CN110579372B - 一种新型原状土柱取样装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型原状土柱取样装置及其使用方法。本发明采用压入式，无振动扰动，且可保证均匀受力，垂直压入；本发明各部件采用丝口连接，方便组装拆卸，可单人操作；本发明中作为土钻主体的有机玻璃柱体可直接与有机玻璃端口连接，直接成为土柱主体，开展穿透实验，无需二次装填；本发明中作为压入装置可作为拔出装置，用力均匀，减小拔出扰动；本发明中的不锈钢片在有机玻璃柱和环刀内部贯穿开孔的引导下可进入土壤切断土柱与下层土壤连接，且充分利用负压，使整个土柱拔出更容易，扰动最小。

Description

一种新型原状土柱取样装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及土壤取样技术领域，具体涉及一种新型原状土柱取样装置及其使用方法。

背景技术

土柱实验是进行农业、林业、水利、环境等领域研究必不可少的手段，通过土柱实验可以在室内对土壤中水分、污染物的迁移规律和机理进行研究。一般的土柱实验选择将土壤取回后进行风干、研磨再装填，但对于某些研究，例如土壤优先流等，需要尽可能地维持土壤的孔隙结构，因此需要原状土柱进行实验。现有的取土方法主要分为挖掘取样与土钻取样两大类，但都难以实现原状土柱取样：

1、挖掘取样为破坏性取样，主要是指在取土过程中，破坏土壤原有形态结构，但土样仍可通过人工重新装填进行土柱实验。例如，大型挖掘机的土方挖掘，采用锹、镐等进行人工挖掘。

2、土钻取样主要是指通过施加向下的垂向力使土钻进入土壤，土壤填满土钻内部空间，拔出土钻从而带出不同深度的土壤。根据垂向力施加方式不同，又可将土钻取样法分为压力土钻取样与振动土钻取样。压力土钻取样主要指通过人工或液压，将土钻一次性压到预定深度；振动土钻取样主要指通过连续高频振动，间歇式地将土钻打到预定深度。对于液压土钻，虽然可以满足各种深度、直径的原状土柱取样，但液压装置通常巨大，价格昂贵，一般用在地质勘探中；人工施压土钻由于人施加的压力有限，限制了其取样深度和取样直径，且难以保证完全垂直，可能造成土柱的挤压扰动。对于原状土柱的取出，液压和人工施压土钻都是直接拔出，土柱和下层土之间连接断开，断开位置难以控制。振动型土钻的取样深度和直径介于液压土钻和人工土钻之间，可以单人操作，但高频振动会改变土壤颗粒分布，影响孔隙结构，并非真正意义上的原状土柱。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种新型原状土柱取样装置及其使用方法解决了难以实现原状土柱取样的问题。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：一种新型原状土柱取样装置，包括固定装置、提压装置、固定钢桩、有机玻璃柱体、环刀、传动装置、不锈钢套筒和有机玻璃端口；

所述固定装置包括圆环底盘和设置在底盘上方的矩形支架，所述底盘上设有若干底部固定孔，所述固定钢桩穿过底部固定孔将固定装置固定，所述底盘中央设有垂直固定环，所述垂直固定环的直径与底盘的内径相同，所述底盘上还设有水平仪，所述矩形支架顶部中央设有支架丝口；

所述提压装置包括轮盘和顶部与轮盘中央固定连接的螺杆，所述螺杆与支架丝口活动连接；

所述螺杆的底部通过传动装置与不锈钢套筒的顶部活动连接，所述不锈钢套筒与有机玻璃柱体的上端通过丝口活动连接，所述有机玻璃柱体的下端与环刀通过丝口活动连接，所述有机玻璃柱体和环刀均为中空结构，所述有机玻璃柱体上设有若干竖直的第一矩形贯穿开孔，所述环刀呈碗状，所述环刀上设有若干弧形的第二矩形贯穿开孔，所述第二矩形贯穿开孔的曲率通过有机玻璃柱体的直径确定，所述第一矩形贯穿开孔与第二矩形贯穿开孔的数量相同且位置对齐，所述第一矩形贯穿开孔与第二矩形贯穿开孔内设有不锈钢片；

