CN113281094A - 一种原状砂土的取样固化系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种原状砂土的取样固化系统及方法，包括取样支架、取样管、渗透筒、存贮筒和固化烘箱，固化烘箱用于固化原状砂样；取样管顶部具有顶部管口，取样管底部具有底部管口，取样支架包括立杆组件和U型抱夹组件，立杆组件包括两个立杆，两个立杆底部之间固定连接有承载钢片，两个立杆顶端之间通过螺钉连接有横杆，取样管配合装配于U型抱夹组件上；渗透筒内部安装有透孔支架，存贮筒底部与渗透筒底部之间连通有连接管。本发明取样管的底部管口垂直插入砂土中，然后通过取样支架的承载钢片进行截断取样，便捷移动作业；通过配置好的温敏树脂对取出的原状砂样孔隙进行填充并固化处理，从而得到不受扰动影响、且长久保存的原状砂土样本。
Description
技术领域
本发明涉及岩土工程土工试验技术领域，尤其涉及一种原状砂土的取样固化系统及方法。
背景技术
原状砂土和重塑砂土在力学性质上有显著的差异，为了更好的了解自然界砂土内部细观组构特征及其影响，需要对原状砂土进行取样和样品保存。然而，在深埋、松散、流动、风化的砂层中采取原状样，以及原状样品的长期保存一直是一个尚存的技术难题。目前，针对于原状砂土的采样和保存，大多都是使用原状取砂器取出砂土，然后将试样放入贮有干冰的保湿筒内冷冻，在冻结状态下把试样运回实验室，并放在低温柜中保存。这种方法在整个过程中操作不便利，且冷冻的过程容易使原状砂土冻胀，并破坏原始的内部结构；同时在室内岩土细观试验分析时，还需对原状砂样进行切削等前处理工作，砂样会解冻，也容易导致砂样变形。因此，现有的装置不能有效的为砂土细观试验提供不怕扰动、且能任意切削并可长时间保存的原状砂土样本。
发明内容
针对现有技术存在的不足之处，本发明的目的在于提供一种原状砂土的取样固化系统及方法，能够便捷有效地将原状砂土从现场取出后，采用温敏树脂对其进行固化处理，可为自然状态下原状砂土的采集，以及天然砂土的室内细观试验研究提供不受扰动影响、且能长久保存的样本。
本发明的目的通过下述技术方案实现：
一种原状砂土的取样固化系统，包括取样支架、取样管、渗透筒、存贮筒和固化烘箱，所述固化烘箱用于固化原状砂样；所述取样管顶部具有顶部管口，取样管底部具有底部管口，所述取样支架包括立杆组件和安装于立杆组件上的U型抱夹组件，立杆组件包括两个相互平行设置的立杆，两个立杆底部之间固定连接有承载钢片，两个立杆顶端之间通过螺钉连接有横杆，取样管配合装配于U型抱夹组件上；所述渗透筒内部安装有透孔支架，取样支架、取样管均对应置于渗透筒中的透孔支架上；所述存贮筒底部与渗透筒底部之间连通有连接管，所述连接管上安装有阀门；所述存贮筒的筒底高度高于渗透筒的筒底高度。
为了更好地实现本发明取样固化系统，本发明还包括进水管和出水管，所述渗透筒底部设有渗透筒底座，所述进水管依次贯穿渗透筒底座、渗透筒底部筒壁；所述存贮筒底部设有存贮筒底座，所述出水管依次贯穿存贮筒底座、存贮筒底部筒壁，所述连接管连通设于进水管与出水管之间。
根据本发明取样固化系统一个优选的实施例，所述U型抱夹组件包括呈上下布置的上U型夹和下U型夹，所述上U型夹通过若干个上固定螺钉可拆卸式连接于两个立杆之间，上U型夹具有与取样管相配合的U型卡槽A。
根据本发明取样固化系统一个优选的实施例，所述下U型夹通过若干个下固定螺钉可拆卸式连接于两个立杆之间，下U型夹具有与取样管相配合的U型卡槽B。
