CN113465988B - 一种气囊封底取样器及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种气囊封底取样器，外壳体的顶部分别与悬放装置和气源相连接，其两端敞口；取样管的两端敞口，且分别与外壳体两端的敞口相连通；取样管与外壳体之间留有空隙，空隙与气源相连通；气囊安装在取样管的底部，其在自然状态下呈环形，外侧与空隙相连通，内侧与取样管相连通；当气源放出气体时，气囊受压向内侧膨胀至闭合，封堵取样管的底部。本发明还提供了一种前述的气囊封底取样器的使用方法。本发明的有益之处在于，通过在取样管底部设置气囊，实现了对水下不同水深处的水样、淤泥性土(浮泥、流泥、淤泥和淤泥质土)、流塑状态的粘性土等土样的采取，并使样品完全封闭在取样管中，无水分或土样损失，确保了测量数据的准确性。

Description

一种气囊封底取样器及其使用方法

技术领域

本发明属于工程地质勘察技术领域，尤其涉及一种气囊封底取样器及其使用方法。

背景技术

目前在工程地质勘察中使用的取样器的特点及适用范围如下：

1、钻孔贯入式薄壁取土器(敞口、自由活塞、水压固定活塞、固定活塞)适用于软塑、可塑状态的土，无法将流塑状态的土从地层取出；

2、钻孔回转式单动、双动二(三)重管取土器适用于软塑、可塑、硬塑状态的土，无法将流塑状态的土从地层取出；

3、回转式取样器适用于从含水量大(W＝30％～60％)、强度低

的流态淤土泥和极软的塑性淤泥质土中取样，不用下置护壁套管。其原理为：采用压入法将未经封闭的取样管压入预定深度，然后旋转钻杆，带动封闭盖将取样外管的上、下两端进行封闭，从而能够不扰动地将土样托出钻孔。为实现旋转动作，位于预定取样深度的土体须有一定的强度来抵抗旋转扭矩，且能够让封闭盖旋转到位，封闭取样外管的上、下两端，故回转式取样器无法获取水下的水样、淤泥性土(浮泥、流泥、淤泥和淤泥质土)或流塑状态的粘性土等土样；

4、旋叶式取样器适用于从含水量在23％～35％、颗粒直径为0.05mm～0.25mm、强度较高的流态淤土流塑状淤泥质土中取样。使用旋叶式取样器需使用护壁套管。旋叶虽然可托住取样器底端，但取样器底端封闭不严密，浮泥会流出；

5、锁式泥土取样器的下部结构采用真空负压取样，适用于软塑、可塑状态的土。

6、齿型取样器、逆止封闭式取土器可以采集浮泥，但由于其封口装置由多个逆止(封口)片组成，实现多个封口片同步关闭的难度较大，且封口片之间存在间隙，这些问题均会导致高含水量浮泥中水的渗漏；

7、回淤层取土器通过勘探平台上的动力水泵施加水压或气压力，由驱动缸实施取样筒开口处的翻盖，封闭取样筒的开口来采取淤泥质浮泥样品。该取土器结构较复杂，实施过程中需要动力水泵。

综上，目前亟需一种简单易用，且可以采集并完整保存水下不同水深处的水样、淤泥性土(浮泥、流泥、淤泥和淤泥质土)和流塑状态的粘性土等土样的取样器。

发明内容

针对上述缺陷，本发明的目的在于提供一种气囊封底取样器，从而解决水下不同水深处的水样、淤泥性土(浮泥、流泥、淤泥和淤泥质土)和流塑状态的粘性土等土样的采集难、保存难的问题。

本发明提供了一种气囊封底取样器，包括外壳体、设置在所述外壳体内部的取样管和气囊，所述外壳体的顶部分别与悬放装置和气源相连接，其两端敞口，便于采样；所述取样管的两端敞口，且分别与所述外壳体两端的敞口相连通；所述取样管与所述外壳体之间留有空隙，所述空隙与气源相连通；所述气囊安装在所述取样管的底部，其在自然状态下呈环形，外侧与所述空隙相连通，内侧与所述取样管相连通；当所述气源放出气体时，所述气囊受压向内侧膨胀至闭合，封堵所述取样管的底部。