所述有机玻璃柱体的上下两端还可通过丝口活动连接有机玻璃端口，所述有机玻璃端口与有机玻璃管连接，并通过有机玻璃管连接水管，所述有机玻璃端口内设有透水石。

进一步地：所述不锈钢套筒的直径小于有机玻璃柱体的外径。

采用上述进一步方案的有益效果为：不锈钢套筒不会影响不锈钢片的设置。

进一步地：所述不锈钢套筒上设有气孔，所述气孔内设有可取出的橡胶塞。

采用上述进一步方案的有益效果为：取出橡胶塞通排气，便于土钻进入土壤，塞上橡胶塞造成负压，防止土柱从有机玻璃柱体内滑落。

进一步地：所述垂直固定环的直径大于有机玻璃柱体的外径。

采用上述进一步方案的有益效果为：通过固定环可固定有机玻璃柱体。

一种新型原状土柱取样装置使用方法，包括以下步骤：

S1、将环刀与有机玻璃柱体下端连接，使第一矩形贯穿开孔与第二矩形贯穿开孔对齐，将有机玻璃柱体的上端与不锈钢套筒连接，使不锈钢套筒、有机玻璃柱体和环刀组成土钻；

S2、通过水平仪确保固定装置垂直放置于取样地点，将固定钢桩穿过底部固定孔钉入土壤，将固定装置固定于地表；

S3、将土钻放入垂直固定环中，将螺杆拧入支架丝口中并与传动装置连接，将橡胶塞拔出气孔排气，顺向旋转轮盘将土钻压入土壤获取土柱；

S4、将不锈钢片穿过第一矩形贯穿开孔与第二矩形贯穿开孔并深入土壤切断土柱；

S5、逆向旋转轮盘将土钻上提提取土柱，将橡胶塞塞住气孔造成负压，防止土柱滑落；

S6、将环刀和不锈钢套筒从有机玻璃柱体上取下，并用小刀修正土柱断面，得到原状土柱取样。

进一步地：所述原状土柱取样可在有机玻璃柱体内直接进行土壤穿透实验，具体方法为：

将有机玻璃端口安装于有机玻璃柱体上下两端，并在有机玻璃端口内设有透水石，通过有有机玻璃管连接水管，使水流从上至下流过原状土柱取样，进行土壤穿透实验。

本发明的有益效果如下：

1、本发明采用压入式，无振动扰动，且可保证均匀受力，垂直压入；

2、本发明各部件采用丝口连接，方便组装拆卸，可单人操作；

3、本发明中作为土钻主体的有机玻璃柱体可直接与有机玻璃端口连接，直接成为土柱主体，开展穿透实验，无需二次装填；

4、本发明中作为压入装置可作为拔出装置，用力均匀，减小拔出扰动；

5、本发明中的不锈钢片在有机玻璃柱和环刀内部贯穿开孔的引导下可进入土壤切断土柱与下层土壤连接，且充分利用负压，使整个土柱拔出更容易，扰动最小。

附图说明

图1为本发明进行取样时的结构图；

图2为本发明进行土壤穿透实验时的结构图

图3为本发明中固定装置的俯视图；

图4为本发明中固定装置与提压装置配合时的侧视图；

图5为本发明中有机玻璃柱体和环刀配合时的侧视图；

图6为本发明中有机玻璃柱体的俯视图；

图7为本发明中传动装置与不锈钢套筒配合时的侧视图；

图8为本发明中有机玻璃端口的侧视图。

其中：1、固定装置；1-1、底盘；1-2、矩形支架；1-3、底部固定孔；1-4、垂直固定环；1-5、水平仪；1-6、支架丝口；2、提压装置；2-1、轮盘；2-2、螺杆；3、固定钢桩；4、有机玻璃柱体；4-1、第一矩形贯穿开孔；5、环刀；5-1、第二矩形贯穿开孔；6、不锈钢片；7、传动装置；8、橡胶塞；9、不锈钢套筒；9-1、气孔；10、有机玻璃端口；10-1、有机玻璃管；11、透水石。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

