CN115144216A - 一种水利工程地质检测取样工具及地质采样方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种水利工程地质检测取样工具，包括由多段子杆串联组合成的钻杆，子杆顶端具有一个盲孔，盲孔的孔壁上具有竖直滑槽，竖直滑槽靠其底端处具有一个沿盲孔的径向布置的插孔，滑柱内同轴地弹性安装有滑销，且自然状态下，滑销的自由端伸出滑柱的圆柱面之外。同时还给出一种地质采样方法，两子杆串联后查看各个采样管是否缩回至钻杆之内，若是全部退回到了钻杆内，则启动相应动力设备驱使钻杆下钻；驱使活塞柱下移对采样管形成下压力，令采样管的底端伸出钻杆的侧壁之外；打开所有的电磁铁同时油泵回油，令采样管和圆柱塞一起上升以确保采样管全部缩回到钻杆内，采样管整体取出并有序收集。本发明采样迅速全面，深度可调。

Description

一种水利工程地质检测取样工具及地质采样方法

技术领域

本发明涉及水利检测设备技术领域，尤其涉及水利工程地质检测取样工具。

背景技术

在水利工程竣工或者使用过程中，有时候需要对沟渠周围的地质进行取样，目前的取样设备主要是采用将取样杆直接插入到沟渠周围的地质中，攫取一部分沟渠周围的地质样本后进行检验，判断其土质成分、松软度，或者检测样本的含水量多少，以判定沟渠是否渗水。工程实践中，这样取样很可能只能采集到沟渠周围的地质某一深度处的样本，对整体沟渠周围的地质构造的成分分析是不准确的，而且，实际上，很多沟渠周围的地质本身也是分层的，具有多层地质构造，如果只是采用传统取样工具一次插入后进行取样，必定要后续多次插入到不同深度进行攫取，而多次取样可能会不在同一深度方向上，依然会对取样的准确性造成影响。由此可见，现有的取样设备使用既不方便，也不能很好地对沟渠周围的地质进行较为全面的准确取样。并且，现有的设备的采样深度一般都是固定的，而对于实际检测中，样本的采集往往需要面临各自深度范围内的地质情况，导致现有的单一采样设备无法大深度范围内采样。

发明内容

针对现有技术中所存在的不足，本发明提供了一种水利工程地质检测取样工具和地质采样方法，以解决现有技术中在对水利工程周围的地质进行多次取样时的不便，以及取样不够准确、全面的问题，还一并解决了采样深度范围难以调节的问题。

本发明的技术原理为：一种水利工程地质检测取样工具，包括由多段子杆串联组合成的钻杆，所述子杆顶端具有一个盲孔，该盲孔的孔壁上沿其深度方向具有一道竖直滑槽，该竖直滑槽靠其底端处具有一个沿盲孔的径向布置的插孔，该插孔的孔底具有一个螺纹孔，所述螺纹孔与设置在盲孔孔壁内的一个结构孔同轴连通，该结构孔用于供顶推螺钉伸入并拧入到螺纹孔内；所述子杆的底端具有一个柱状的插芯，该插芯靠底端处的侧壁上径向地具有一个滑柱，所述滑柱能从所述竖直滑槽朝下滑动，且滑柱内同轴地弹性安装有滑销，且自然状态下，滑销的自由端伸出所述滑柱的圆柱面之外，以使得滑柱抵达所述竖直滑槽底端时，所述滑销的自由端能弹入到所述插孔内而卡住；所述顶推螺钉拧入到螺纹孔内时能将滑销全部顶回至滑柱之内；

在所述钻杆内的长度方向上具有多个安装仓，每个安装仓位于一个子杆内，每个所述安装仓内均由上至下地设有复位弹簧、活塞柱、采样管，所述复位弹簧一端连接在安装仓的顶壁，另一端连接在所述活塞柱的上端中央，活塞柱动密封配合地滑动安装在所述安装仓的上部空间内，该上部空间的内壁具有一个进油孔，该进油孔与一个油泵连接；在所述活塞柱的内部嵌有电磁铁，所述采样管斜向下地滑动安装在所述安装仓的下部空间的侧壁内，采样管的顶端能被所述电磁铁吸引而固接在所述活塞柱的下端面上，而当所述电磁铁断电后，采样管自然地滑出所述下部空间的侧壁之外。

