牙、4G三种方式连接，可远程传输，也可近距离与其它数据处理计算机连接以进行数据传送。

其中，伸出外部的所述线缆13可以采用航空插头14与微型计算机或终端，方便拧紧，也可以采用USB接口连接。另外，所述微型计算机可以采用现有智能终端设备，具体不限。

进一步的，还包括一个圆筒状的与所述取样圆筒配合的取样筒皮8，所述取样筒皮用于在取样时放在所述取样圆筒5中取样，直接将样土取在所述取样筒皮8中。取样圆筒内装填取样皮筒之后，用形成在连接筒4的内壁以及取样器底刃8的内壁上的上下的卡台来卡住样皮，当取样筒皮8装入后，其基本和连接筒4的内壁以及取样器底刃8的内壁齐平，这样既能保证内壁基本平直，也便于泥样进入，便于活塞拆装。

通过预置取样筒皮，本发明摒弃了用高压水流从取样器中顶托出样的方式，采用取样器内部预装运输土皮的方法，在取样的同时就把淤泥样装入了取样筒皮中间，取样结束后直接拧开取样器，就可以把泥样连同样皮一同取出，只要上下端盖上取样器上盖80与下盖81，该上盖与下盖为圆形盖，与取样筒皮接触侧外缘面形成内包边，即可完成取样、切样、装样过程，化三步为一步，省时省力，减少二次扰动。

进一步的，所述取样圆筒上轴线方向上设置有透明的可视窗口50，具体的，所述的可视窗口可采用有机玻璃或是钢化玻璃制作形成，装在取样圆筒的筒壁上的形状适应的开孔处，与取样圆筒可用螺钉或是胶接固定，所述取样圆筒可以采用铝合金。通过增加取样器可视窗口，方便取样时观察水体和土体的界限，以及浮泥、流泥、淤泥和淤泥质土体的分层结构，方便在第一时间观测水、土、泥的结构，最大程度的准确测量各结构厚度。通过采用铝合金材料，具有强度高、重量轻、易于加工、连接方便、操作简便的特点。

进一步的，在所述的可视窗口上可以印制测量刻度线，以测量取样土长度。

需要说明的是，本发明的取样装置采用分段设计，上部结构和下部结构通用，中部结构可以组合使用，三部分结构通过螺扣连接，方便灵活。本发明既可以使用常用的小型钻机为驱动力，也可以在较浅的淤泥区采用人力驱动进行取样，把原取样方式由回转静压方式改为单纯的静压减少一次扰动。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，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。

Claims (4)

1.一种淤泥及淤泥质土样采集取样装置，其特征在于，包括由两个半圆扣合形成的取样圆筒；所述取样圆筒的下端形成下外螺纹，以连接环状的取样器底刃或是通过螺纹连接的应变器安装筒螺纹纹连接环状的取样器底刃，上端具有上外螺纹以螺纹连接一个连接筒，所述连接筒的上端螺纹连接一个具有侧壁上形成排气口的内置有活塞杆的排气装置，所述排气装置的上端设置有用于与驱动装置连接的接箍，所述活塞杆的下端设置的锥形状的活塞体位于所述排气装置的底部开口处，所述排气装置的底部开口处形成配合的锥形面；

所述取样圆筒、连接筒、应变器安装筒的筒壁上各自对应的形成取样圆筒取样线缆槽、连接筒线缆槽、应变器安装筒缆槽，连接应变器的线缆在应变器安装筒线缆槽中，取样圆筒取样线缆槽以及连接筒线缆槽中各有一段线缆，多段线缆之间通过设置在各自对应的线缆槽的端口的触点相接触；排气装置内部有线孔，内部布置的线缆与连接筒接触的端口布置接触点，与连接筒内的线缆接触点接触进行信号传送；线孔中的伸出外部的线缆穿过接箍内部的线孔穿出，不同管段之间的线缆通过触点对接连接，实现将应变器安装筒的外壁与检测筒的内壁间的应变器的应变信号传送出来；

所述触点为铜块，外侧端为凸弧形面，高出于管段的端面，通过装线槽T形端口中的橡胶块装在线槽中，线缆穿过橡胶块；两个管段螺纹对接好，通过橡胶块顶紧，实现触点接触后导通各个缆线段。

2.根据权利要求1所述的淤泥及淤泥质土样采集取样装置，其特征在于，还包括一个取样筒皮，所述取样筒皮用于在取样时放在所述取样圆筒中取样，直接将样土取在所述取样筒皮中。

3.根据权利要求1所述的淤泥及淤泥质土样采集取样装置，其特征在于，所述取样圆筒上轴线方向上设置有透明的可视窗口。

4.根据权利要求1所述的淤泥及淤泥质土样采集取样装置，其特征在于，包括测试微机，通过测试线缆与应变片连接，所述应变片能检测淤泥类土体的侧壁摩阻，把检测筒的摩控阻力经由应变片转换为电信号，再把电信号传至地表给测试微机，测试微机自动采集记录取样过程中的应力应变变化，同时在测试微机显示屏上显示出相应曲线，用于指导取样人继续给压取样或者终止压力结束取样，以及为后续整理淤泥土体的力学参数和图表提供数据支持。