CN112031762A - 一种洞室内软弱岩带取样装置及取样方法 - Google Patents
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- E21B49/00—Testing the nature of borehole walls; Formation testing; Methods or apparatus for obtaining samples of soil or well fluids, specially adapted to earth drilling or wells
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Abstract
本发明公开了一种洞室内软弱岩带取样装置及取样方法，所述洞室内软弱岩带取样装置包括水平布置在洞室内的支撑杆，支撑杆的一端与洞室的内壁相连，另一端依次通过动力机构和中空的圆柱形取样管与洞室内壁相连；所述动力机构包括水平方向上间隔一定距离布置的第一支座和第二支座，第一支座和第二支座之间竖向布置有螺杆；本发明的动力机构采用机械千斤顶的原理让取样管缓慢的插入到洞室内的土体中，避免取样管扰动破坏土体，尽可能的保证原状土的完整性，便于后序试验，减小试验误差；同时本发明降低了劳动强度、提高了取样效率、减小了安全隐患，且本装置简单、拆装方便，省时省力。
Description
技术领域
本发明涉及岩土勘探工程技术领域，尤其是一种洞室内软弱岩带取样装置及取样方法。
背景技术
随着建筑、市政、交通等行业大型工程建设的加快，勘测设计水平得到了快速发展，对采取土体试样的要求也随之提高。目前对于取样土体，往往要求其保持原状。但是土体是岩石经过风化作用以及剥蚀、搬运、沉积作用等复杂自然环境所生成的各类沉积物，是由固体物质、水和气体组成的三相体系，土体结构相对较为松散，在取样操作、试样封装、贮存、运输过程中，易扰动破坏其原有结构体系，造成原状土取样困难，甚至取样失败。
软弱岩带指强度和弹模特别低的基岩，有的岩性尚坚硬，但由于风化影响或裂隙节理密集而成为软弱岩层，有的则由于岩性本身软弱而成。目前对于洞室内软弱岩带的取样方式较为复杂，具体为：操作人员下放到洞室内预定的取样位置；操作人员一只手握住取样管并对准洞室内壁，另一只手使用铁锤敲击取样管，使取样管伸入到洞室内的土体中；待取样完毕后收回取样管，撤离洞室。上述方式存在以下不足：一、采用锤击方法容易出现取样管倾斜、偏移，并且在锤击过程中，极易造成土体震动，破坏土体原有结构体系，导致原状土体取样失败；二、人工锤击过程操作劳动强度大、效率低。
综上，现有的洞室原状土取样装置都存在着一定的技术缺陷。在取样操作过程中，对取样的原状土体会产生极大的扰动破坏，同时操作流程较为复杂、劳动强度大、取样效率低、取样成功率较低。
发明内容
针对上述洞室原状土取样装置操作流程复杂、取样效率低、对土体扰动破坏大和取样成功率低的技术问题，本发明提供一种结构简单、对土体扰动小、自动化程度高的洞室内软弱岩带取样装置及取样方法。
