CN111766095B - 一种分层取样的土壤检测用取样装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及土壤取样技术领域，具体是涉及一种分层取样的土壤检测用取样装置，包括钻杆、样品管、转接头和钻头；所述钻杆是由若干个可径向扩张的组合管壁和内管组成，其上端与所述转接头连接，其下端与所述钻头连接；所述样品管插入在所述钻杆的内管中。当内管转动时，通过齿轮齿条的相互作用带动扩张块转动从而带动组合管壁径向运动，从而达到改变钻杆的最大直径的目的，使得取样结束在抽离钻杆时，可使钻杆与土壤分离，极大地减少土壤对于钻杆的阻力，无需用千斤顶进行作业，只需旋转转接头即可轻松取出钻杆，操作方便的同时，大大减少了对原状土样的扰动，使待检测土样能够保持其天然层状结构，从而得到更为精确的相关土样数据。

Description

一种分层取样的土壤检测用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，具体是涉及一种分层取样的土壤检测用取样装置及其使用方法。

背景技术

土壤采样是现代农业、地质、水利环保等领域中的重要工作环节。钻土取样是在施工现场通过取土钻钻孔采集土壤样本的常用方式。

土样是指进行室内试验以确定土体的工程性质而专门借助钻孔用取土器从天然地基中取得原状土的试样。通常分为原状土样和扰动土样两类。前者保持土的天然结构和含水量，用以测定堆积密度、渗透性、压缩和抗剪强度等指标。后者的天然结构已被扰动，用以进行土的粒度分析、测定土的液性和塑性界限、密度、相对密度、天然坡角等。采集的土样数量和规格，应能以满足试验项目和试验方法而定。要求土样基本保持原有结构和含水量，应及时严密封蜡，以防止水分蒸发，启用前应妥善保管，不受震、受热和受冻。

公知的土壤釆样器按照动力驱动类型进行分类，分为手动土壤采样器和机械土壤采样器两种。其基本构造是由釆样头、连接杆及动力驱动单元组成。两种采样器都存在在向上抬举将采样器抽离土壤的过程中，费力费时，需要千斤顶作业才能完成采样，有时甚至因耗力过大而不能完成采样。而千斤顶抬举过程中不可避免地会对原状土样造成扰动，使天然层状结构被扰动。

因此，亟需一种能够采样完成后能轻松取出采样器且不会破坏土样原有结构的土壤取样装置。

发明内容

为了实现以上目的，本发明提供了一种分层取样的土壤检测用取样装置，可以轻松地将采样器抽离土壤，在抽离过程中不会对原状土壤的天然层状结构，具体的技术方案如下：

一种分层取样的土壤检测用取样装置，包括钻杆、样品管、转接头和钻头；所述钻杆是由若干个可径向扩张的组合管壁和内管组成，其上端与所述转接头连接，其下端与所述钻头连接；所述样品管插入在所述钻杆的内管中。

进一步地，所述钻杆是由组合管壁通过扩张块与内管组成；所述每个组合管壁的边缘处相互啮合，在每个啮合处通过设置的转动槽一均插有转动杆一，从而使组合管壁可径向扩张和收缩；所述内管外壁为齿轮结构，内壁设置有卡槽，且在两端设置有环形的连接构件；所述扩张块一端通过转动槽二与固定在连接构件上的转动杆二滑动连接，另一端与固定在钻杆内壁上的转动杆三转动连接，且靠近内管侧设置有与内管齿轮结构相适配的齿条结构。

当内管转动时，通过齿轮齿条的相互作用带动扩张块转动从而带动组合管壁径向运动，从而达到改变钻杆的最大直径的目的，使得取样结束在抽离钻杆时，可使钻杆与土壤分离，极大地减少土壤对于钻杆的阻力，从而能够实现轻松抽离取样装置的目的。

进一步地，所述连接构件上设置有螺纹接头，且所述连接构件的外环直径小于组合管壁收缩时的最小直径，内环直径大于内管的内径。连接构件的作用是为转动杆二和螺纹接头提供固定点，使得钻杆的组合管壁和内管保持机械结构上的完整性。

