CN112663589A - 一种基坑底原状土大尺寸试样取样装置及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种基坑底原状土大尺寸试样取样装置及其使用方法,所述装置包括取样箱和切底框,所述取样箱下部具有开口端,所述切底框设于取样箱外部,且其底端部与开口端滑动抵接,用于闭合所述开口端,所述取样箱上部两端设有U形滑槽,所述切底框上部与U形滑槽相对应位置设有支撑条,且所述支撑条和U形滑槽插接连接。本发明利用基坑开挖创造的深度条件获得不同深度的原状土样,对土样自立性没有要求,适合各类砂土和黏土,特别是净砂土、软土等无法自立的土体取样。
Description
技术领域
本发明涉及岩土工程试验技术领域,具体而言,涉及一种基坑底原状土大尺寸试样取样装置及其使用方法。
背景技术
试验是岩土工程理论与工程实践研究的关键环节,岩土工程试验主要有单元试验、模型试验和原位试验三大类。其中,单元试验尺寸较小,只适合土体基本物理力学特性的测试。而针对具体的岩土工程问题,则需要模型试验和原位试验,但原位试验造价高、不可控因素多、试验场地难以找到,而模型试验在受控条件下开展有针对性的探究,能揭示工程问题的关键机理,成为当前试验研究的重要手段。无论是自然重力环境下的1g模型试验还是采用离心机的ng模型试验,模型箱中的土体是否能代表原位土体的力学特性成为试验结果可靠性的关键控制因素。
现有的模型箱中填充的都是分层填筑的重塑土,通过控制孔隙比、含水量、干密度等方法力图使其与原状土体具有相同的力学特性。但是大量理论研究表明,原状土体一般都具有不同程度的结构性,这是土体在自然条件下经长期自然作用形成的内在结构,是短期内在实验室内无法形成的。一般模型箱三个维度的尺寸在1-2米范围,土方量在1-8立方米范围。如何获得供模型试验使用的大尺寸块体试样成为一个难题。
公开号为CN111795853A的中国发明专利“适用于全风化地层的土体取样装置及方法”、公开号为CN111638085A的中国发明专利“一种探井土体取样器”公开号为CN110261168A的中国发明专利“一种地质勘查岩土体取样装置及取样方法”等一系列既有解决方案均是基于钻孔、钻井取样,适合获取圆柱形试样,且试样尺寸较小。公开号为CN106400770A的中国发明专利“土体取样装置、土体取样系统及土体取样方法”提供了一种块体试样取样方法,但该方法先在基坑侧壁插入底板,然后挖除底板范围外的土体并只保留一个块体状土块,最后套上土样盒,该方法要求原状土能够自立,不适合砂土、软土等土体。
目前尚无技术方案能够获得不同深度、多类型土体的微扰动原状大块体试样。随着大规模地下空间开发建设,大量深大基坑出现,深基坑的开挖为深部原状土的获取提供了条件。
发明内容
鉴于上述问题,本发明提供了一种基坑底原状土大尺寸试样取样装置及其使用方法,利用基坑开挖创造的深度条件获得不同深度的原状土样,对土样自立性没有要求,适合各类砂土和黏土,特别是净砂土、软土等无法自立的土体取样。
为解决上述技术问题,本发明采用的技术方案是:
第一方面,本发明提供了一种基坑底原状土大尺寸试样取样装置,包括取样箱和切底框,所述取样箱下部具有开口端,所述切底框设于取样箱外部,且其底端部与开口端滑动抵接,用于闭合所述开口端,所述取样箱上部两端设有U形滑槽,所述切底框上部与U形滑槽相对应位置设有支撑条,且所述支撑条和U形滑槽插接连接。
作为优选方案,所述取样箱包括第一侧板和第二侧板,两相对设置的所述第一侧板和两相对设置的第二侧板围设成矩形框体,所述第一侧板和第二侧板底端面具有高度差,所述切底框底端上表面开设有底部凹槽,且所述底部凹槽的深度与高度差相等,以使所述第二侧板底端部嵌入底部凹槽中。
作为优选方案,两所述第一侧板之间和/或两所述第二侧板之间固定连接有第一加固条,所述矩形框体四角固定设置有加固三角板。
作为优选方案,所述第一侧板底端部和第二侧板底端部设有第一刃口。
作为优选方案,所述切底框包括一底板和两相对设置的第三侧板,两所述第三侧板底端部固设于底板上,且两所述第三侧板同侧端部固定连接有多个第二加固条。