优选地，所述悬放装置为钻杆或钢丝绳。

优选地，所述空隙内设有用于充气的充气阀门和用于排气的真空阀门。

优选地，所述外壳体包括由上向下依次密封连接的上接头、外管、阀门座和取土管靴，所述取样管贯穿所述外管，其顶部与上接头相连接，底部安装在所述阀门座中。

优选地，所述上接头中设有互不连通的第一通道和第一空腔，所述第一通道的两端分别与气源、外管相连通，所述第一空腔的两端分别与外部、取样管相连通。

优选地，所述第一空腔中设有封堵球。

优选地，所述外管与取样管之间设有第二空腔，所述第二空腔的两端分别与所述第一通道、阀门座相连通，所述第二空腔中设有充气阀门和真空阀门。

优选地，所述阀门座的侧壁上分别开有与所述充气阀门相连通的第二通道以及与所述真空阀门相连通的第三通道；所述阀门座内还设有与所述取样管相连通的内管，所述内管与阀门座之间设有第三空腔，所述第三空腔分别与所述第二通道、第三通道相连通；所述内管的侧壁上开有与第四通道；所述气囊安装在所述内管的内侧。

本发明还提供了一种前述的气囊封底取样器的使用方法，包括以下步骤：

S1、现场安装：将悬放装置与组装好的气囊封底取样器相连接，并将气囊封底取样器下放；

S2、取样：水或土样经气囊进入取样管中，再经所述外壳体顶部敞口流出，待到达预定取样深度时，气囊封底取样器停止下沉，此时气源向外壳体内充气，气囊受压向内侧膨胀至闭合，封堵取样管的底部，将已进入取样管内的水样或土样封闭在取样管内；

S3、样品密封：提升气囊封底取样器，拆除外管与阀门座之间的连接，移除外管和上接头，密封取样管的上端，然后倒置气囊封底取样器，排出气囊封底取样器内的气体后，从阀门座中取出取样管，将取样管的敞口端密封。

优选地，在所述步骤S1之前还需进行密封耐压测试：组装好气囊封底取样器，气源向气囊封底取样器内充气并保持一定时间，观察是否存在泄压现象。

本发明的有益之处在于，该取样器结构简单，操作简易，通过在取样管底部设置气囊，实现了对水下不同水深处的水样、淤泥性土(浮泥、流泥、淤泥和淤泥质土)、流塑状态的粘性土等土样的采取，并使样品完全封闭在取样管中，无水分或土样损失，保证运送到试验室分析的水样或土样的原状性，确保了测量数据的准确性。

附图说明

图1是本发明气囊封底取样器的剖视图；

图2是图1中A处的放大示意图。

元件标号说明：

1        上接头

11       封堵球

12       第一通道

13       第一空腔

2        外管

21       第二空腔

3        取样管

31       间隔垫

4        下接头

5        阀门座

51       内管

511      第四通道

52       第二通道

53       第三通道

54       第三空腔

6        取土管靴

7        气囊

81       充气管

82       充气阀门

83       真空阀门

9        密封圈

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。这些实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在以下的描述中，以图1中的附图作为方向的参考基础，在图1中，沿视图纸面向上为上方向，沿视图纸面向下为下方向。

此外，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。“多个”的含义是两个或两个以上。

如图1和图2所示，本发明提供了一种气囊封底取样器，该取样器包括外壳体、设置在外壳体内部的取样管3和气囊7。其中，外壳体的顶部分别与悬放装置、气源相连接，其两端敞口，在取样器下沉至预定取样深度前，水样或土样可以从装置内部通过。优选地，悬放装置为钻杆或钢丝绳，通过钻杆或钢丝绳将取样器下放至水下或土下预定深度。取样管3的两端敞口，且分别与外壳体两端的敞口相连通，便于不同深度处的水样或土样进入和离开取样管3。优选地，取样管3为透明的有机玻璃管，方便取样人员对取样管3内的原始样品的形态、性状进行记录描述。