本发明所采用的技术方案是：一种洞室内软弱岩带取样装置，包括水平布置在洞室内的支撑杆，支撑杆的一端与洞室的内壁相连，另一端依次通过动力机构和中空的圆柱形取样管与洞室内壁相连；所述动力机构包括水平方向上间隔一定距离布置的第一支座和第二支座，第一支座和第二支座之间竖向布置有螺杆；螺杆的底部设置有与螺杆固定连接的连接座，连接座的端部连接手柄；螺杆上设置有与螺杆的螺纹匹配的螺纹套；第一支座与支撑杆固定连接，第一支座上铰接有两个第一支撑架，两个第一支撑架分别与螺纹套和连接座铰接；第二支座上铰接有两个第二支撑架，两个第二支撑架分别与螺纹套和连接座铰接；取样管与第二支座相连，手柄可驱动取样管在水平方向上轴向移动。取样时，在预定的取样位置，通过动力机构驱动取样管伸入到洞室的土体内进行取样。本发明的动力机构采用机械千斤顶的原理让取样管缓慢的插入到洞室内的土体中，避免取样管扰动破坏土体，尽可能的保证原状土的完整性，便于后序试验，减小试验误差；同时本发明降低了劳动强度、提高了取样效率、减小了安全隐患，且本装置简单、拆装方便，省时省力。
进一步的是，第二支座上设置有连接筒，第二支座通过连接筒与取样管相连；连接筒上设置有透明的观察窗。连接筒作为连接件，便于第二支座与取样管连接；同时，连接筒上的观察窗也便于操作人员实时观察取样管内的土体情况。
进一步的是，所述取样管与连接筒可拆卸连接。
进一步的是，取样管与连接筒螺纹连接，可将取样管从连接筒上拆卸下来，便于后序的封装和运输；螺栓连接的方式具有结构简单、拆装方便快速的特点。
进一步的是，第一支座、第二支座、第一支撑架和第二支撑架均为U形结构，将单点受力改变为多点受力，增强了取样装置的稳定性。
进一步的是，取样管的端部设置有刃口，刃口减小了取样管与土体的接触面积，便于取样管更好的钻入到土体内，省时省力。
进一步的是，刃口上设置有刃齿。刃齿类似拉锯原理，刃齿可更加顺利的在取样管径向上钻入洞室的土体。
进一步的是，支撑杆上设置有水平仪，便于观察取样装置的水平度，以便进行相应的调整。
进一步的是，支撑杆包括至少两个套接的支杆，相邻支杆之间螺纹连接。通过转动相邻支杆可调节支撑杆的整体长度，以满足不同尺寸的洞室使用，提高了装置的适用性和通用性；同时也起到缩小支撑杆尺寸的作用，便于取样装置的存放和运输。
进一步的是，支撑杆与洞室内壁相连的一端设置有竖向布置的垫板。垫板增大了支撑杆与洞室内壁的接触面积，提高取样装置与洞室连接的稳定性。
取样方法，采用上述的洞室内软弱岩带取样装置，包括以下步骤：
S1、根据洞室的直径，通过转动支杆调节支撑杆的长度，让取样装置的整体长度与洞室的直径匹配；
S2、通过水平仪观察取样装置的水平度，反向转动手柄让取样装置略微脱离洞室，调整取样装置处于水平状态，通过正向转动手柄使取样装置水平的卡紧在洞室的径向上；
S3、通过正向转动手柄驱动取样管平稳、缓慢的压向洞室内的土体，直至看到土体露出观察窗为止，停止转动手柄；
S4、反向转动手柄驱动取样管平稳、缓慢的移出土体，直至与洞室的内壁脱离；
S5、取下取样管，使用盖子将取样管的两端封存。
本发明的取样方法让取样管缓慢的插入到洞室内的土体中，避免取样管扰动破坏土体，尽可能的保证原状土的完整性，便于后序试验，减小试验误差；同时本发明降低了劳动强度、提高了取样效率、减小了安全隐患，且本装置简单、拆装方便，省时省力。
本发明的有益效果是：
1、本发明让取样管缓慢的插入到洞室内的土体中，避免取样管扰动破坏土体，尽可能的保证原状土的完整性，便于后序试验，减小试验误差；同时降低了劳动强度、提高了取样效率、减小了安全隐患，且本装置简单、拆装方便，省时省力。
2、本发明的刃口减小了取样管与土体的接触面积，便于取样管更好的钻入到土体内，省时省力。
3、本发明的刃齿类似拉锯原理，可更加顺利的在取样管径向上钻入洞室的土体。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图中标记为：
1、洞室；3、取样管；4、连接筒；5、观察窗；8、刃口；9、刃齿；10、水平仪；11、垫板；12、第一支杆；13、第二支杆；