具体地，采样管的底端面为斜向下倾斜的切削面。同时，采样管的底端端口内具有一个朝上凸起的挡板，该挡板顶端与所述采样管的内壁之间具有供沟渠周围的地质通过的间隙。更好地设计是，采样管的上半部分内壁的壁厚从其底端朝顶端的方向上逐步变薄。

此外，每个所述安装仓内至少设有两个采样管，两采样管一左一右分开设置且彼此错开。其中，安装仓的上部空间的顶部处竖直地固接有限位条，所述活塞柱与所述限位条接触时，所述采样管的底端恰好完全收纳进所述安装仓的下部空间的侧壁内。

另一方面，子杆顶端具有一个盲孔，该盲孔的孔壁上沿其深度方向具有一道彼此连通的竖直滑槽和，该竖直滑槽的底端连接的一端，的另一端处的槽底具有一个插孔，该插孔的孔底具有一个螺纹孔，所述螺纹孔与设置在盲孔孔壁内的一个结构孔同轴连通，该结构孔用于供顶推螺钉伸入并拧入到螺纹孔内；所述子杆的底端具有一个柱状的插芯，该插芯靠底端处的侧壁上径向地具有一个滑柱，所述滑柱能从所述竖直滑槽一直滑动到内的另一端处，且滑柱内同轴地弹性安装有滑销，且自然状态下，滑销的自由端伸出所述滑柱的圆柱面之外，以使得滑柱抵达所述内的另一端处时，所述滑销的自由端能弹入到所述插孔内而卡住；所述顶推螺钉拧入到螺纹孔内时能将滑销全部顶回至滑柱之内。

相应地，本发明中还包括一根封闭条，该封闭条竖直地插接配合在所述钻杆内的一侧，且封闭条上具有数量与所述子杆数量一致的过孔，当封闭条在钻杆内插入到位时，所述过孔与所述结构孔完全错开而不相交，而在提拉所述封闭条到极限位置时，所述过孔与所述结构孔同轴对齐。

相应地，本发明还提供一种地质采样方法，按以下步骤进行，

S1、根据取样深度范围，选择好子杆的节数，先将上一节子杆底端的插芯插入到下一节子杆的盲孔内，且在插入时注意用滑柱与竖直滑槽配合来导向，将插芯引导至其滑销被弹簧顶入至插孔的位置，实现插芯的卡固安装；

S2、将钻杆放置指定取样位置，并检查各电磁铁是否开启，查看各个采样管是否缩回至钻杆之内，若是全部退回到了钻杆内，则启动相应动力设备驱使钻杆下钻；

S3、当下钻到一定深度时，关闭所有电磁铁，使得采样管被释放，此时打开油泵朝各个安装仓的上部空间内泵油，驱使活塞柱下移对采样管形成下压力，令采样管的底端伸出钻杆的侧壁之外，并嵌入到相应深度处的地质内，令地质样本挤入到采样管中；

S4、打开所有的电磁铁以吸引固定各个采样管，且与此同时油泵回油，各个活塞柱上移，令采样管和圆柱塞一起上升以确保采样管全部缩回到钻杆内；

S5、朝外提拉而取出钻杆后，关闭所有电磁铁，令采样管因为自重而自由下落，伸出钻杆之外，工作人员便可以将采样管整体取出，并按照从上至下的顺序对所有采样管内的样本进行编号，完成各个深度层的样本的有序收集。

其中，钻杆在进入到待测地质内时采用直接竖直下压的方式进行，并根据钻头朝下移动的速度选择是否令钻杆转动。所采用的采样管的顶端是开口的，在取出采样管内的样本时，将采样管在金属容器的底部倒置放置，采样管用于插入地质的一端朝上，其另一端的开口朝下，倒置放好后在金属容器的底部撞击若干次，令此时所述挡板以下的样本全部抖落。

当在水利工程地质检测取样工具上设置有所述封闭条时，钻杆下钻前须检查封闭条是否下移到极限以确保封闭条将所有顶推螺钉封住，而在需要拆卸子杆时，朝上提拉封闭条至极限，确保清理各个结构孔的孔口土质填充物后，能露出对应的顶推螺钉的螺帽。对于因为钻杆整体长度局限性造成的钻杆外侧螺旋切削刃不能连续的，可以将每条螺旋切削刃分割为不连续的多段。