取样管3与外壳体之间留有空隙，空隙与气源相连通。气囊7安装在取样管3的底部，其在自然状态下呈环形，外侧与空隙相连通，内侧与取样管3相连通，水样或土样可以经过气囊7进入取样管3；当气源放出气体时，气囊7受压向内侧膨胀至闭合，封堵住取样管3的底部，此时位于取样管3内部的水样或土样便不会从取样管3内流出或脱落，实现采样和对样品的完整保存。优选地，在空隙内还设有用于充气的充气阀门82和用于排气的真空阀门83，两者有助于调整取样器内的气压大小，实现对气囊7的开闭控制。优选地，充气阀门82和真空阀门83均为单向阀。

在本发明的一个具体实施例中，外壳体包括由上向下依次密封连接的上接头1、外管2、阀门座5和取土管靴6，取样管3贯穿外管2，其顶部与上接头1相连接，底部安装在阀门座5中。这样设置主要是为了便于装卸取样管3，本领域技术人员也可以根据需要，将其中相邻的多个部件设为一体件。前述空隙包括后文中的第一通道12、第一空腔13、第二空腔21、第二通道52、第三通道53、第三空腔54、第四通道511。

上接头1通过螺纹与钻杆相连接，或者直接与钢丝绳相连接。上接头1中设有互不连通的第一通道12和第一空腔13，第一通道12的上端通过充气管81与气源相连接，下端与外管2相连通，气源具体地为打气筒或气泵；第一空腔13的上端与外部相连通，下端与取样管3相连通。优选地，第一空腔13中设有封堵球11，封堵球11能够封堵钻杆内的水柱，并在下沉过程中帮助取样管3内部的流体物质排出，便于水样或土样进入取样管3中。

外管2与取样管3之间设有第二空腔21，第二空腔21的上端与第一通道12相连通，下端与阀门座5相连通。在第二空腔21中设有充气阀门82和真空阀门83。

阀门座5的侧壁上分别开有与充气阀门82相连通的第二通道52以及与真空阀门83相连通的第三通道53。阀门座5内还设有内管51，内管51与阀门座5同轴，其上端与取样管3相连通，下端与取土管靴6相连通；内管51与阀门座5之间设有第三空腔54，第三空腔54分别与第二通道52、第三通道53相连通。内管51的侧壁上还开有第四通道511，气囊7可拆卸地安装在内管51的内侧。

在具体实施中，取样管3的底部卡接在下接头4中，下接头4与阀门座5之间可拆卸连接，如螺纹连接等。取样管3和内管7之间通过接头相连接，在接头的外侧还套设有间隔垫31。为确保取样器内部的密封效果，在取样管3和上接头1之间、下接头4和阀门座5之间以及间隔垫31和阀门座5之间均设有密封圈9，防止水样或土样污染取样器内部。

本发明还提供了一种前述的气囊封底取样器的使用方法，包括以下步骤：

S1、现场安装：将悬放装置与组装好的气囊封底取样器相连接，并将气囊封底取样器下放至水下或泥层中，充气管81随气囊封底取样器一同下放。

S2、取样：水或土样经取土管靴6、气囊7进入取样管3中，再经第一空腔13，向上顶开封堵球11，流入外部。待到达预定取样深度时，气囊封底取样器停止下沉，此时气源经充气管81向外壳体内充气，此时充气阀门82打开，气体依次经过第一通道12、第二空腔21、充气阀门82、第二通道52、第三空腔54、第四通道511与气囊7接触，气囊7受压向内侧膨胀至闭合，封堵取样管3的底部，将已进入取样管3内的水样或土样封闭在取样管3内。

S3、样品密封：提升气囊封底取样器至水面上方或泥层外部，使得气囊封底取样器保持竖直状态，拆除外管2与阀门座5之间的连接，移除相连接的上接头1和外管2，露出取样管3的上端，此时可根据需要对样品性状进行描述记录，然后采用橡胶套密封取样管3的上端。密封好后，倒置气囊封底取样器，真空阀门83打开，此时取样器内部的气体会依次经过第四通道511、第三空腔54、第三通道53和真空阀门83排出；接着将取样管3绕自身轴向旋转90°，取消其与下接头4之间的卡接，从下接头4中取出取样管3，采用橡胶套将取样管3的敞口端密封，对取样管3进行妥善包装并运送至试验室进行检测分析。

