CN112629916B - 一种超软土取样装置及取样方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超软土取样装置，所述超软土取样装置包括取样腔，取样腔包括设在两端的进样口和出样口，所述取样腔可作垂向运动，且所述取样腔可作横向运动或旋转运动将超软土样从进样口输送至取样腔，所述进样口和出样口设有阻挡超软土样流出的挡泥板。本发明通过将超软土取样装置先垂向压入，再通过水平移动或旋转运动将取样点的超软土取入取样腔中，并通过挡泥板限制超软土流出，减少了取样的扰动，尽可能保持超软土的结构性。本发明还公开了超软土取样装置的取样方法。

Description

一种超软土取样装置及取样方法

技术领域

本发明涉及一种超软土取样装置及取样方法。

背景技术

近年来，我国滨江沿海地区工程建设日益加快，但此处地区的地质条件通常较差，常覆存深厚软弱土层，特别是由海涂围垦形成的吹填土区，相关工程中常遇到超软土工程问题。相较于软土而言，超软土是一种性质更加软弱、强度更低的土体，通常情况下具有含水量极高、强度极低、孔隙比大、欠固结等性质，该天然性质使得在处理超软土带来的工程问题时，不能完全沿用处理软土问题的经验，例如：吹填土区加固、软弱土层开挖建筑基坑等。因此，亟须针对超软土特殊的工程性质展开相关研究，以指导工程实际。

诸多研究手段中，试验研究是比较直观与科学的一种方式，其中如何获取具有代表性的试验土样进行试验十分重要，将直接影响研究结果的可靠性。理论上，在工程现场直接对超软土体进行试验最为可靠，但由上文描述可见，超软土工程性质极差，长时间的现场试验几乎无法实现，即便可以实现，产生的工程费用也较高。因此，有必要对超软土进行样品提取，再对其开展试验，以分析超软土性质。此外，尽管超软土的天然结构性较弱，但仍然具有一定的组构与胶结特征，这种结构特征在取样过程中很难维持原状，所以常见土工取样方法并不适用于超软土。因此，如何保持超软土的“脆弱”结构性，在滨江沿海地区超软土工程现场获取质量良好的超软土样成为了一个重要的技术难题。

现有技术中，在以专利号201410598866.7挡板封闭式取土器为代表的大多数超软土取土器，一般采用将取样管纵向压入地面，超软土顶开设置在取样管下端的挡泥板进入取土器中，在静压入或缓慢压入状态中挡泥板可能处于倾斜状态，超软土需要持续顶开挡泥板才能进入取土器中，这就产生了一定的扰动，取出时，取土器上提，超软土具有相对取土器保持惯性的趋势，超软土给予挡泥板一个向下的压力，使挡泥板闭合。此时，存在两个问题，首先，如果当挡泥板处于竖直状态或接近竖直状态时，超软土对挡泥板施加的压力有限，很可能会有大量的超软土流出后才闭合，且取土器对流出的超软土的量无法进行控制和预估，因此取土器内的土样的深度无法准确确定，其次，在超软土进入取土器的过程中，无法避免的部分超软土粘附在挡泥板下方或入样口的底面上，而挡泥板完全依靠超软土下压的自然压力来闭合，挡泥板和底面存在的超软土可能会影响挡泥板闭合，使超软土持续流出，对土样造成二次的持续扰动，且导致取样的深度失准。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种保持超软土结构性，减少取样扰动的取样装置和取样方法。

为了实现以上目的，本发明提供了一种超软土取样装置，包括取样腔，取样腔包括设在两端的进样口和出样口，所述取样腔可做垂向运动，且所述取样腔可作横向运动或旋转运动将超软土样从进样口输送至取样腔，所述取样腔设有阻挡超软土样流出的挡泥板。

