CN111678726A - 冻土用钻探取土器及采用该钻探取土器的冻土采集方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种冻土用钻探取土器，该钻探取土器包括取土器套管和与取土器套管连接的取土器后座，所述取土器后座的端部连接有钻杆连接头，所述取土器后座内设置有电源控制仓和通入取土器套管内的排气孔；所述电源控制仓内设置有供电电源，所述取土器套管底部外壁上设置有刃口，所述取土器套管底部内设置有发热电阻丝，所述发热电阻丝与供电电源的输出端连接；本发明还公开了一种采用该钻探取土器的冻土采集方法。本发明设计新颖合理，钻探取土器的拆卸运输方便，便于维护保养，性价比高，实用性强，使用效果好，便于推广使用。

Description

冻土用钻探取土器及采用该钻探取土器的冻土采集方法

技术领域

本发明属于岩土工程勘察技术领域，具体涉及一种冻土用钻探取土器及采用该钻探取土器的冻土采集方法。

背景技术

由于人类活动大多集中在温暖地区或低海拔平原地带，所以对于冻土的认识不是很多，但是随着人类活动空间的扩大以及对资源需求的增多，人类逐渐将目光投向了太空、海洋和寒冷的极区，尤其是冻土地区。而地球上多年冻土、季节冻土和短时冻土区的面积约占陆地面积的50％，其中，多年冻土面积占陆地面积的25％。

随着我国西部大开发的进展，大量的工程建设由东南向西北片区转移，而在我国西北地区存在大量的寒区冻土区，比如甘肃、青海、宁夏、新疆、内蒙古等地，在以上地区开土动工修建了大量的公路及房屋土建工程，在此过程中需要进行大量的岩土工程勘察工作，因此大大提高了冻土的取样及实验工作量。

然而，冻土在未消融前，与正常土质相比其强度较高，给取土工作造成了极大的困扰，而且目前没有较为快速、便捷、经济的冻土取土设备。目前采用钻探设备直接进行钻取，和钻探取岩样没啥区别，钻探干扰大，取样难度大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种冻土用钻探取土器，其结构简单，设计新颖合理，拆卸运输方便，便于维护保养，性价比高，实用性强，使用效果好，便与推广使用。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种冻土用钻探取土器，包括取土器套管和与取土器套管连接的取土器后座，所述取土器后座的端部连接有钻杆连接头，所述取土器后座内设置有电源控制仓和通入取土器套管内的排气孔；所述电源控制仓内设置有供电电源，所述取土器套管底部外壁上设置有刃口，所述取土器套管底部内设置有发热电阻丝，所述发热电阻丝与供电电源的输出端连接。

上述的一种冻土用钻探取土器，所述取土器后座与取土器套管连接的一端外壁上设置有取土器后座连接外螺纹，所述取土器套管与取土器后座连接的一端内壁上设置有取土器套管连接内螺纹，所述取土器后座通过取土器后座连接外螺纹和取土器套管连接内螺纹的配合与取土器套管螺纹连接。

上述的一种冻土用钻探取土器，所述取土器后座与取土器套管连接的一端设置为管径减小的取土器后座连接段，所述取土器后座连接外螺纹设置在取土器后座连接段的外壁上。

上述的一种冻土用钻探取土器，所述供电电源包括设置在电源控制仓内的蓄电池，所述蓄电池的输出端带有第一导电片，所述电源控制仓的内壁上设置有用于与第一导电片接触导电的第二导电片，所述第二导电片上接有第一导线，所述第一导线的上半段上串联有工作指示灯和工作开关，所述第一导线的下半段设置在导线管内，所述导线管设置在电源控制仓内，所述第一导线的底部连接有位于取土器后座底部的第三导电片，所述电源控制仓上设置有电源控制仓门；所述取土器套管内设置有导线孔，所述取土器套管的顶部设置有用于与第三导电片接触导电的第四导电片，所述发热电阻丝通过穿过导线孔的第二导线与第四导电片连接。

上述的一种冻土用钻探取土器，所述第一导电片、第二导电片、第三导电片和第四导电片均为铝片。

上述的一种冻土用钻探取土器，所述第三导电片和第四导电片的形状相同且均为圆环形。

上述的一种冻土用钻探取土器，所述发热电阻丝为铜线圈电阻丝。

本发明还公开了一种方法步骤简单、实现方便、取土效率高、实用性强，便于推广使用的采用上述钻探取土器进行冻土采集的方法，该方法包括以下步骤：

步骤一、钻探取土器的组装，具体过程为：

步骤101、在保证排气孔通畅的情况下，连接取土器后座和取土器套管，并使第三导电片与第四导电片紧密贴合；

步骤102、打开电源控制仓门，将充好电的蓄电池放置于电源控制仓中，闭合工作开关，检查工作指示灯是否点亮，当工作指示灯点亮时，说明电路工作正常，发热电阻丝通电发热，此时，再关闭电源控制仓门；