作为优选方案,远离所述第二加固条一侧的底板侧端部和第三侧板侧端部均设有第二刃口。
作为优选方案,所述U形滑槽上开设有第一吊装孔和多个第一螺栓孔,所述支撑条上开设有与第一吊装孔相对应的第二吊装孔和与所述第一螺栓孔相对应的第二螺栓孔。
第二方面,本发明提供了一种根据上述任一项所述的基坑底原状土大尺寸试样取样装置的使用方法,包括如下步骤:
步骤一、采用挖土机在基坑底部距离目标取土区域1.5-3m之外的区域开挖斜坡,形成取土区域临空面;
步骤二、采用吊车将取样箱吊送至目标取土区域并平稳安放;
步骤三、采用吊车将压重混凝土块吊送至取样箱顶部并居中摆放,压重混凝土块的长度大于取样箱的宽度,每吊送一块压重混凝土块后观察取样箱沉入土中的深度并等待沉入稳定;
步骤四、重复步骤三,直至取样箱顶部与目标取土区域基坑底部平齐,采用吊车移除压重混凝土块;
步骤五、采用挖机和人工相结合的方法将取样箱四周的土体挖除,形成稳定平台;
步骤六、采用吊车将切底框吊送至由步骤五土方开挖形成的平台上并平稳安放;
步骤七、在吊车辅助下,将切底框一端抵近取样箱,并使取样箱的两第二侧板底端部卡入切底框的底部凹槽中,同时将切底框的支撑条卡入取样箱的U形滑槽中;
步骤八、利用挖土机抓斗的运动使切底框向取样箱推动直至二者完全卡合,采用螺栓穿过第一螺栓孔和第二螺栓孔将切底框和取样箱固定连接,形成组合体;
步骤九、采用吊车将组合体吊升至地面完成取样。
作为优选方案,所述步骤三中,采用吊车将压重混凝土块吊送至取样箱顶部的过程中,逐步释放钢丝绳,并密切观察取样箱下沉速度和斜坡响应,通过控制钢丝绳的释放速度将取样箱的下沉速度控制在10cm/min以内。
作为优选方案,若斜坡出现土体松动滑落时,则立即移除压重混凝土块,增大取土区域与斜坡顶的距离,重新取样。
与现有技术相比,本发明的有益效果包括:
1.利用基坑开挖创造的深度条件获得不同深度的原状土样,避免了为获取原状土样而专门进行昂贵的深开挖。
2.对土样自立性没有要求,适合各类砂土和黏土,特别是净砂土、软土等无法自立的土体。
3.取样操作可方便利用工程建设既有的吊车、挖土机等设备配合,操作简便。
附图说明
参照附图来说明本发明的公开内容。应当了解,附图仅仅用于说明目的,而并非意在对本发明的保护范围构成限制。在附图中,相同的附图标记用于指代相同的部件。其中:
图1为本发明实施例的基坑底原状土大尺寸试样取样装置的结构示意图;
图2为本发明实施例的取样箱的结构示意图;
图3为图2中A处的局部放大示意图;
图4为本发明实施例的切底框的结构示意图;
图5为图4中B处的局部放大示意图;
图6为本发明实施例的切底框另一视角的结构示意图;
图7为图6中C处的局部放大示意图;
图8为本发明实施例的基坑底原状土大尺寸试样取样装置的使用方法的步骤一示意图;
图9为本发明实施例的基坑底原状土大尺寸试样取样装置的使用方法的步骤二示意图;
图10为本发明实施例的基坑底原状土大尺寸试样取样装置的使用方法的步骤三示意图;
图11为本发明实施例的基坑底原状土大尺寸试样取样装置的使用方法的步骤五示意图;
图12为本发明实施例的基坑底原状土大尺寸试样取样装置的使用方法的步骤六示意图;
图13为本发明实施例的基坑底原状土大尺寸试样取样装置的使用方法的步骤八示意图;
图14为本发明实施例的基坑底原状土大尺寸试样取样装置的使用方法的步骤九示意图。
图中标号:100取样箱、200切底框、1第一侧板、2第二侧板、3U形滑槽、4第一加固条、5加固三角板、6第一吊装孔、7第一螺栓孔、8第三侧板、9底板、10支撑条、11第二加固条、12、第二吊装孔、13第二螺栓孔、14底部凹槽、15第一刃口、16第二刃口、17钢丝绳、18压重混凝土块。
具体实施方式
容易理解,根据本发明的技术方案,在不变更本发明实质精神下,本领域的一般技术人员可以提出可相互替换的多种结构方式以及实现方式。因此,以下具体实施方式以及附图仅是对本发明的技术方案的示例性说明,而不应当视为本发明的全部或者视为对本发明技术方案的限定或限制。