如图1至图8共同所示，一种新型原状土柱取样装置，其特征在于，包括固定装置1、提压装置2、固定钢桩3、有机玻璃柱体4、环刀5、传动装置7、不锈钢套筒9和有机玻璃端口10；

所述固定装置1包括圆环底盘1-1和设置在底盘1-1上方的矩形支架1-2，所述底盘1-1上设有若干底部固定孔1-3，所述固定钢桩3穿过底部固定孔1-3将固定装置1固定，所述底盘1-1中央设有垂直固定环1-4，所述垂直固定环1-4的直径与底盘1-1的内径相同，所述底盘1-1上还设有水平仪1-5，所述矩形支架1-2顶部中央设有支架丝口1-6；

所述提压装置2包括轮盘2-1和顶部与轮盘2-1中央固定连接的螺杆2-2，所述螺杆2-2与支架丝口1-6活动连接；

所述螺杆2-2的底部通过传动装置7与不锈钢套筒9的顶部活动连接，所述不锈钢套筒9与有机玻璃柱体4的上端通过丝口活动连接，所述有机玻璃柱体4的下端与环刀5通过丝口活动连接，所述有机玻璃柱体4和环刀5均为中空结构，所述有机玻璃柱体4上设有若干竖直的第一矩形贯穿开孔4-1，所述环刀5呈碗状，所述环刀5上设有若干弧形的第二矩形贯穿开孔5-1，所述第二矩形贯穿开孔5-1的曲率通过有机玻璃柱体4的直径确定，所述第一矩形贯穿开孔4-1与第二矩形贯穿开孔5-1的数量相同且位置对齐，所述第一矩形贯穿开孔4-1与第二矩形贯穿开孔5-1内设有不锈钢片6；

所述有机玻璃柱体4的上下两端还可通过丝口活动连接有机玻璃端口10，所述有机玻璃端口10与有机玻璃管10-1连接，并通过有机玻璃管10-1连接水管，所述有机玻璃端口10内设有透水石11。

在本发明的一个实施例中，所述不锈钢套筒9的直径小于有机玻璃柱体4的外径。不锈钢套筒9不会影响不锈钢片6的设置。

在本发明的一个实施例中，所述不锈钢套筒9上设有气孔9-1，所述气孔9-1内设有可取出的橡胶塞8。取出橡胶塞通8排气，便于土钻进入土壤，塞上橡胶塞8造成负压，防止土柱从有机玻璃柱体4内滑落。

在本发明的一个实施例中，所述垂直固定环1-4的直径略大于有机玻璃柱体4的外径。通过固定环1-4可固定有机玻璃柱体4。

一种新型原状土柱取样装置使用方法，包括以下步骤：

S1、将环刀与有机玻璃柱体下端连接，使第一矩形贯穿开孔与第二矩形贯穿开孔对齐，将有机玻璃柱体的上端与不锈钢套筒连接，使不锈钢套筒、有机玻璃柱体和环刀组成土钻；

S2、通过水平仪确保固定装置垂直放置于取样地点，将固定钢桩穿过底部固定孔钉入土壤，将固定装置固定于地表；

S3、将土钻放入垂直固定环中，将螺杆拧入支架丝口中并与传动装置连接，将橡胶塞拔出气孔排气，顺向旋转轮盘将土钻压入土壤获取土柱；

S4、将不锈钢片穿过第一矩形贯穿开孔与第二矩形贯穿开孔并深入土壤切断土柱；

S5、逆向旋转轮盘将土钻上提提取土柱，将橡胶塞塞住气孔造成负压，防止土柱滑落；

S6、将环刀和不锈钢套筒从有机玻璃柱体上取下，并用小刀修正土柱断面，得到原状土柱取样。

所述原状土柱取样可在有机玻璃柱体内直接进行土壤穿透实验，具体方法为：将有机玻璃端口安装于有机玻璃柱体上下两端，并在有机玻璃端口内设有透水石，通过有有机玻璃管连接水管，使水流从上至下流过原状土柱取样，进行土壤穿透实验。

Claims (6)

1.一种新型原状土柱取样装置，其特征在于，包括固定装置(1)、提压装置(2)、固定钢桩(3)、有机玻璃柱体(4)、环刀(5)、传动装置(7)、不锈钢套筒(9)和有机玻璃端口(10)；