根据本发明取样固化系统一个优选的实施例，所述渗透筒底座底部支撑设有若干底座支撑柱A，所述存贮筒底座底部支撑设有若干底座支撑柱B，底座支撑柱B的高度高于底座支撑柱A的高度。
根据本发明取样固化系统一个优选的实施例，所述进水管置于渗透筒内部的管口处设有滤网A，所述出水管置于存贮筒内部的管口处设有滤网B。
根据本发明取样固化系统一个优选的实施例，所述立杆由至少两个立杆单元螺纹连接组合而成，所述取样管由薄壁硬质透明材料制造。
一种原状砂土的取样固化方法，其方法如下：
A、选取未扰动的地区，挖开表层砂土，再向下挖20～30cm，开始取样；使用刮刀刮平砂土表面，将取样管的底部管口垂直并小心缓慢压入砂土中，用取样管取原状砂样，压入深度即为取样高度；
B、采用薄片刀轻轻刮开取样管周围的砂土，将取样支架的承载钢片置于底部管口正下方，然后将取样支架底部的承载钢片紧贴于取样管的底部，水平缓慢推入取样支架，使承载钢片将原状砂样切断，同时取样支架上的上U型夹与下U型夹正好分别弹性抱箍住取样管外部；取样管通过上U型夹、下U型夹与取样支架组合为一整体；垂直提起取样支架、取样管和管中的原状砂样，将取样支架、取样管和原状砂样整体置于渗透筒中的透孔支架上；
C、调配好温敏树脂，温敏树脂的粘度≤5mpa·s，关闭阀门，将调配好的温敏树脂倒入存贮筒中；打开阀门，使存贮筒中的温敏树脂流入到渗透筒中，同时让存贮筒中的温敏树脂的液面高于渗透筒中的温敏树脂的液面，存贮筒中的温敏树脂的液面与渗透筒中的温敏树脂的液面形成高差H，0m<H≤0.5m，用阀门来控制温敏树脂的流速，使进入渗透筒中的温敏树脂经过取样管的底部管口缓慢渗入取样管中原状砂样的孔隙中；
D、待温敏树脂完全浸没取样管中的原状砂样中，原状砂样中无气泡逸出，再静置时间h；提起取样支架、取样管整体，将装载有原状砂样的取样管放入平铺有铝箔纸的盘中，然后将取样管从取样支架上小心拆卸取下并平推至盘中；
E、将取样管和盘一并放入固化烘箱中烘烤固化，固化烘箱中的温度控制在63～67℃，将原状砂样烘至固化之后取出；剪开取样管，取出固化后的原状砂样。
本发明取样固化方法优选的技术方案如下：所述温敏树脂由BH-653树脂、H-519固化剂、水按照1:1:8的比例调制而成，其温敏树脂的粘度为2.5mpa·s。
本发明较现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
(1)本发明将取样管的底部管口插入砂土中取样，然后通过取样支架的承载钢片进行截裁取样，取样后的取样管与取样支架构成一个整体，便于进行移动作业；通过配置好的温敏树脂对取样后的原状砂样孔隙进行填充并固化处理，这样就能得到不受扰动影响、且能长久保存的砂土样本。
(2)本发明能够便捷有效地将原状砂土从现场取出后，采用温敏树脂对其进行固化处理，可为自然状态下原状砂土样品采集，以及天然砂土的室内细观试验研究提供不受扰动影响、且能长久保存的样本。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本实施例取样管的结构示意图；
图3为本实施例取样支架的结构示意图；
图4为图3俯视方向的结构示意图；
图5为图3中下U型夹的结构示意图；
图6为本实施例CT扫描试验提取的原状砂样切片实物图。
其中，附图中的附图标记所对应的名称为：