步骤二、将钻探取土器通过钻杆连接头连接在钻探设备的钻杆上；

步骤三、静压取土，具体过程为：

步骤301、将钻探取土器置于钻孔中，采用钻探设备进行静压，钻探取土器取土，直至静压深度达到钻探取土器的3/4高度处时停止静压，再将钻探取土器提出钻孔；

步骤302、将钻探取土器从钻杆上取下来，打开电源控制仓门，断开工作开关，关闭电源控制仓门；将取土器后座与取土器套管进行分离；

步骤303、一个操作者将取土器套管固定，另一个操作者将冻土土样沿刃口方向轻轻推出，之后采用密封塑料薄膜对采取的冻土土样进行包裹，放置于冻土土样采集盒中，进行土样编号；

步骤四、对钻探取土器进行清理，装入设备盒中，便于再次取样使用。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明冻土用钻探取土器的结构简单，设计新颖合理。

2、本发明可节省大量的人力、物力资源。

3、本发明克服了现有技术在冻土进行工程钻探取样中的难度大、耗时长和不易控制等缺点。

4、本发明提供了一种快速、便捷、经济的冻土取土设备。

5、本发明与目前岩土勘察工程中的汽车钻、台钻等设备相匹配，实用性强。

6、本发明冻土用钻探取土器的使用简单，受力合理，取土效率高，技术性能较好，拆卸运输方便，便于维护保养，性价比高。

7、本发明的冻土采集方法的方法步骤简单、实现方便、取土效率高，实用性强，使用效果好，便于推广使用。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明冻土用钻探取土器的三维结构示意图。

图2为本发明冻土用钻探取土器的剖面图。

图3为图2的A部放大图。

图4为本发明供电电源的电路连接图。

附图标记说明:

1—取土器后座； 1-2—排气孔； 1-3—电源控制仓；

1-3-1—蓄电池； 1-3-2—第二导电片； 1-3-3—第一导电片；

1-3-4—电源控制仓门； 1-3-6—工作指示灯； 1-3-7—工作开关；

1-3-8—第一导线； 1-3-9—第三导电片；

1-4—导线管； 1-5—取土器后座连接段；

1-6—取土器后座连接外螺纹； 2—取土器套管；

2-1—取土器套管连接内螺纹； 2-2—第二导线； 2-3—导线孔；

2-4—刃口； 2-5—发热电阻丝； 2-6—第四导电片；

3—钻杆连接头。

具体实施方式

如图1～图4所示，本发明包括一种冻土用钻探取土器，包括取土器套管2和与取土器套管2连接的取土器后座1，所述取土器后座1的端部连接有钻杆连接头3，所述取土器后座1内设置有电源控制仓1-3和通入取土器套管2内的排气孔1-2；所述电源控制仓1-3内设置有供电电源，所述取土器套管2底部外壁上设置有刃口2-4，所述取土器套管2底部内设置有发热电阻丝2-5，所述发热电阻丝2-5与供电电源的输出端连接。

具体实施时，排气孔1-2的作用是释放取土器在进行静压采取冻土土样的空气压力。

本实施例中，所述取土器后座1与取土器套管2连接的一端外壁上设置有取土器后座连接外螺纹1-6，所述取土器套管2与取土器后座1连接的一端内壁上设置有取土器套管连接内螺纹2-1，所述取土器后座1通过取土器后座连接外螺纹1-6和取土器套管连接内螺纹2-1的配合与取土器套管2螺纹连接。

所述取土器后座1与取土器套管2采用螺纹连接，连接紧密，取冻土时，能够保证受力均匀，不容易造成取土器套管2和取土器后座1的损坏。

本实施例中，所述取土器后座1与取土器套管2连接的一端设置为管径减小的取土器后座连接段1-5，所述取土器后座连接外螺纹1-6设置在取土器后座连接段1-5的外壁上。

本实施例中，所述供电电源包括设置在电源控制仓1-3内的蓄电池1-3-1，所述蓄电池1-3-1的输出端带有第一导电片1-3-3，所述电源控制仓1-3的内壁上设置有用于与第一导电片1-3-3接触导电的第二导电片1-3-2，所述第二导电片1-3-2上接有第一导线1-3-8，所述第一导线1-3-8的上半段上串联有工作指示灯1-3-6和工作开关1-3-7，所述第一导线1-3-8的下半段设置在导线管1-4内，所述导线管1-4设置在电源控制仓1-3内，所述第一导线1-3-8的底部连接有位于取土器后座1底部的第三导电片1-3-9，所述电源控制仓1-3上设置有电源控制仓门1-3-4；所述取土器套管2内设置有导线孔2-3，所述取土器套管2的顶部设置有用于与第三导电片1-3-9接触导电的第四导电片2-6，所述发热电阻丝2-5通过穿过导线孔2-3的第二导线2-2与第四导电片2-6连接。