上述超软土取样装置可以包括扇形抓泥斗，抓泥斗具有扇形取样腔，所述抓泥斗的上承梁与垂向升降装置铰接，所述抓泥斗的斗部一侧设有进样口，所述抓泥斗的斗部另一侧设有出样口，所述出样口侧壁与侧边升降装置铰接。

进一步的，超软土取样装置可以包括两个以垂向升降装置为轴镜像对称的抓泥斗，抓泥斗的进样口相对设置且过盈配合。

本发明还包括上述超软土取样装置的取样方法，包括以下步骤：

（1）选定取样工作区域，以超软土取样点为中心平整土地；

（2）将超软土取样装置垂直置于取样点上方，启动垂向升降装置，将超软土取样装置缓慢压入地面，直至预定取样深度，停止垂向升降装置；

（3）启动侧边升降装置，使抓泥斗向垂向升降装置方向转动，至两抓泥斗进样口过盈配合停止侧边升降装置；

（4）再次启动垂向升降装置，向上匀速提起抓泥斗，直至抓泥斗脱离地面后，对抓斗底部进行密封；

（5）将抓泥斗平稳转移到人工装卸区域，回收抓泥斗，抓泥斗中的土样即为目标所取土样。

上述的超软土取样装置的取样腔也可以为柱状空腔，所述进样口和出样口包括内壁，内壁上设有凹槽，所述挡泥板的外边缘上设有与凹槽配合的凸条，通过将所述挡泥板插入或取出凹槽中可使取样腔封闭或开启。

进一步的，上述取样腔沿垂向方向设有多个分隔板，分隔板上可拆卸固定有取样盒，所述取样盒具有与进样口连通的左开口和与出样口连通的右开口，所述挡泥板由多个用以封闭左开口和右开口的封口板组成，所述封口板设有卡槽，所述取样盒的左开口和右开口设有与所述卡槽配合的卡条，所述挡泥板插入凹槽时，所述卡条同时卡入卡槽。

进一步的，所述取样腔外壁上设有长度刻度。

进一步的，所述取样腔下面板连接锥形头。

进一步的，上述超软土取样装置还包括底座，所述底座上设有水平仪，所述底座上具有供超软土取样装置穿过的至少两个相距一定距离的导向部，所述导向部的连线与地面垂直，两个所述导向部活动连接在水平安装底座的轨道上。

本发明还包括一种上述超软土取样装置的采样方法，包括以下步骤：

（1）选定取样工作区域，以超软土取样点为中心平整土地，去除取样点中心一定距离内的硬土层；

（2）将底座水平的置于取样点上方地面上，将超软土取样装置距离取样点一定距离并垂直置于底座上，通过静压入或外部升降装置将超软土取样装置缓慢压入地面，可以通过超软土取样装置上的长度刻度读取入土深度，直至预定取样深度；

（3）用导向部固定超软土取样装置，调整进样口与轨道方向一致，向取样点平移，直至超软土取样装置平移至预定取样点；

（4）将挡泥板插入凹槽，卡条插入卡槽，直至挡泥板将进样口和出样口完全封闭；

（5）向上提起超软土取样装置，直至完全离开地面；

（6）拆开超软土取样装置前板和后板，拆下取样盒，做好标记，密封取样盒，取样盒中的土样即为不同深度的目标土样。

本发明的有益效果是：

⑴本发明的超软土取样装置可先垂向进入预定深度，然后在预定深度进行平移，由于本发明垂向入土的过程不对超软土结构性造成影响，通过同一深度的平移采样，减少取样的对超软土结构的扰动，同时，同一深度的平移采样和取样腔中土样的置换，可以避免不同深度土样残留在取样腔中，可能导致对实验结果的干扰。

⑵本发明的超软土取样装置进样口横向设置，区别于传统取土器的纵向设置，采样完成后通过插入挡泥板的方式，整体封闭取样腔，在超软土取样装置缓慢上升阶段也不会对取样腔中的土样造成明显扰动或流失。