1－螺钉，2－横杆，3－渗透筒，4－上U型夹，5－下U型夹，6－承载钢片，7－透孔支架，8－渗透筒底座，9－滤网A，10－底座支撑柱A，11－立杆，12－连接螺钉，13－取样管，131－顶部管口,132－底部管口，14－原状砂样，15－上固定螺钉，16－下固定螺钉，17－阀门，18－进水管，19－存贮筒，20－温敏树脂，21－滤网B，22－出水管，23－存贮筒底座，24－底座支撑柱B，25－连接管。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明：
实施例
如图1～图6所示，一种原状砂土的取样固化系统，包括取样支架、取样管13、渗透筒3、存贮筒19和固化烘箱，固化烘箱用于固化原状砂样。取样管13顶部具有顶部管口131，取样管13底部具有底部管口132，取样支架包括立杆组件和安装于立杆组件上的U型抱夹组件，立杆组件包括两个相互平行设置的立杆11，两个立杆11底部之间固定连接有承载钢片6，两个立杆11顶端之间通过螺钉1连接有横杆2，取样管13配合装配于U型抱夹组件上。渗透筒3内部安装有透孔支架7，取样支架、取样管13均对应置于渗透筒3中的透孔支架7上。存贮筒19底部与渗透筒3底部之间连通有连接管25，连接管25上安装有阀门17。存贮筒19的筒底高度高于渗透筒3的筒底高度。
如图1所示，本发明取样固化系统还包括进水管18和出水管22，渗透筒3底部设有渗透筒底座8，进水管18依次贯穿渗透筒底座8、渗透筒3底部筒壁。存贮筒19底部设有存贮筒底座23，出水管22依次贯穿存贮筒底座23、存贮筒19底部筒壁，连接管25连通设于进水管18与出水管22之间。
如图1、图3～图5所示，U型抱夹组件包括呈上下布置的上U型夹4和下U型夹5，上U型夹4通过若干个上固定螺钉15可拆卸式连接于两个立杆11之间，上U型夹4具有与取样管13相配合的U型卡槽A。下U型夹5通过若干个下固定螺钉16可拆卸式连接于两个立杆11之间，下U型夹5具有与取样管13相配合的U型卡槽B。
如图1所示，渗透筒底座8底部支撑设有若干底座支撑柱A10，存贮筒底座23底部支撑设有若干底座支撑柱B24，底座支撑柱B24的高度高于底座支撑柱A10的高度。进水管18置于渗透筒3内部的管口处设有滤网A9，出水管22置于存贮筒19内部的管口处设有滤网B21。
立杆11由至少两个立杆单元螺纹连接组合而成如图1、图3所示，立杆11由两个立杆单元通过连接螺栓12连接组合而成，取样管13由薄壁硬质透明材料制造且可方便剪切。
一种原状砂土的取样固化方法，其方法如下：
A、选取未扰动的地区，挖开表层砂土，再向下挖20～30cm，开始取样。使用刮刀刮平砂土表面，将取样管13的底部管口132垂直并小心缓慢压入砂土中，取样管13取原状砂样14，压入深度即为取样高度。
B、采用薄片刀轻轻刮开取样管13周围的砂土，将取样支架的承载钢片6置于底部管口132正下方，然后将取样支架底部的承载钢片6紧贴于取样管13的底部，水平缓慢推入取样支架，使承载钢片6将原状砂样14切断，同时取样支架上的上U型夹4与下U型夹5正好分别弹性抱箍住取样管13外部。取样管13通过上U型夹4、下U型夹5与取样支架组合为一整体。垂直提起取样支架、取样管13和管中的原状砂样14，将取样支架、取样管13和原状砂样14整体置于渗透筒3中的透孔支架7上。