具体实施时，将充好电的蓄电池1-3-1放置于电源控制仓1-3中，并使蓄电池1-3-1的第一导电片1-3-3与第二导电片1-3-2接触，当闭合工作开关1-3-7时，工作指示灯1-3-6点亮，第三导电片1-3-9与第二导电片1-3-2通过第一导线1-3-8接通，第四导电片2-6与第三导电片1-3-9接通，并通过第二导线2-2与发热电阻丝2-5连接，发热电阻丝2-5通电发热；工作开关1-3-7关闭，工作指示灯1-3-6灭，发热电阻丝2-5断电，发热停止。

本实施例中，所述第一导电片1-3-3、第二导电片1-3-2、第三导电片1-3-9和第四导电片2-6均为铝片。

本实施例中，所述第三导电片1-3-9和第四导电片2-6的形状相同且均为圆环形。

拧紧取土器后座1和取土器套管2的连接部分，就能够使第三导电片1-3-9和第四导电片2-6紧密贴合，保证电路连接通电；通过将第三导电片1-3-9和第四导电片2-6的形状设计为圆环形，能够保证电路连接通电效率。

本实施例中，所述发热电阻丝2-5为铜线圈电阻丝。

具体实施时，所述铜线圈电阻丝的圈数根据工程实际进行试验确定。

本实施例中，所述钻探取土器进行冻土采集的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、钻探取土器的组装，具体过程为：

步骤101、在保证排气孔1-2通畅的情况下，连接取土器后座1和取土器套管2，并使第三导电片1-3-9与第四导电片2-6紧密贴合；

具体实施时，通过铁丝或者注水检查排气孔1-2是否通畅。

步骤102、打开电源控制仓门1-3-4，将充好电的蓄电池1-3-1放置于电源控制仓1-3中，闭合工作开关1-3-7，检查工作指示灯1-3-6是否点亮，当工作指示灯1-3-6点亮时，说明电路工作正常，发热电阻丝2-5通电发热，此时，再关闭电源控制仓门1-3-4；

具体实施时，当工作指示灯1-3-6不亮时，说明电路工作不正常，检查电路，直至工作指示灯1-3-6点亮；将蓄电池1-3-1放置于电源控制仓1-3中，能够在工程钻探取样过程中保护电路不受外界影响；蓄电池1-3-1的设置，能够为取土器在静压取土过程中，通过发热电阻丝2-5提供热源，融化刃口2-4周边局部的冰为水，大大减少静压取土的阻力，提高取土效率。

步骤二、将钻探取土器通过钻杆连接头3连接在钻探设备的钻杆上；

具体实施时，所述钻杆连接头3的结构能够与现有工程勘察中采用的台钻和汽车钻所配钻杆无缝对接，所述钻杆连接头3与钻探设备的钻杆螺纹连接。

步骤三、静压取土，具体过程为：

步骤301、将钻探取土器置于钻孔中，采用钻探设备进行静压，钻探取土器取土，直至静压深度达到钻探取土器的3/4高度处时停止静压，再将钻探取土器提出钻孔；

静压深度达到钻探取土器的3/4高度处时停止静压，在保证所取土样达到取样量的要求，不至于取土器容积不足而破坏原状的冻土土样。

具体实施时，所述钻探设备为钻机。

钻探取土器取土过程中，发热电阻丝2-5提供热源，融化刃口2-4周边局部的冰为水，大大减少静压取土的阻力，提高取土效率。

步骤302、将钻探取土器从钻杆上取下来，打开电源控制仓门1-3-4，断开工作开关1-3-7，关闭电源控制仓门1-3-4；将取土器后座1与取土器套管2进行分离；

步骤303、一个操作者将取土器套管2固定，另一个操作者将冻土土样沿刃口2-4方向轻轻推出，之后采用密封塑料薄膜对采取的冻土土样进行包裹，放置于冻土土样采集盒中，进行土样编号；

采用人工将冻土土样从取土器套管2中取出，能够尽可能地保证所取冻土原状样不被扰动，保证了冻土的自身工程特性；对冻土土样进行包裹，能够在运往试验室的过程中保证土样的含水率不变；

步骤四、对钻探取土器进行清理，装入设备盒中，便于再次取样使用。

将钻探取土器进行清理装箱，避免了取土器长时间由于泥土发生生锈，影响后期使用。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (8)