进一步地，所述转接头上、下端口处均设置有螺纹，外壁中部设置有固定槽。所述螺纹是为了连接钻杆，固定槽是为了连接活塞式电机。

进一步地，所述样品管外壁上设置有与所述内管上的卡槽相适配的卡块，所述样品管上端设置有与所述转接头连接的卡扣。所述卡块与内管上的卡槽相互配合，能够使得旋转样品管，即可使内管转动。

进一步地，所述转接头上可配置机械力驱动的活塞式电机，用以在致密土壤上进行作业。所述活塞式电机只会在竖直方向上施加动力，因此不会扰动原状土样的天然层状结构，从而测得更为精确的堆积密度、渗透性、压缩和抗剪强度等数据。

进一步地，本发明的土壤检测用取样装置还设置有推杆，所述推杆的最大直径小于所述样品管的内径，其用以在测试土样时，将土样从样品管中推出。

上述土壤检测用取样装置的工作原理为：

将所述样品管通过卡扣连接在转接头上，然后将样品管上的卡块对准钻杆内管上的卡槽，插入样品管。顺时针转动转接头，通过样品管、内管、扩张块的相互作用，带动组合管壁沿径向扩张。安装钻头。将钻杆垂直插在地面上，根据地面土壤的致密程度选择不同的驱动动力及其配套设备：1)当地面土壤较为致密时，将活塞式电机套接在垂直于地面的转接头上，启动活塞式电机，开始垂直钻进。2)当地面土壤较为松散时，将手动握柄接在垂直于地面的转接头上，采用直接钻进或用锤子捶打手动握柄顶端进行钻进。当取样完成后，停止钻进，取下活塞式电机或手动握柄。逆时针转动转接头，通过样品管、内管、扩张块的相互作用，带动组合管壁沿径向收缩，使钻杆外壁与土壤分离，然后取出钻杆。从钻杆中拆除样品管，对样品管两端进行蜡封。需要对土壤样品进行检测时，取出样品管两端的蜡封，使用推杆从样品管一端缓慢推出，得到原状土样。

与现有的土壤取样装置相比，本发明的有益效果是：

本发明相较于市面上现有的土壤取样装置而言，首次提出了可径向扩张收缩的钻杆结构，解决了土壤采样器在抽离过程中因土壤阻力过大儿难以抽离的难题。本发明在抽离时，只需旋转转接头即可轻松取出钻杆，无需用千斤顶进行作业，操作方便的同时，大大减少了对原状土样的扰动，使待检测土样能够保持其天然层状结构，从而得到更为精确的相关土样数据。

附图说明

图1是本发明配置活塞式电机时的结构示意图；

图2是本发明手动握柄时的结构示意图；

图3是本发明钻杆的侧视图；

图4是本发明钻杆的俯视图；

图5是本发明转接头与样品管的连接示意图；

图6是本发明转接头与钻杆的连接示意图；

图7是本发明转接头、样品管、钻杆的连接示意图；

图8是本发明区域A的局部放大图；

图9是本发明推杆的结构示意图；

图10是本发明深层取样时的示意图。

图中：1-钻杆、11-组合管壁、111-转动杆一、1111-转动槽一、12-内管、121-卡槽、122-连接构件、1221-螺纹接头、13-扩张块、131-转动杆二、1311-转动槽二、132-转动杆三、2-样品管、21-卡块、22-卡扣、3-转接头、31-螺纹、32-固定槽、4-钻头、5-活塞式电机、6-手动握柄、7-推杆。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明所采取的方式和取得的效果，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚和完整地描述。

实施例一

如图1和图2所示，一种分层取样的土壤检测用取样装置，包括钻杆1、样品管2、转接头3和钻头4；所述钻杆1是由3个可径向扩张的组合管壁11和内管12组成，其上端与所述转接头3连接，其下端与所述钻头4连接；所述样品管2插入在所述钻杆1的内管12中。

如图3、图4、图8所示，所述钻杆1是由组合管壁11通过扩张块13与内管12组成；所述每个组合管壁11的边缘处相互啮合，在每个啮合处通过设置的转动槽一1111均插有转动杆一111，从而使组合管壁11可径向扩张和收缩；所述内管12外壁为齿轮结构，内壁设置有卡槽121，且在两端设置有环形的连接构件122；所述扩张块13一端通过转动槽二1311与固定在连接构件122上的转动杆二131滑动连接，另一端与固定在钻杆1内壁上的转动杆三132转动连接，且靠近内管12侧设置有与内管12齿轮结构相适配的齿条结构。

