CN111366406A - 一种花岗岩残积土未扰动试样取样装置及取样方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种花岗岩残积土未扰动试样取样装置及取样方法，包括取样外筒、取样内筒、取样管靴、上部轴承和下部轴承，其中，取样外筒带有螺旋纹，设置有旋转加力杆，取样内筒通过上部轴承和下部轴承连接，并置于取样外筒内，取样外筒与取样管靴连接，取样管靴设置有锯齿和刃口，其取样方法为：将取样外筒、取样内筒、取样管靴连接组装，清理待取残积土表面，在待取土体周围挖掘一环状沟槽，用液氮速冻处理，通过旋转把手施加扭力回转钻进，待钻进15cm后获取残积土原状试样。本取样装置体积小，便于携带，操作简单，对试样结构的扰动小，可大大提高试样的可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及岩土取样技术领域，具体来说，涉及一种花岗岩残积土未扰动试样取样装置及取样方法。
背景技术
为了解决土木工程建设中与岩土体性质有关的地基变形、承载力等问题，需要选取目标土体中的样品进行研究。目前对花岗岩残积土、黄土等特殊土体的原位取样仍然是一个难题，取样时保持试样的原有结构状态仍然未能很好地实现。为了保证花岗岩残积土力学试验成果的可靠性，必须获得原状结构的花岗岩残积土试样。现有常用的取样方法主要有回转钻进、冲击钻进、振动钻探等。回转钻进取样仅能获得扰动样；冲击钻进取样时由于采用动力对岩土体应力和结构会产生较大的扰动，不能保持样品的天然特性；振动钻进通过传递高速振动，在轴向压力作用下钻入土中，对试样的扰动也较大。人工大块取样方法是在取样区人工挖出孤岛，而后逐渐切削形成需要尺寸的试样，取样效率低，且取样成功率难以保证。
花岗岩残积土具有各向异性、结构不均匀和易崩解等特点。因此在取样、制样过程中很容易受到扰动而破坏天然结构，使样本失去原有特性，从而导致不能对花岗岩残积土特性的作出可靠评价。因此为解决这一问题，必须改进花岗岩残积土的取样方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种花岗岩残积土未扰动试样取样装置及取样方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种花岗岩残积土未扰动试样取样装置，包括取样外筒、取样内筒和取样管靴，取样外筒顶部带有一圆柱状旋转把手与取样外筒焊接，所述取样外筒筒壁设有螺旋纹，内部有一上部轴承位于把手下部与取样外筒内壁焊接，所述轴承内圈有矩形外花键，所述取样外筒底部有矩形外花键，所述取样内筒外壁上口和下口处有与矩形外花键适配的矩形内花键，所述取样内筒底部有一半圆状开口卡槽，取样管靴带有下部轴承与取样管靴下端刃口焊接，所述下部轴承内圈有矩形外花键，刃口与所述取样外筒连接处有外花键，取样外筒和取样管靴之间为花键固接，所述取样内筒上下两处花键均可与上部轴承和下部轴承内圈的花键卡接。
进一步的，所述旋转把手呈圆柱杆状插嵌焊接在取样外筒的顶部便于抓握和旋转进入取样区域。
进一步的，所述取样管靴下部刃口为环形削尖状，间隔均匀的分布有锯齿。
进一步的，所述取样管靴最小半径与取样内筒半径相等，收缩口径紧贴取样内筒下端。
进一步的，所述取样内筒与刃口连接的部位设有台阶结构，刃口内径与取样内筒内径相等。
一种花岗岩残积土未扰动试样取样装置的取样方法，包括以下步骤：
(1)组装取样器时，先在取样内筒内壁涂抹凡士林，再将取样内筒从取样外筒下端插入并与上部轴承卡接，后将取样内筒卡接在下部轴承内，取样管靴卡在取样外筒上；
(2)对于要取样的残积土，先清理掉上方覆盖的杂物和腐殖质等，使其新鲜面裸露，清理面积需大于样本横截面积大小，清理位置为取样区域，并在周围挖掘环状沟槽；
(3)在环状沟槽中倾倒入液氮，将所要取样的残积土迅速冷冻，待花岗岩残积土达到冻结状态后，所取样区域残积土即达到固定结构状态的目的，在后续取样过程中，可以有效保证样本形态不至破坏，保护土样的原状性；