1.一种冻土用钻探取土器，其特征在于：包括取土器套管(2)和与取土器套管(2)连接的取土器后座(1)，所述取土器后座(1)的端部连接有钻杆连接头(3)，所述取土器后座(1)内设置有电源控制仓(1-3)和通入取土器套管(2)内的排气孔(1-2)；所述电源控制仓(1-3)内设置有供电电源，所述取土器套管(2)底部外壁上设置有刃口(2-4)，所述取土器套管(2)底部内设置有发热电阻丝(2-5)，所述发热电阻丝(2-5)与供电电源的输出端连接。

2.按照权利要求1所述的一种冻土用钻探取土器，其特征在于：所述取土器后座(1)与取土器套管(2)连接的一端外壁上设置有取土器后座连接外螺纹(1-6)，所述取土器套管(2)与取土器后座(1)连接的一端内壁上设置有取土器套管连接内螺纹(2-1)，所述取土器后座(1)通过取土器后座连接外螺纹(1-6)和取土器套管连接内螺纹(2-1)的配合与取土器套管(2)螺纹连接。

3.按照权利要求2所述的一种冻土用钻探取土器，其特征在于：所述取土器后座(1)与取土器套管(2)连接的一端设置为管径减小的取土器后座连接段(1-5)，所述取土器后座连接外螺纹(1-6)设置在取土器后座连接段(1-5)的外壁上。

4.按照权利要求1所述的一种冻土用钻探取土器，其特征在于：所述供电电源包括设置在电源控制仓(1-3)内的蓄电池(1-3-1)，所述蓄电池(1-3-1)的输出端带有第一导电片(1-3-3)，所述电源控制仓(1-3)的内壁上设置有用于与第一导电片(1-3-3)接触导电的第二导电片(1-3-2)，所述第二导电片(1-3-2)上接有第一导线(1-3-8)，所述第一导线(1-3-8)的上半段上串联有工作指示灯(1-3-6)和工作开关(1-3-7)，所述第一导线(1-3-8)的下半段设置在导线管(1-4)内，所述导线管(1-4)设置在电源控制仓(1-3)内，所述第一导线(1-3-8)的底部连接有位于取土器后座(1)底部的第三导电片(1-3-9)，所述电源控制仓(1-3)上设置有电源控制仓门(1-3-4)；所述取土器套管(2)内设置有导线孔(2-3)，所述取土器套管(2)的顶部设置有用于与第三导电片(1-3-9)接触导电的第四导电片(2-6)，所述发热电阻丝(2-5)通过穿过导线孔(2-3)的第二导线(2-2)与第四导电片(2-6)连接。

5.按照权利要求4所述的一种冻土用钻探取土器，其特征在于：所述第一导电片(1-3-3)、第二导电片(1-3-2)、第三导电片(1-3-9)和第四导电片(2-6)均为铝片。

6.按照权利要求4或5所述的一种冻土用钻探取土器，其特征在于：所述第三导电片(1-3-9)和第四导电片(2-6)的形状相同且均为圆环形。

7.按照权利要求1所述的一种冻土用钻探取土器，其特征在于：所述发热电阻丝(2-5)为铜线圈电阻丝。

8.一种采用如权利要求4所述钻探取土器进行冻土采集的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、钻探取土器的组装，具体过程为：

步骤101、在保证排气孔(1-2)通畅的情况下，连接取土器后座(1)和取土器套管(2)，并使第三导电片(1-3-9)与第四导电片(2-6)紧密贴合；

步骤102、打开电源控制仓门(1-3-4)，将充好电的蓄电池(1-3-1)放置于电源控制仓(1-3)中，闭合工作开关(1-3-7)，检查工作指示灯(1-3-6)是否点亮，当工作指示灯(1-3-6)点亮时，说明电路工作正常，发热电阻丝(2-5)通电发热，此时，再关闭电源控制仓门(1-3-4)；

步骤二、将钻探取土器通过钻杆连接头(3)连接在钻探设备的钻杆上；

步骤三、静压取土，具体过程为：

步骤301、将钻探取土器置于钻孔中，采用钻探设备进行静压，钻探取土器取土，直至静压深度达到钻探取土器的3/4高度处时停止静压，再将钻探取土器提出钻孔；

步骤302、将钻探取土器从钻杆上取下来，打开电源控制仓门(1-3-4)，断开工作开关(1-3-7)，关闭电源控制仓门(1-3-4)；将取土器后座(1)与取土器套管(2)进行分离；

步骤303、一个操作者将取土器套管(2)固定，另一个操作者将冻土土样沿刃口(2-4)方向轻轻推出，之后采用密封塑料薄膜对采取的冻土土样进行包裹，放置于冻土土样采集盒中，进行土样编号；

步骤四、对钻探取土器进行清理，装入设备盒中，便于再次取样使用。

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