当内管12转动时，通过齿轮齿条的相互作用带动扩张块13转动从而带动组合管壁11径向运动，从而达到改变钻杆1的最大直径的目的，使得取样结束在抽离钻杆1时，可使钻杆1与土壤分离，极大地减少土壤对于钻杆1的摩擦力，从而能够实现轻松抽离取样装置的目的。

如图4和图8所示，所述连接构件122上设置有螺纹接头1221，且所述连接构件122的外环直径小于组合管壁11收缩时的最小直径，内环直径大于内管12的内径。连接构件122的作用是为转动杆二131和螺纹接头1221提供固定点，使得钻杆1的组合管壁11和内管12保持机械结构上的完整性。

如图5、图6、图7所示，所述转接头3上、下端口处均设置有螺纹31，外壁中部设置有固定槽32。所述螺纹31是为了连接钻杆，固定槽32是为了连接活塞式电机。

如图4和图5所示，所述样品管2外壁上设置有与所述内管12上的卡槽121相适配的卡块21，所述样品管2上端设置有与所述转接头3连接的卡扣22。所述卡块21与内管12上的卡槽121相互配合，能够使得旋转样品管2，即可使内管12转动。

如图1所示，所述转接头3上可配置机械力驱动的活塞式电机5，用以在致密土壤上进行作业。所述活塞式电机5只会在竖直方向上施加动力，因此不会扰动原状土样的天然层状结构，从而测得更为精确的堆积密度、渗透性、压缩和抗剪强度等数据。

如图9所示，本发明的土壤检测用取样装置还设置有推杆7，所述推杆7的最大直径小于所述样品管2的内径，其用以在测试土样时，将土样从样品管2中推出。

实施例二

实施例二与实施例一除了以下内容外，其余内容均相同：

如图2所示，实施例二中转接头3上配置的是人工驱动的手动握柄6，人工驱动相较于机械力驱动存在着力量小，不连续的缺点，因此不适合在致密土壤上进行钻进。但人工驱动因其结构简单，所需设备少，因此具有灵活好搬运的优势，在松软土壤或泥地上取样时，因为不需要特别大的力道，所以人工驱动便显示出其优势。