101、第一支座；102、第二支座；103、螺杆；104、连接座；105、螺纹套；106、手柄；107、第一支撑架；108、第二支撑架。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进一步说明。
实施例一
参照图1，本发明的一种洞室内软弱岩带取样装置，包括水平布置在洞室内的支撑杆，支撑杆的一端与洞室1的内壁相连，另一端依次通过动力机构和中空的圆柱形取样管3与洞室内壁相连；所述动力机构包括水平方向上间隔一定距离布置的第一支座101和第二支座102，第一支座101和第二支座102之间竖向布置有螺杆103；螺杆的底部设置有与螺杆固定连接的连接座104，连接座的端部连接手柄106；螺杆上设置有与螺杆的螺纹匹配的螺纹套105；第一支座101与支撑杆固定连接，第一支座101上铰接有两个第一支撑架107，两个第一支撑架107分别与螺纹套105和连接座104铰接；第二支座上铰接有两个第二支撑架108，两个第二支撑架分别与螺纹套105和连接座104铰接；取样管3与第二支座102相连，手柄可驱动取样管在水平方向上轴向移动。取样时，在预定的取样位置，通过动力机构驱动取样管伸入到洞室的土体内进行取样。动力机构具体为：手柄正转带动丝杆转动，丝杆转动带动螺纹套在螺杆上朝向手柄的一侧移动，使第一支撑架和第二支撑架撑开，支撑杆抵紧在洞室的内壁，同时取样管缓慢的插入到洞室内的土体中。本发明的动力机构采用机械千斤顶的原理让取样管缓慢的插入到洞室内的土体中，避免取样管扰动破坏土体，尽可能的保证原状土的完整性，便于后序试验，减小试验误差；同时本发明降低了劳动强度、提高了取样效率、减小了安全隐患，且本装置简单、拆装方便，省时省力。
参照图1，本实施例在第二支座上设置有连接筒4，第二支座102通过连接筒4与取样管3相连；连接筒上设置有透明的观察窗5。连接筒作为连接件，便于第二支座与取样管连接；同时，连接筒上的观察窗也便于操作人员实时观察取样管内的土体情况。观察窗由塑料制成。
本实施例的取样管3与连接筒4螺纹连接，可将取样管从连接筒上拆卸下来，便于后序的封装和运输；螺栓连接的方式具有结构简单、拆装方便快速的特点。
本实施例的第一支座101、第二支座102、第一支撑架107和第二支撑架108均为U形结构，将单点受力改变为多点受力，增强了取样装置的稳定性。
参照图1，本实施例在取样管3的端部设置有刃口8，刃口上设置有刃齿9。刃口减小了取样管与土体的接触面积，便于取样管更好的钻入到土体内，省时省力；刃齿类似拉锯原理，刃齿可更加顺利的在取样管径向上钻入洞室的土体。
参照图1，本实施例在支撑杆上设置有水平仪10，便于观察取样装置的水平度，以便进行相应的调整。
参照图1，本实施例的支撑杆包括两个套接的支杆，相邻支杆之间螺纹连接。两个支杆分别为第一支杆12和第二支杆13，第二支杆布置在第一支杆内，水平仪布置在最外侧的支杆上，也就是第一支杆上，第一支杆和第二支杆螺纹连接，通过转动可使第二支杆相对于第一支杆内移动，垫板布置在最内侧支杆的端部，也就是第二支杆的端部。通过转动相邻支杆可调节支撑杆的整体长度，以满足不同尺寸的洞室使用，提高了装置的适用性和通用性；同时也起到缩小支撑杆尺寸的作用，便于取样装置的存放和运输。
参照图1，本实施例在支撑杆与洞室内壁相连的一端设置有竖向布置的垫板11。垫板增大了支撑杆与洞室内壁的接触面积，提高取样装置与洞室连接的稳定性。
实施例二
取样方法，采用实施例一所述的一种洞室内软弱岩带取样装置，包括以下步骤：
S1、根据洞室的直径，通过转动支杆调节支撑杆的长度，让取样装置的整体长度与洞室的直径匹配；
S2、通过水平仪观察取样装置的水平度，反向转动手柄让取样装置略微脱离洞室，调整取样装置处于水平状态，通过正向转动手柄使取样装置水平的卡紧在洞室的径向上；