(4)通过旋转把手，缓慢将花岗岩残积土取样装置旋转置入取样土体，同时及时清理装置周围的余土，直到土样填满整个装置，即土样顶面达到与取样内筒顶部相同高度；
(5)清理取样装置周围土体，使装置四周空置，清理深度到刃口与取样外筒连接部位以下，以便于将装置从土体中脱离；
(6)去除取样外筒，再去除取样套筒顶端多余的土体，装上上封口盖，从取样内筒底部卡槽中插入下封口圆片，取下取样内筒，最后拆下锯齿刃口；
(7)将取样外筒外壁表面清理干净，所取得的样品可用于土力学实验中。
进一步的，如步骤(3)所述：用液氮冷冻残积土的方法为，以取样区域为中心取形状为边长为50cm的正方形沟槽，沟槽深度为15cm，在沟槽内倾倒适量液氮，待残积土冰冻后到达稳定状态，再将取样装置钻入土内。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是根据本发明实施例的一种花岗岩残积土未扰动试样取样装置的结构示意图；
图2是根据本发明实施例的一种花岗岩残积土未扰动试样取样装置的爆炸分离结构示意图；
图3是根据本发明实施例的一种花岗岩残积土未扰动试样取样装置的半剖结构示意图；
图4是根据本发明实施例的一种花岗岩残积土未扰动试样取样装置的取样管靴结构示意图。
附图标记：
1、取样外筒；2、上部轴承；3、取样内筒；4、下部轴承；5、取样管靴；6、螺旋纹；7、旋转把手。
具体实施方式
下面，结合附图以及具体实施方式，对发明做出进一步的描述：
请参阅图1-4，根据本发明实施例的一种花岗岩残积土未扰动试样取样装置及取样方法,包括取样外筒1、取样内筒3、取样管靴5，其主要材料为不锈钢，旋转把手7呈圆柱杆状，其焊接在取样外筒1顶部，把手横向长度长，便于施力的同时旋转取样外筒1，带动整个装置旋回转钻进取样土体内。
取样外筒1外壁带有螺旋纹6，便于装置入土并使多余残积土即使排出。
取样外筒1与取样内筒3筒形为圆柱状，两筒之间由上部轴承2和下部轴承4连接，上部轴承2和下部轴承4内圈有外花键，可与取样内筒3上的内花键沟槽装配，目的是为了在钻进过程中，减少取样外筒1与取样内筒2间的摩擦面积，保证内筒中的圆柱体土样不发生转动，增强内筒里样品的稳定性，减小扭转对土样的破坏。
取样内筒3底部开有半圆状卡槽，可插入下封口圆片，利于下部封装，封片从半圆状卡槽横向截入。
取样外筒1底部与带锯齿刃口取样管靴5通过花键连接，为可拆卸连接。
装置下部带锯齿刃口取样管靴5为环形削尖状，间隔均匀的分布有锯齿，可以防止残积土中较大的颗粒影响装置的钻进，带锯齿刃口取样管靴5最小半径与取样内筒3半径相等，防止钻进中因装置内径的变化影响取样的质量；
本实施例还提供一种采用花岗岩残积土未扰动试样取样装置的取样方法，包括以下步骤：
(1)在组装取样器前，先在取样内筒3内壁均匀涂抹一层凡士林，再将取样内筒3从取样外筒1下端插入并与上部轴承2卡接，后将取样内筒3卡接在下部轴承4内，带锯齿刃口取样管靴5卡在取样外筒1上，凡士林能减小取样内筒3与土体之间的摩擦力，较小对土体的扰动，节省人力，保持土体原状；同时也有利于后期取出土样；
(2)对于要取样的残积土，先清理掉上方覆盖的杂物和腐殖质等，使其新鲜面裸露，清理面积需大于样本横截面积大小，清理位置为取样区域，并在周围挖掘环状沟槽；
(3)在环状沟槽中倾倒入液氮，将所要取样的残积土迅速冷冻，待残积土达到冻结状态后，所取样区域残积土即达到固定结构状态的目的，在后续取样过程中，可以有效保证样本形态不至破坏，保护土样的原状性；
(4)通过旋转把手带动取样外筒1，缓慢将取样装置旋转置入取样土体，同时及时清理装置周围的余土，直到土样填满整个装置，即土样顶面达到与取样内筒3顶部相同高度(或略高于取样内筒3高度)；
(5)清理取样装置周围土体，使装置四周空置，清理深度到带锯齿刃口取样管靴5与取样外筒1连接部位以下，以便于将装置从土体中脱离；