应用例一

应用例一是以实施例一中的结构为基础行阐述的，其具体包括以下步骤：

S1：将所述样品管2通过卡扣22连接在转接头3上，然后将样品管2上的卡块21对准钻杆1内管12上的卡槽121，插入样品管2；

S2：顺时针转动转接头3，通过样品管2、内管12、扩张块13的相互作用，带动组合管壁11沿径向扩张；

S3：安装钻头4；

S4：当地面土壤较为致密时，将钻杆1垂直插在地面上，然后将活塞式电机5套接在垂直于地面的转接头3上，启动活塞式电机5，开始垂直钻进；

S5：当取样完成后，停止钻进，取下活塞式电机5或手动握柄6；

S6：逆时针转动转接头3，通过样品管2、内管12、扩张块13的相互作用，带动组合管壁11沿径向收缩，使钻杆1外壁与土壤分离，然后取出钻杆1；

S7：从钻杆1中拆除样品管2，对样品管2两端进行蜡封；

S8：需要对土壤样品进行检测时，取出样品管2两端的蜡封，使用推杆7从样品管1一端缓慢推出，得到原状土样。

应用例二

应用例二是以实施例二中的结构为基础行阐述的，其具体包括以下步骤：

S1：将所述样品管2通过卡扣22连接在转接头3上，然后将样品管2上的卡块21对准钻杆1内管12上的卡槽121，插入样品管2；

S2：顺时针转动转接头3，通过样品管2、内管12、扩张块13的相互作用，带动组合管壁11沿径向扩张；

S3：安装钻头4；

S4：当地面土壤较为松散时，将钻杆1垂直插在地面上，然后将手动握柄6接在垂直于地面的转接头3上，采用直接钻进或用锤子捶打手动握柄6顶端进行钻进；

S5：当取样完成后，停止钻进，取下活塞式电机5或手动握柄6；

S6：逆时针转动转接头3，通过样品管2、内管12、扩张块13的相互作用，带动组合管壁11沿径向收缩，使钻杆1外壁与土壤分离，然后取出钻杆1；

S7：从钻杆1中拆除样品管2，对样品管2两端进行蜡封；

S8：需要对土壤样品进行检测时，取出样品管2两端的蜡封，使用推杆7从样品管1一端缓慢推出，得到原状土样。

应用例三

如图10所示，应用例三是以实施例一中的结构为基础、应用例一中的方法为标准进行阐述的，其具体包括以下步骤：

S1：当第一根钻杆1完成采样后，如果需要对更深层土壤进行取样，则需要取下活塞式电机5；

S2：取下活塞式电机5后，将第二根钻杆1连接在第一根钻杆1的转接头3上，然后按照应用例一中的顺序进行取样，则可得到更深层处的原状土样。

最后应说明的是：以上实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述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；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。

Claims (1)

1.一种分层取样的土壤检测用取样装置，其特征在于，包括钻杆(1)、样品管(2)、转接头(3)和钻头(4)；所述钻杆(1)是由若干径向扩张的组合管壁(11)和内管(12)组成，其上端与所述转接头(3)连接，其下端与所述钻头(4)连接；所述样品管(2)插入在所述钻杆(1)的内管(12)中；

所述钻杆(1)是由组合管壁(11)通过扩张块(13)与内管(12)组成；每个所述组合管壁(11)的边缘处相互啮合，在每个啮合处通过设置的转动槽一(1111)均插有转动杆一(111)，从而使组合管壁(11)径向扩张和收缩；所述内管(12)外壁为齿轮结构，内壁设置有卡槽(121)，且在两端设置有环形的连接构件(122)；所述扩张块(13)一端通过转动槽二(1311)与固定在连接构件(122)上的转动杆二(131)滑动连接，另一端与固定在钻杆(1)内壁上的转动杆三(132)转动连接，且靠近内管(12)侧设置有与内管(12)齿轮结构相适配的齿条结构；

所述连接构件(122)上设置有螺纹接头(1221)，且所述连接构件(122)的外环直径小于组合管壁(11)收缩时的最小直径，内环直径大于内管(12)的内径；

所述转接头(3)上、下端口处均设置有螺纹(31)，外壁中部设置有固定槽(32)；

所述样品管(2)外壁上设置有与所述内管(12)上的卡槽(121)相适配的卡块(21)，所述样品管(2)上端设置有与所述转接头(3)连接的卡扣(22)；

所述转接头(3)上配置机械力驱动的活塞式电机(5)，或者配置人力驱动的手动握柄(6)；

还设置有推杆(7)，所述推杆(7)的最大直径小于所述样品管(2)的内径；

所述的土壤检测用 取样装置的使用方法，具体包括以下步骤：

S1：将所述样品管(2)通过卡扣(22)连接在转接头(3)上，然后将样品管(2)上的卡块(21)对准钻杆(1)内管(12)上的卡槽(121)，插入样品管(2)；

S2：顺时针转动转接头(3)，通过样品管(2)、内管(12)、扩张块(13)的相互作用，带动组合管壁(11)沿径向扩张；

S3：安装钻头(4)；

S4：将钻杆(1)垂直插在地面上，根据地面土壤的致密程度选择不同的驱动动力及其配套设备：

1)当地面土壤较为致密时，将活塞式电机(5)套接在垂直于地面的转接头(3)上，启动活塞式电机(5)，开始垂直钻进；

2)当地面土壤较为松散时，将手动握柄(6)接在垂直于地面的转接头(3)上，采用直接钻进或用锤子捶打手动握柄(6)顶端进行钻进；

S5：当取样完成后，停止钻进，取下活塞式电机(5)或手动握柄(6)；

S6：逆时针转动转接头(3)，通过样品管(2)、内管(12)、扩张块(13)的相互作用，带动组合管壁(11)沿径向收缩，使钻杆(1)外壁与土壤分离，然后取出钻杆(1)；

S7：从钻杆(1)中拆除样品管(2)，对样品管(2)两端进行蜡封；

S8：需要对土壤样品进行检测时，取出样品管(2)两端的蜡封，使用推杆(7)从样品管(2)一端缓慢推出，得到原状土样。

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