C、调配好温敏树脂20，温敏树脂20的粘度≤5mpa·s，关闭阀门17，将调配好的温敏树脂20倒入存贮筒19中。打开阀门17，使存贮筒19中的温敏树脂20缓慢流入到渗透筒3中，同时让存贮筒19中的温敏树脂20的液面高于渗透筒3中的温敏树脂20的液面，存贮筒19中的温敏树脂20的液面与渗透筒3中的温敏树脂20的液面形成高差H，用阀门17来控制温敏树脂20的流速，使进入渗透筒3中的温敏树脂20经过取样管13的底部管口132缓慢渗入取样管13中原状砂样14的孔隙中。
D、待温敏树脂20完全浸没取样管13中的原状砂样14，原状砂样14中无气泡逸出，再静置时间h。提起取样支架、取样管13整体，将装载有原状砂样14的取样管13放入平铺有铝箔纸的盘中，然后将取样管13从取样支架上小心拆卸取下并平推至盘中。
E、将取样管13和盘一并放入固化烘箱中加温固化，固化烘箱中的温度控制在63～67℃，将原状砂样14烘至固化之后取出。剪开取样管13，取出固化后的原状砂样14。
实施例一
一种原状砂土的取样固化方法，其方法如下：
A、按照图1所示连接好取样固化系统，选取未扰动的地区，挖开表层砂土，再向下挖20～30cm，开始取样。使用刮刀刮平砂土表面，将取样管13的底部管口132垂直并小心缓慢压入砂土中，取样管13取原状砂样14，压入深度即为取样高度，其压入深度根据试验具体要求确定。
B、采用薄片刀轻轻刮开取样管13周围的砂土，将取样支架的承载钢片6置于底部管口132正下方，然后将取样支架底部的承载钢片6紧贴于取样管13的底部，水平缓慢推入取样支架，使承载钢片6将原状砂样14切断，同时取样支架上的上U型夹4与下U型夹5正好分别弹性抱箍住取样管13外部。取样管13通过上U型夹4、下U型夹5与取样支架组合为一整体。垂直提起取样支架、取样管13和管中原状砂样14，将取样支架、取样管13和原状砂样14整体置于渗透筒3中的透孔支架7上。
C、调配好温敏树脂20，温敏树脂20的粘度为5mpa·s，关闭阀门17，将调配好的温敏树脂20倒入存贮筒19中。打开阀门17，使存贮筒19中的温敏树脂20缓慢流入到渗透筒3中，同时让存贮筒19中的温敏树脂20的液面高于渗透筒3中的温敏树脂20的液面，存贮筒19中的温敏树脂20的液面与渗透筒3中的温敏树脂20的液面形成高差H，0m<H≤0.5m，高差H优选为15cm，用阀门17来控制温敏树脂20的流速，使进入渗透筒3中的温敏树脂20经过取样管13的底部管口132缓慢渗入取样管13中原状砂样14的孔隙中。
D、待温敏树脂20完全浸没取样管13中的原状砂样14，原状砂样14中无气泡逸出，再静置不少于30min。提起取样支架、取样管13整体，将装载有原状砂样14的取样管13放入平铺有铝箔纸的盘中，然后将取样管13从取样支架上小心拆卸取下并平推至盘中。
E、将取样管13和盘一并放入固化烘箱中加温固化，固化烘箱中的温度控制在65℃，将原状砂样14烘至固化之后取出。剪开取样管13，取出固化后的原状砂样14。
实施例二
一种原状砂土的取样固化方法，其方法如下：
A、选取未扰动的地区，挖开表层砂土，再向下挖20～30cm，开始取样。使用刮刀刮平砂土表面，将取样管13的底部管口132垂直并小心缓慢压入砂土中(取样管13的管壁厚度为0.5mm，其取样管13的内径为59mm)，取样管13取原状砂样14(粉细砂)，压入深度为3～4cm。