附图说明

图1为本发明实施例1的示意图；

图2为本发明第一入口和第二入口过盈配合的剖面示意图；

图3为本发明实施例2的纵向剖视图；

图4为实施例2取样盒和取样腔的关系示意图；

图5为取样盒和封口板连接示意图；

图6为底座与超软土取样装置示意图；

图7为图5局部放大图。

附图标记说明：1、抓泥斗；2、上承梁；3、垂向升降装置；4、取样腔；5、前板；6、后板；7、顶板；8、底板；9、进样口；901、第一入口；902、第二入口；10、出样口；11、挡泥板；111、封口板；112、卡槽；12、内壁；13、凹槽；14、凸条；15、分隔板；16、取样盒；161、左开口；162、右开口；163、卡条；17、外壁；18、刻度；19、锥形头；20、底座；201、水平仪；202、轨道；203、导向部；21、电机；22、侧边升降装置。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明进一步详细说明。其中相同的零部件用相同的附图标记表示。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“底面”和“顶面”、“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。

本发明要解决的是传统取土器取样时对超软土结构的破坏和扰动问题，参照图1、图2所示，本发明的实施例1给出了一种区别于传统取土器的超软土取样装置，该超软土取样装置包括扇形抓泥斗1，抓泥斗1的上承梁2与垂向升降装置3铰接，扇形抓泥斗1内包括一个扇形取样腔4，取样腔4还包括前板5、后板6、顶板7和环形底板8，抓泥斗1的斗部一侧设有取样腔4的进样口9，抓泥斗1的斗部另一侧设有取样腔4的出样口10，出样口10侧壁与侧边升降装置22铰接。上述垂向升降装置3可以带动取样腔4可做垂向运动，上述侧边升降装置22可通过伸长或缩短伸缩杆带动抓泥斗1旋转，使用时，先由垂向升降装置3将抓泥斗1插入至取样点，再由侧边升降装置22带动抓泥斗1向垂向升降装置3方向运动，超软土则从进样口9进入，并充满取样腔4，当抓泥斗1进样口9和出样口10朝上时，环形底板8、顶板7则构成了土样的挡泥板11，此时，通过垂向升降装置3将抓泥斗1提起，由于取样腔4中充满土样，取样腔4在上升过程中，进样口9和出样口10与外部的超软土形成压力平衡，外部的超软土无法通过进样口9和出样口10进入取样腔4，而上层的超软土则被顶板7和上承梁2隔离在外，因此上升段取样腔4内的超软土受到的扰动有限，可以保持相对完整的结构性，当抓泥斗1离开地面时，则迅速对抓泥斗1进行密封，其对取样腔4内的超软土的扰动有限且可控。在本实施例中，上述的超软土取样装置一般用于浅层超软土的取样。

在上述实施例中，参照图1和图2所示，超软土取样装置可以包括两个以垂向升降装置3为轴镜像对称的抓泥斗1，任一个抓泥斗1的进样口9为第一入口901，则另一个抓泥斗1的进样口9为第二入口902，第一入口901和第二入口902相对设置且过盈配合，即其中第一入口901外壁17尺寸等于第二入口902的内部尺寸，当第一入口901插入到第二入口902且过盈配合时可避免土样从第一入口901或第二入口902流出，在本实施例中，由于第一入口901和第二入口902的配合，以及增加抓泥斗1的数量均可以提高一次取样的土量。