所述固定装置(1)包括圆环底盘(1-1)和设置在底盘(1-1)上方的矩形支架(1-2)，所述底盘(1-1)上设有若干底部固定孔(1-3)，所述固定钢桩(3)穿过底部固定孔(1-3)将固定装置(1)固定，所述底盘(1-1)中央设有垂直固定环(1-4)，所述垂直固定环(1-4)的直径与底盘(1-1)的内径相同，所述底盘(1-1)上还设有水平仪(1-5)，所述矩形支架(1-2)顶部中央设有支架丝口(1-6)；

所述提压装置(2)包括轮盘(2-1)和顶部与轮盘(2-1)中央固定连接的螺杆(2-2)，所述螺杆(2-2)与支架丝口(1-6)活动连接；

所述螺杆(2-2)的底部通过传动装置(7)与不锈钢套筒(9)的顶部活动连接，所述不锈钢套筒(9)与有机玻璃柱体(4)的上端通过丝口活动连接，所述有机玻璃柱体(4)的下端与环刀(5)通过丝口活动连接，所述有机玻璃柱体(4)和环刀(5)均为中空结构，所述有机玻璃柱体(4)上设有若干竖直的第一矩形贯穿开孔(4-1)，所述环刀(5)呈碗状，所述环刀(5)上设有若干弧形的第二矩形贯穿开孔(5-1)，所述第二矩形贯穿开孔(5-1)的曲率通过有机玻璃柱体(4)的直径确定，所述第一矩形贯穿开孔(4-1)与第二矩形贯穿开孔(5-1)的数量相同且位置对齐，所述第一矩形贯穿开孔(4-1)与第二矩形贯穿开孔(5-1)内设有不锈钢片(6)；

所述有机玻璃柱体(4)的上下两端还可通过丝口活动连接有机玻璃端口(10)，所述有机玻璃端口(10)与有机玻璃管(10-1)连接，并通过有机玻璃管(10-1)连接水管，所述有机玻璃端口(10)内设有透水石(11)。

2.根据权利要求1所述的新型原状土柱取样装置，其特征在于，所述不锈钢套筒(9)的直径小于有机玻璃柱体(4)的外径。

3.根据权利要求1所述的新型原状土柱取样装置，其特征在于，所述不锈钢套筒(9)上设有气孔(9-1)，所述气孔(9-1)内设有可取出的橡胶塞(8)。

4.根据权利要求1所述的新型原状土柱取样装置，其特征在于，所述垂直固定环(1-4)的直径大于有机玻璃柱体(4)的外径。

5.一种新型原状土柱取样装置使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、将环刀与有机玻璃柱体下端连接，使第一矩形贯穿开孔与第二矩形贯穿开孔对齐，将有机玻璃柱体的上端与不锈钢套筒连接，使不锈钢套筒、有机玻璃柱体和环刀组成土钻；

S2、通过水平仪确保固定装置垂直放置于取样地点，将固定钢桩穿过底部固定孔钉入土壤，将固定装置固定于地表；

S3、将土钻放入垂直固定环中，将螺杆拧入支架丝口中并与传动装置连接，将橡胶塞拔出气孔排气，顺向旋转轮盘将土钻压入土壤获取土柱；

S4、将不锈钢片穿过第一矩形贯穿开孔与第二矩形贯穿开孔并深入土壤切断土柱；

S5、逆向旋转轮盘将土钻上提提取土柱，将橡胶塞塞住气孔造成负压，防止土柱滑落；

S6、将环刀和不锈钢套筒从有机玻璃柱体上取下，并用小刀修正土柱断面，得到原状土柱取样。

6.根据权利要求5所述的新型原状土柱取样装置使用方法，其特征在于，所述原状土柱取样可在有机玻璃柱体内直接进行土壤穿透实验，具体方法为：

将有机玻璃端口安装于有机玻璃柱体上下两端，并在有机玻璃端口内设有透水石，通过有有机玻璃管连接水管，使水流从上至下流过原状土柱取样，进行土壤穿透实验。

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