根据本发明的一实施方式结合图1至7示出。本发明提供了一种基坑底原状土大尺寸试样取样装置,包括取样箱100和切底框200,取样箱100下部具有开口端,切底框200设于取样箱100外部,且其底端部与开口端滑动抵接,用于闭合开口端,取样箱100上部两端设有U形滑槽3,切底框200上部与U形滑槽3相对应位置设有支撑条10,且支撑条10和U形滑槽3插接连接。
为了使切底框200与取样箱100卡合严密,切底框200内侧边界宽度略大于取样箱100外侧边界宽度,切底框200的支撑条10外边界尺寸略小于U形滑槽3的内边界尺寸,使得支撑条10可以卡入U形滑槽3中。
具体的,取样箱100包括第一侧板1和第二侧板2,两相对设置的第一侧板1和两相对设置的第二侧板2围设成矩形框体,第一侧板1和第二侧板2之间通过螺栓固定连接。第一侧板1和第二侧板2底端面具有高度差,切底框200底端上表面开设有底部凹槽14,且底部凹槽14的深度与高度差相等,以使第二侧板2底端部嵌入底部凹槽14中,切底框200与取样箱100卡合严密。
两第一侧板1之间和/或两第二侧板2之间固定连接有第一加固条4,矩形框体四角固定设置有加固三角板5。
为了便于取样箱100沉入土体中,取样箱100的第一侧板1底端部和第二侧板2底端部设有第一刃口15。
本发明实施例中,切底框200包括一底板9和两相对设置的第三侧板8,两第三侧板8底端部通过焊接固设于底板9上,且两第三侧板8同侧端部通过焊接固定连接有多个第二加固条11。
为了减小切底框200与取样箱100卡合过程中切底框200受到的土体阻力,在远离第二加固条11一侧的底板9侧端部和第三侧板8侧端部均设有第二刃口16。
U形滑槽3上开设有第一吊装孔6和多个第一螺栓孔7,支撑条10上开设有与第一吊装孔6相对应的第二吊装孔12和与第一螺栓孔7相对应的第二螺栓孔13。一具体实施例中,每个U形滑槽3上的第一吊装孔6数量为2个,第一螺栓孔7数量为4个,相应的,每个支撑条10上的第二吊装孔12数量为2个,第二螺栓孔13数量为4个。
在切底框200与取样箱100完全卡合后,采用螺栓穿过第一螺栓孔7和第二螺栓孔13进行连接形成组合体,采用钢丝绳17穿过第一吊装孔6和第二吊装孔12进行吊装。
如图8-14所示,本发明提供了一种基坑底原状土大尺寸试样取样装置的使用方法,包括如下步骤:
步骤一、采用挖土机在基坑底部距离目标取土区域1.5-3m之外的区域开挖斜坡,形成取土区域临空面。优选为,在基坑底部距离目标取土区域2m之外的区域开挖斜坡。
步骤二、采用吊车将取样箱100吊送至目标取土区域并平稳安放,吊送时采用四点起吊法,钢丝绳17穿过取样箱100上的四个第一吊装孔6。
步骤三、采用吊车将压重混凝土块18吊送至取样箱100顶部并居中摆放,压重混凝土块18的长度大于取样箱100的宽度,每吊送一块压重混凝土块18后观察取样箱100沉入土中的深度并等待沉入稳定。
步骤四、重复步骤三,直至取样箱100顶部与目标取土区域基坑底部平齐,采用吊车移除压重混凝土块18。
步骤五、采用挖机和人工相结合的方法将取样箱100四周的土体挖除,形成稳定平台。
步骤六、采用吊车将切底框200吊送至由步骤五土方开挖形成的平台上并平稳安放。
步骤七、在吊车辅助下,将切底框200一端抵近取样箱100,并使取样箱100的两第二侧板2底端部卡入切底框200的底部凹槽14中,同时将切底框200的支撑条10卡入取样箱100的U形滑槽3中。吊送时采用四点起吊法,钢丝绳17穿过切底框200上的四个第二吊装孔12。
步骤八、利用挖土机抓斗的运动使切底框200向取样箱100推动直至二者完全卡合,采用螺栓穿过第一螺栓孔7和第二螺栓孔13将切底框200和取样箱100固定连接,形成组合体。
步骤九、采用吊车将组合体吊升至地面完成取样。吊升时采用四点起吊法,每根钢丝绳17贯穿切底框200上的第二吊装孔12和与之相应的取样箱100上的第一吊装孔6。
进一步的,在步骤一、步骤五中土方开挖形成斜坡,需保证斜坡本身的稳定性。
更进一步的,在步骤三中,采用吊车将压重混凝土块18吊送至取样箱100顶部的过程中,逐步释放钢丝绳17,并密切观察取样箱100下沉速度和斜坡响应,通过控制钢丝绳17的释放速度将取样箱100的下沉速度控制在10cm/min以内。若斜坡出现土体松动滑落时,则立即移除压重混凝土块18,增大取土区域与斜坡顶的距离,重新取样。