B、采用薄片刀轻轻刮开取样管13周围的砂土，待取样支架的承载钢片6(承载钢片6采用厚度为0.2mm的不锈钢304薄钢片)置于底部管口132正下方，然后将取样支架底部的承载钢片6紧贴于取样管13的底部，水平缓慢推入取样支架，使承载钢片6将原状砂样14切断，同时取样支架上的上U型夹4与下U型夹5正好分别弹性抱箍住取样管13外部。取样管13通过上U型夹4、下U型夹5与取样支架组合为一整体。垂直提起取样支架、取样管13和管中原状砂样14，将取样支架、取样管13和原状砂样14整体置于渗透筒3中的透孔支架7上。
C、调配好温敏树脂20，本实施例温敏树脂20由BH-653树脂、H-519固化剂、水按照1:1:8的比例调制而成，其温敏树脂20的粘度为2.5mpa·s。关闭阀门17，将调配好的温敏树脂20倒入存贮筒19中。打开阀门17，使存贮筒19中的温敏树脂20缓慢流入到渗透筒3中，同时让存贮筒19中的温敏树脂20的液面高于渗透筒3中的温敏树脂20的液面，存贮筒19中的温敏树脂20的液面与渗透筒3中的温敏树脂20的液面形成高差H，高差H为15cm，用阀门17来控制温敏树脂20的流速，使进入渗透筒3中的温敏树脂20经过取样管13的底部管口132缓慢渗入取样管13中原状砂样14的孔隙中。
D、待温敏树脂20完全浸没取样管13中的原状砂样14，原状砂样14中无气泡逸出，再静置时间h。提起取样支架、取样管13整体，将装载有原状砂样14的取样管13放入平铺有铝箔纸的盘中，然后将取样管13从取样支架上小心拆卸取下并平推至盘中。
E、将取样管13和盘一并放入固化烘箱中加温固化，固化烘箱中的温度控制在63～67℃，将原状砂样14烘至固化之后取出。剪开取样管13，取出固化后的原状砂样14。将原状砂样14线切割制成直径为12.7mm，高为15mm的圆柱样品，将切割后的圆柱样品放入CT扫描设备中，开展CT扫描试验，获取其细观组构信息，用于提取原状砂样14细观组构信息的CT细观扫描切片如图6所示。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种原状砂土的取样固化系统，其特征在于：包括取样支架、取样管（13）、渗透筒（3）、存贮筒（19）和固化烘箱，所述固化烘箱用于固化原状砂样；所述取样管（13）顶部具有顶部管口（131），取样管（13）底部具有底部管口（132），所述取样支架包括立杆组件和安装于立杆组件上的U型抱夹组件，立杆组件包括两个相互平行设置的立杆（11），两个立杆（11）底部之间固定连接有承载钢片（6），两个立杆（11）顶端之间通过螺钉（1）连接有横杆（2），取样管（13）配合装配于U型抱夹组件上；所述渗透筒（3）内部安装有透孔支架（7），取样支架、取样管（13）均对应置于渗透筒（3）中的透孔支架（7）上；所述存贮筒（19）底部与渗透筒（3）底部之间连通有连接管（25），所述连接管（25）上安装有阀门（17）；所述存贮筒（19）的筒底高度高于渗透筒（3）的筒底高度。
2.按照权利要求1所述的一种原状砂土的取样固化系统，其特征在于：还包括进水管（18）和出水管（22），所述渗透筒（3）底部设有渗透筒底座（8），所述进水管（18）依次贯穿渗透筒底座（8）、渗透筒（3）底部筒壁；所述存贮筒（19）底部设有存贮筒底座（23），所述出水管（22）依次贯穿存贮筒底座（23）、存贮筒（19）底部筒壁，所述连接管（25）连通设于进水管（18）与出水管（22）之间。
3.按照权利要求1所述的一种原状砂土的取样固化系统，其特征在于：所述U型抱夹组件包括呈上下布置的上U型夹（4）和下U型夹（5），所述上U型夹（4）通过若干个上固定螺钉（15）可拆卸式连接于两个立杆（11）之间，上U型夹（4）具有与取样管（13）相配合的U型卡槽A。