S3、通过正向转动手柄驱动取样管平稳、缓慢的压向洞室内的土体，直至看到土体露出观察窗为止，停止转动手柄；
S4、反向转动手柄驱动取样管平稳、缓慢的移出土体，直至与洞室的内壁脱离；
S5、取下取样管，使用盖子将取样管的两端封存。
本发明的取样方法让取样管缓慢的插入到洞室内的土体中，避免取样管扰动破坏土体，尽可能的保证原状土的完整性，便于后序试验，减小试验误差；同时本发明降低了劳动强度、提高了取样效率、减小了安全隐患，且本装置简单、拆装方便，省时省力。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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 (10)
1.一种洞室内软弱岩带取样装置，其特征在于，包括水平布置在洞室内的支撑杆，支撑杆的一端与洞室(1)的内壁相连，另一端依次通过动力机构和中空的圆柱形取样管(3)与洞室内壁相连；
所述动力机构包括水平方向上间隔一定距离布置的第一支座(101)和第二支座(102)，第一支座(101)和第二支座(102)之间竖向布置有螺杆(103)；螺杆的底部设置有与螺杆固定连接的连接座(104)，连接座的端部连接手柄(106)；螺杆上设置有与螺杆的螺纹匹配的螺纹套(105)；
第一支座(101)与支撑杆固定连接，第一支座(101)上铰接有两个第一支撑架(107)，两个第一支撑架(107)分别与螺纹套(105)和连接座(104)铰接；第二支座上铰接有两个第二支撑架(108)，两个第二支撑架分别与螺纹套(105)和连接座(104)铰接；取样管(3)与第二支座(102)相连，转动手柄可驱动取样管在水平方向上轴向移动。
2.如权利要求1所述的一种洞室内软弱岩带取样装置，其特征在于，所述第二支座上设置有连接筒(4)，第二支座(102)通过连接筒(4)与取样管(3)相连；连接筒上设置有透明的观察窗(5)。
3.如权利要求2所述的一种洞室内软弱岩带取样装置，其特征在于，所述取样管(3)与连接筒(4)螺纹连接。
4.如权利要求1所述的一种洞室内软弱岩带取样装置，其特征在于，所述第一支座(101)、第二支座(102)、第一支撑架(107)和第二支撑架(108)均为U形结构。
5.如权利要求1所述的一种洞室内软弱岩带取样装置，其特征在于，所述取样管(3)的端部设置有刃口(8)。
6.如权利要求5所述的一种洞室内软弱岩带取样装置，其特征在于，所述刃口上设置有刃齿(9)。
7.如权利要求1所述的一种洞室内软弱岩带取样装置，其特征在于，所述支撑杆上设置有水平仪(10)。
8.如权利要求1所述的一种洞室内软弱岩带取样装置，其特征在于，所述支撑杆包括至少两个套接的支杆，相邻支杆之间螺纹连接。
9.如权利要求1～8任意一项所述的一种洞室内软弱岩带取样装置，其特征在于，所述支撑杆与洞室内壁相连的一端设置有竖向布置的垫板(11)。
10.取样方法，其特征在于，采用如权利要求9所述的一种洞室内软弱岩带取样装置，包括以下步骤：
S1、根据洞室的直径，通过转动支杆调节支撑杆的长度，让取样装置的整体长度与洞室的直径匹配；
S2、通过水平仪观察取样装置的水平度，反向转动手柄让取样装置略微脱离洞室，调整取样装置处于水平状态，通过正向转动手柄使取样装置水平的卡紧在洞室的径向上；
S3、通过正向转动手柄驱动取样管平稳、缓慢的压向洞室内的土体，直至看到土体露出观察窗为止，停止转动手柄；
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