综上所述,本发明公开了一种基坑底原状土大尺寸试样取样装置及其使用方法,其有益效果包括:利用基坑开挖创造的深度条件获得不同深度的原状土样,避免了为获取原状土样而专门进行昂贵的深开挖;对土样自立性没有要求,适合各类砂土和黏土,特别是净砂土、软土等无法自立的土体;取样操作可方便利用工程建设既有的吊车、挖土机等设备配合,操作简便。
本发明的技术范围不仅仅局限于上述说明中的内容,本领域技术人员可以在不脱离本发明技术思想的前提下,对上述实施例进行多种变形和修改,而这些变形和修改均应当属于本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种基坑底原状土大尺寸试样取样装置,其特征在于,包括取样箱和切底框,所述取样箱下部具有开口端,所述切底框设于取样箱外部,且其底端部与开口端滑动抵接,用于闭合所述开口端,所述取样箱上部两端设有U形滑槽,所述切底框上部与U形滑槽相对应位置设有支撑条,且所述支撑条和U形滑槽插接连接。
2.根据权利要求1所述的基坑底原状土大尺寸试样取样装置,其特征在于,所述取样箱包括第一侧板和第二侧板,两相对设置的所述第一侧板和两相对设置的第二侧板围设成矩形框体,所述第一侧板和第二侧板底端面具有高度差,所述切底框底端上表面开设有底部凹槽,且所述底部凹槽的深度与高度差相等,以使所述第二侧板底端部嵌入底部凹槽中。
3.根据权利要求2所述的基坑底原状土大尺寸试样取样装置,其特征在于,两所述第一侧板之间和/或两所述第二侧板之间固定连接有第一加固条,所述矩形框体四角固定设置有加固三角板。
4.根据权利要求2所述的基坑底原状土大尺寸试样取样装置,其特征在于,所述第一侧板底端部和第二侧板底端部设有第一刃口。
5.根据权利要求1所述的基坑底原状土大尺寸试样取样装置,其特征在于,所述切底框包括一底板和两相对设置的第三侧板,两所述第三侧板底端部固设于底板上,且两所述第三侧板同侧端部固定连接有多个第二加固条。
6.根据权利要求5所述的基坑底原状土大尺寸试样取样装置,其特征在于,远离所述第二加固条一侧的底板侧端部和第三侧板侧端部均设有第二刃口。
7.根据权利要求1所述的基坑底原状土大尺寸试样取样装置,其特征在于,所述U形滑槽上开设有第一吊装孔和多个第一螺栓孔,所述支撑条上开设有与第一吊装孔相对应的第二吊装孔和与所述第一螺栓孔相对应的第二螺栓孔。
8.一种如根据权利要求1至7任一项所述的基坑底原状土大尺寸试样取样装置的使用方法,其特征在于,包括如下步骤:
步骤一、采用挖土机在基坑底部距离目标取土区域1.5-3m之外的区域开挖斜坡,形成取土区域临空面;
步骤二、采用吊车将取样箱吊送至目标取土区域并平稳安放;
步骤三、采用吊车将压重混凝土块吊送至取样箱顶部并居中摆放,压重混凝土块的长度大于取样箱的宽度,每吊送一块压重混凝土块后观察取样箱沉入土中的深度并等待沉入稳定;
步骤四、重复步骤三,直至取样箱顶部与目标取土区域基坑底部平齐,采用吊车移除压重混凝土块;
步骤五、采用挖机和人工相结合的方法将取样箱四周的土体挖除,形成稳定平台;
步骤六、采用吊车将切底框吊送至由步骤五土方开挖形成的平台上并平稳安放;
步骤七、在吊车辅助下,将切底框一端抵近取样箱,并使取样箱的两第二侧板底端部卡入切底框的底部凹槽中,同时将切底框的支撑条卡入取样箱的U形滑槽中;
步骤八、利用挖土机抓斗的运动使切底框向取样箱推动直至二者完全卡合,采用螺栓穿过第一螺栓孔和第二螺栓孔将切底框和取样箱固定连接,形成组合体;
步骤九、采用吊车将组合体吊升至地面完成取样。
9.根据权利要求8所述的基坑底原状土大尺寸试样取样装置的使用方法,其特征在于,所述步骤三中,采用吊车将压重混凝土块吊送至取样箱顶部的过程中,逐步释放钢丝绳,并密切观察取样箱下沉速度和斜坡响应,通过控制钢丝绳的释放速度将取样箱的下沉速度控制在10cm/min以内。
10.根据权利要求8所述的基坑底原状土大尺寸试样取样装置的使用方法,其特征在于,若斜坡出现土体松动滑落时,则立即移除压重混凝土块,增大取土区域与斜坡顶的距离,重新取样。
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