参照图3、图5、图7所示，本发明的实施例2，包括柱状取样腔4，取样腔4四周包括前板5、后板6、底板8、顶板7以及取样腔4一端的进样口9和另一端的出样口10，进样口9和出样口10包括内壁12，内壁12上设有凹槽13，进样口9和出样口10上设有匹配的挡泥板11，挡泥板11外边缘上设有与凹槽13配合的凸条14，通过将所述挡泥板11插入或取出凹槽13中可使取样腔4封闭或开启。取样时，通过将静压入或外部升降装置将超软土取样装置缓慢压入超软土中，超软土取样装置到达预定深度后，通过外部的移动装置将超软土取样装置平移至取样点，在平移过程中，超软土通过进样口9进入取样腔4，通过平移将取样腔4中的土样置换成同深度的取样点土样，然后将挡泥板11插入凹槽13中，直至挡泥板11完全封闭进样口9和出样口10，此时取样腔4中的土样完全与外部隔离，通过外部升降装置提起超软土取样装置取得目标土样。在本实施例中，通过水平方向的平移，经进样口9取得目标土样并与土层封闭，因此不管是缓慢入土还是提起时，均不会对超软土土样造成扰动，而平移取样对取样腔4土样的扰动同样较小，在不对超软土土样结构性造成破坏的同时，可以准确确定取样点的位置和深度。

参照图4、图5、图7所示，上述实施例2中取样腔4可沿垂向方向设有多个分隔板15，分隔板15上可拆卸固定有取样盒16，可拆卸固定方式比如与分隔板15采用槽和凸块的卡接方式，取样盒16具有与进样口9连通的左开口161和与出样口10连通的右开口162，所述挡泥板11由多个用以封闭左开口161和右开口162的封口板111组成，封口板111可互相分离，也可以用易于拆分的方式组合在一起，比如封口板111之间通过触点连接。所述封口板111尺寸与左开口161和右开口162匹配，所述封口板111设有卡槽112，所述取样盒16的左开口161和右开口162的侧壁上设有与所述卡槽112配合的卡条163，当挡泥板11插入凹槽13时，卡条163同时卡入卡槽112，在本实施例中，取样腔4四周的前板5和后板6可采用可拆卸固定在底板8和顶板7上，比如螺栓连接。本实施例主要解决取得土样后，分割土样对超软土结构的扰动问题，通过在取样腔4中设置分隔板15，分隔板15上可拆卸的固定有具有左开口161和右开口162的取样盒16，取样时可以通过左开口161将样品存入取样盒16中，然后将易于分离的封口板111通过卡槽112和卡条163的卡接，将取样盒16的左开口161和右开口162封闭，取得土样后，先将取样腔4的前板5和后板6拆开，将取样盒16连同封口板111从分隔板15上拆下，做好标记并密封，密封方式包括用保鲜膜进行密封，可解决分割土样对超软土结构的扰动和破坏。

参照图6所示，上述实施例2中，取样腔4外壁17上设有长度刻度18，用以测量取样腔4进入的深度。

在上述实施例2中，参照图3、图4所示，取样腔4下面板连接锥形头19，连接方式可以包括螺纹螺接和卡接，也可以直接将锥形头19固定在取样腔4下面板上，锥形头19有利于在静压入或一定外界压力下进入超软土层。

在上述实施例2中，参照图6所示，还包括底座20，所述底座20上设有水平仪201，所述底座20上具有供超软土取样装置穿过的至少两个相距一定距离的导向部203，导向部203可以是活动连接在底座20上的可供超软土取样装置穿过的固定板或固定环，底座20上设有供导向部203平移的轨道202，导向部203的连线与地面垂直，导向部203可与电机21相连，电机21带动导向部203在轨道202上水平方向以相同速度、相同方向平移，在野外，为了方便采样，就近利用设备，导向部203也可以简易地采用吊机或其他工程机械做动力进行缓慢的平移，超软土取样装置也可以就近采用吊机、挖机等工程机械提供一定的压力或动力缓慢将超软土取样装置压入和提出超软土中。