4.按照权利要求3所述的一种原状砂土的取样固化系统，其特征在于：所述下U型夹（5）通过若干个下固定螺钉（16）可拆卸式连接于两个立杆（11）之间，下U型夹（5）具有与取样管（13）相配合的U型卡槽B。
5.按照权利要求2所述的一种原状砂土的取样固化系统，其特征在于：所述渗透筒底座（8）底部支撑设有若干底座支撑柱A（10），所述存贮筒底座（23）底部支撑设有若干底座支撑柱B（24），底座支撑柱B（24）的高度高于底座支撑柱A（10）的高度。
6.按照权利要求2或5所述的一种原状砂土的取样固化系统，其特征在于：所述进水管（18）置于渗透筒（3）内部的管口处设有滤网A（9），所述出水管（22）置于存贮筒（19）内部的管口处设有滤网B（21）。
7.按照权利要求1所述的一种原状砂土的取样固化系统，其特征在于：所述立杆（11）由至少两个立杆单元螺纹连接组合而成，所述取样管（13）由薄壁硬质透明材料制造。
8.一种原状砂土的取样固化方法，其特征在于：其方法如下：
A、选取未扰动的地区，挖开表层砂土，再向下挖20～30cm，开始取样；使用刮刀刮平砂土表面，将取样管（13）的底部管口（132）垂直并小心缓慢压入砂土中，用取样管（13）取原状砂样（14），压入深度即为取样高度；
B、采用薄片刀轻轻刮开取样管（13）周围的砂土，将取样支架底部的承载钢片（6）置于底部管口（132）正下方，然后紧贴于取样管（13）的底部，水平缓慢推入取样支架，使承载钢片（6）将原状砂样（14）切断，同时取样支架上的上U型夹（4）与下U型夹（5）正好分别弹性抱箍住取样管（13）外部；取样管（13）通过上U型夹（4）、下U型夹（5）与取样支架组合为一整体；垂直提起取样支架、取样管（13）和管中的原状砂样（14），将取样支架、取样管（13）和原状砂样（14）整体置于渗透筒（3）中的透孔支架（7）上；
C、调配好温敏树脂（20），温敏树脂（20）的粘度≤5mpa∙s，关闭阀门（17），将调配好的温敏树脂（20）倒入存贮筒（19）中；打开阀门（17），使存贮筒（19）中的温敏树脂（20）缓慢流入到渗透筒（3）中，同时让存贮筒（19）中的温敏树脂（20）的液面高于渗透筒（3）中的温敏树脂（20）的液面，存贮筒（19）中的温敏树脂（20）的液面与渗透筒（3）中的温敏树脂（20）的液面形成高差H，0m<H≤0.5m，用阀门（17）来控制温敏树脂（20）的流速，使进入渗透筒（3）中的温敏树脂（20）经过取样管（13）的底部管口（132）缓慢渗入取样管（13）中所取原状砂样（14）的孔隙中；
D、待温敏树脂（20）完全浸没取样管（13）中的原状砂样（14），原状砂样（14）中无气泡逸出，再静置时间h；提起取样支架、取样管（13）整体，将装载有原状砂样（14）的取样管（13）放入平铺有铝箔纸的盘中，然后将取样管（13）从取样支架上小心拆卸取下并平推至盘中；
E、将取样管（13）和盘一并放入固化烘箱中加温固化，固化烘箱中的温度控制在63～67℃，将原状砂样（14）烘至固化之后取出；剪开取样管（13），取出固化后的原状砂样(14)。
9.按照权利要求8所述的一种原状砂土的取样固化系统，其特征在于：所述温敏树脂（20）由BH-653树脂、H-519固化剂、水按照1:1:8的比例调制而成，其温敏树脂（20）的粘度为2.5mpa∙s。
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