(6)去除取样外筒1，再去除取样内筒3顶端多余的土体，装上上封口盖，从取样内筒3底部卡槽中插入下封口圆片，取下取样内筒3，最后拆下带锯齿刃口取样管靴5；
(7)将取样外筒1外壁表面清理干净，所取得的样品可用于土力学实验中。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限定本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种花岗岩残积土未扰动试样取样装置，其特征在于，包括取样外筒(1)、取样内筒(3)和取样管靴(5)，取样外筒(1)顶部带有一圆柱状旋转把手(7)与取样外筒(1)焊接，所述取样外筒(1)筒壁设有螺旋纹(6)，内部有一上部轴承(2)位于旋转把手(7)下部与取样外筒(1)内壁焊接，所述上部轴承(2)内圈有矩形外花键，所述取样外筒(1)底部有矩形外花键，所述取样内筒(3)外壁上口和下口处有与矩形外花键适配的矩形内花键，所述取样内筒(3)底部有一半圆状开口卡槽，取样管靴(5)带有下部轴承(4)与取样管靴(5)下端刃口焊接，所述下部轴承(4)内圈有矩形外花键，刃口与所述取样外筒(1)连接处有外花键，取样外筒(1)和取样管靴(5)之间为花键固接，所述取样内筒(3)上下两处花键均可与上部轴承(2)和下部轴承(4)内圈的花键卡接。
2.根据权利要求1所述的一种花岗岩残积土未扰动试样取样装置及取样方法，其特征在于，所述旋转把手(7)呈圆柱杆状插嵌焊接在取样外筒(1)的顶部便于抓握和旋转进入取样区域。
3.根据权利要求1所述的一种花岗岩残积土未扰动试样取样装置及取样方法，其特征在于，所述取样管靴(5)下部刃口为环形削尖状，间隔均匀的分布有锯齿。
4.根据权利要求1或3所述的一种花岗岩残积土未扰动试样取样装置及取样方法，其特征在于，所述取样管靴(5)最小半径与取样内筒(3)半径相等，收缩口径紧贴取样内筒(3)下端。
5.根据权利要求1所述的一种花岗岩残积土未扰动试样取样装置及取样方法，其特征在于，所述取样内筒(3)与刃口连接的部位设有台阶结构，刃口内径与取样内筒(3)内径相等。
6.一种花岗岩残积土未扰动试样取样装置的取样方法，包括以下步骤：
(1)组装取样器时，先在取样内筒(3)内壁涂抹凡士林，再将取样内筒(3)从取样外筒(1)下端插入并与上部轴承(2)卡接，后将取样内筒(3)卡接在下部轴承(4)内，取样管靴(5)卡在取样外筒(1)上；
(2)对于要取样的残积土，先清理掉上方覆盖的杂物和腐殖质等，使其新鲜面裸露，清理面积需大于样本横截面积大小，清理位置为取样区域，并在周围挖掘环状沟槽；
(3)在环状沟槽中倾倒入液氮，将所要取样的残积土迅速冷冻，待花岗岩残积土达到冻结状态后，所取样区域残积土即达到固定结构状态的目的，在后续取样过程中，可以有效保证样本形态不至破坏，保护土样的原状性；
(4)通过旋转把手(7)，缓慢将花岗岩残积土取样装置旋转置入取样土体，同时及时清理装置周围的余土，直到土样填满整个装置，即土样顶面达到与取样内筒(3)顶部相同高度；
(5)清理取样装置周围土体，使装置四周空置，清理深度到刃口与取样外筒(1)连接部位以下，以便于将装置从土体中脱离；
(6)去除取样外筒(1)，再去除取样外筒(1)顶端多余的土体，装上上封口盖，从取样内筒(3)底部卡槽中插入下封口圆片，取下取样内筒(3)，最后拆下锯齿刃口；
(7)将取样外筒(1)外壁表面清理干净，所取得的样品可用于土力学实验中。
7.根据权利要求6所述的一种花岗岩残积土未扰动试样取样方法，其特征在于，如步骤(3)所述：用液氮冷冻残积土的方法为，以取样区域为中心取形状为边长为50cm的正方形沟槽，沟槽深度为15cm，在沟槽内倾倒适量液氮，待残积土冰冻后到达稳定状态，再将取样装置钻入土内。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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