本发明还公开了一种实施例1的取样装置的取样方法，包括以下步骤：

（1）选定取样工作区域，以超软土取样点为中心平整土地；

（2）将超软土取样装置垂直置于取样点上方，启动垂向升降装置3，将超软土取样装置缓慢压入地面，直至预定取样深度，停止垂向升降装置3；

（3）启动侧边升降装置22，使抓泥斗1向垂向升降装置3方向转动，至两抓泥斗1进样口9过盈配合停止侧边升降装置22；

（4）再次启动垂向升降装置3，向上以恒定速度缓慢提起抓泥斗1，直至抓泥斗1脱离地面后，对抓斗底部进行密封；

（5）将抓泥斗1平稳转移到人工装卸区域，回收抓泥斗1，抓泥斗1中的土样即为目标所取土样。

本发明还公开了一种实施例2的取样装置的取样方法，包括以下步骤：

（1）选定取样工作区域，以超软土取样点为中心平整土地，去除取样点一定距离内的硬土层，该距离一般为3到5米；

（2）利用水平仪201将底座20水平的置于取样点附近的硬质地面上，将超软土取样装置距离取样点一定距离并垂直置于底座20上，该距离一般为1到3米，采用静压入或通过外部升降装置将超软土取样装置缓慢压入去除硬土层后的软土层中，可以通过超软土取样装置上的长度刻度18读取入土深度，直至预定取样深度；

（3）用导向部203固定超软土取样装置，调整进样口9与轨道202方向一致，将超软土取样装置向取样点平移，直至超软土取样装置平移至预定取样点；

（4）将挡泥板11插入凹槽13中，卡条163插入卡槽112，直至挡泥板11将进样口9和出样口10完全封闭；

（5）向上提起超软土取样装置，直至完全离开地面；

（6）拆开超软土取样装置前板5、后板6，拆下取样盒16，做好标记，密封取样盒16，取样盒16中的土样即为不同深度的目标土样。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种超软土取样装置，其特征在于：包括取样腔，所述取样腔为柱状空腔，取样腔包括设在两端的进样口和出样口，所述取样腔可做垂向运动，且所述取样腔可作横向运动将超软土样从进样口输送至取样腔，所述取样腔设有阻挡超软土样流出的挡泥板，所述进样口和出样口包括内壁，内壁上设有凹槽，所述挡泥板的外边缘上设有与凹槽配合的凸条，通过将所述挡泥板插入或取出凹槽中可使取样腔封闭或开启；

所述取样腔沿垂向方向设有多个分隔板，分隔板上可拆卸固定有取样盒，所述取样盒具有与进样口连通的左开口和与出样口连通的右开口，所述挡泥板由多个用以封闭左开口和右开口的封口板组成，所述封口板设有卡槽，所述取样盒的左开口和右开口设有与所述卡槽配合的卡条，所述挡泥板插入凹槽时，所述卡条同时卡入卡槽；

还包括底座，所述底座上设有水平仪，所述底座上具有供超软土取样装置穿过的至少两个相距一定距离的固定部，所述固定部的连线与地面垂直，两个所述固定部活动连接在水平安装底座的轨道上。

2.根据权利要求1所述的一种超软土取样装置，其特征在于：所述取样腔外壁上设有长度刻度。

3.根据权利要求1或2所述的一种超软土取样装置，其特征在于：所述取样腔下面板连接锥形头。

4.一种权利要求2所述的一种超软土取样装置的采样方法，其特征在于：包括以下步骤：

（1）选定取样工作区域，以超软土取样点为中心平整土地，去除取样点中心一定距离内的硬土层；

（2）将底座水平的置于取样点上方地面上，将超软土取样装置距离取样点一定距离并垂直置于底座上，通过静压入或外部升降装置将超软土取样装置缓慢压入地面，通过超软土取样装置上的长度刻度读取入土深度，直至预定取样深度；

（3）用固定部固定超软土取样装置，调整进样口与轨道方向一致，向取样点平移，直至超软土取样装置平移至预定取样点；

（4）将挡泥板插入凹槽，卡条插入卡槽，直至挡板将进样口和出样口完全封闭；

（5）向上提起超软土取样装置，直至完全离开地面；

（6）拆开超软土取样装置前板和后板，拆下取样盒，做好标记，密封取样盒，取样盒中的土样即为不同深度的目标土样。

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