为确保取样器可以正常工作，在步骤S1之前还需进行密封耐压测试：组装好气囊封底取样器，气源通过充气管81向气囊封底取样器内充气，充气压力为0.7～1.5MPa，保持压力8h，观察是否存在泄压现象。若无泄压，拆除外管2与阀门座5之间的连接，打开真空阀门83，将气体排出后再重新组装好，便可继续步骤S1。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种气囊封底取样器，其特征在于，包括外壳体、设置在所述外壳体内部的取样管(3)和气囊(7)，

所述外壳体的顶部分别与悬放装置和气源相连接，其两端敞口，便于采样；

所述取样管(3)的两端敞口，且分别与所述外壳体两端的敞口相连通；所述取样管(3)与所述外壳体之间留有空隙，所述空隙与气源相连通；

所述空隙内设有用于充气的充气阀门(82)和用于排气的真空阀门(83)；

所述气囊(7)安装在所述取样管(3)的底部，其在自然状态下呈环形，外侧与所述空隙相连通，内侧与所述取样管(3)相连通；当所述气源放出气体时，所述气囊(7)受压向内侧膨胀至闭合，封堵所述取样管(3)的底部；

所述外壳体包括由上向下依次密封连接的上接头(1)、外管(2)、阀门座(5)和取土管靴(6)，所述取样管(3)贯穿所述外管(2)，其顶部与上接头(1)相连接，底部安装在所述阀门座(5)中；

取样管(3)的底部卡接在下接头(4)中，下接头(4)与阀门座(5)之间可拆卸连接，取样管(3)和气囊(7)之间通过接头相连接，在接头的外侧还套设有间隔垫(31)，在取样管(3)和上接头(1)之间、下接头(4)和阀门座(5)之间以及间隔垫(31)和阀门座(5)之间均设有密封圈(9)；

阀门座（5）内还设有内管（51），内管（51）与阀门座（5）同轴，内管（51）的上端与取样管（3）相连通，下端与取土管靴（6）相连通；

取土管靴（6）的底端伸出阀门座（5）底部；气囊(7)的两端将内管（51）的上端和下端包裹住，并沿内管（51）的内侧壁向下延伸；

所述上接头(1)中设有互不连通的第一通道(12)和第一空腔(13)，所述第一通道(12)的两端分别与气源、外管(2)相连通，所述第一空腔(13)的两端分别与外部、取样管(3)相连通；

所述第一空腔(13)中设有封堵球(11)；

所述外管(2)与取样管(3)之间设有第二空腔(21)，所述第二空腔(21)的两端分别与所述第一通道(12)、阀门座(5)相连通，所述第二空腔(21)中设有充气阀门(82)和真空阀门(83)；

所述阀门座(5)的侧壁上分别开有与所述充气阀门(82)相连通的第二通道(52)以及与所述真空阀门(83)相连通的第三通道(53)；

所述阀门座(5)内还设有与所述取样管(3)相连通的内管(51)，所述内管(51)与阀门座(5)之间设有第三空腔(54)，所述第三空腔(54)分别与所述第二通道(52)、第三通道(53)相连通；所述内管(51)的侧壁上开有与第四通道(511)；

所述气囊(7)安装在所述内管(51)的内侧。

2.根据权利要求1所述的气囊封底取样器，其特征在于，所述悬放装置为钻杆或钢丝绳。

3.一种如权利要求1-2任一项所述的气囊封底取样器的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、现场安装：将悬放装置与组装好的气囊封底取样器相连接，并将气囊封底取样器下放；

S2、取样：水或土样经气囊(7)进入取样管(3)中，再经所述外壳体顶部敞口流出，待到达预定取样深度时，气囊封底取样器停止下沉，此时气源向外壳体内充气，气囊(7)受压向内侧膨胀至闭合，封堵取样管(3)的底部，将已进入取样管(3)内的水样或土样封闭在取样管(3)内；

S3、样品密封：提升气囊封底取样器，拆除外管(2)与阀门座(5)之间的连接，移除外管(2)和上接头(1)，密封取样管(3)的上端，然后倒置气囊封底取样器，排出气囊封底取样器内的气体后，从阀门座(5)中取出取样管(3)，将取样管(3)的敞口端密封。

4.根据权利要求3所述的气囊封底取样器的使用方法，其特征在于，在步骤S1之前还需进行密封耐压测试：组装好气囊封底取样器，气源向气囊封底取样器内充气并保持一定时间，观察是否存在泄压现象。

Images