相比于现有技术，本发明具有如下有益效果：本取样工具可以一次钻入到沟渠等水利工程周围的地质后，且深度范围可调，可以进行多个深度上的地质取样，结构简单可靠，使用方便，能更加全面地对地质构造进行采样分析，采样本发明的采样方法采样时，高效灵活，可以面对多种地质采样环境。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为采样管收纳后的结构示意图；

图3为采样管的一种具体结构图；

图4为图3所示结构中的采样管底端的纵向剖视图；

图5为采样管的一种分布位置图；

图6为两节串联子杆的串联结构示意图。

上述附图中：钻杆1、复位弹簧2、进油口3、活塞柱4、电磁铁5、采样管6、上部空间7、石墨轴承8、挡板9、限位条10、子杆101、插芯102、滑柱103、滑销104、插孔105、顶推螺钉106、结构孔107、竖直滑槽108、封闭条110、过孔111、切削送料面601。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明中的技术方案进一步说明。本发明其中一个实施例具体地公布了一种水利工程地质检测取样工具，可以对沟渠等水利工程周围的地质进行一次钻探，多级取样，其具体结构是包括一根钻杆1，钻杆1为圆柱形或者正多边形，这根钻杆1主要用于钻入到沟渠周围的地质中以便后续取样。具体地，钻杆1由多段子杆101串联组合而成，在钻杆1内的长度方向上具有多个安装仓，每个安装仓位于一个子杆101内，例如图1所示，在钻杆1内的长度方向上具有多个安装仓，这个安装仓可以是圆柱结构，根据需要可以设置为阶梯型的圆柱腔结构。在每个安装仓内均由上至下地设有复位弹簧2、活塞柱4、采样管6，所述复位弹簧2一端连接在安装仓的顶壁，另一端连接在所述活塞柱4的上端中央，活塞柱4动密封配合地滑动安装在所述安装仓的上部空间7内，该上部空间7的内壁具有一个进油孔，该进油孔与一个油泵连接，具体制作时，油泵与钻杆1分离式安装，即将油泵安装在地面，作为可拆卸的配套动力设备。同时，还在所述活塞柱4的内部嵌有电磁铁5，这个电磁铁5在通电时便具有磁性可以吸引粘磁物体，制作时，电磁铁5可以采用遥控方式进行开关控制，这样更为便利。另一个关键设计点还在于：上述的采样管6斜向下地滑动安装在所述安装仓的下部空间的侧壁内，例如倾斜设置为30-60°夹角，采样管6的顶端要能被所述电磁铁5吸引而固接在所述活塞柱4的下端面上，而当所述电磁铁5断电后，采样管6自然地滑出所述下部空间的侧壁之外。具体地，可以将采样管6的顶端部分或者其它局部，甚至采样管6本身采用粘磁材料制成，以便被电磁铁5吸引。以上结构中，油泵对各个安装仓内的泵油管路本领域技术人员可以适应性设计，例如直接在钻杆1内设置泵油流道，或者安装油管；实践中还可以在每个安装仓的适当位置处安装小型的液压系统来实现对安装仓内的进出油控制，这些都是现有技术可以实现的，本领域技术人员可以适应性选取和设计，因此本实施例并不作更为详细的举例说明。

在使用时，由于复位弹簧2的连接作用，如图2，活塞柱4被悬挂起来，并因此将采样管6底端全部收纳到钻杆1侧壁内，以便钻杆1正常钻探下移到地质内。当下钻到一定深度时，关闭电磁铁5，则采样管6被释放，此时打开油泵朝安装仓的上部空间7内泵油，驱使活塞柱4下移对采样管6形成下压力，令采样管6的底端伸出钻杆1的侧壁之外，嵌入到相应深度处的地质内，令地质样本挤入到采样管6中，然后打开电磁铁5吸引固定采样管6，且油泵回油，活塞柱4上移，令采样管6和圆柱塞一起上升，最后采样管6缩回到钻杆1内，取出钻杆1后，关闭电磁铁5，采样管6因为自重自由下落，伸出钻杆1之外，工作人员便可以将采样管6整体取出，完成对所有样本的有序收集。作为一些实施细节，本发明的钻杆1在进入到待测地质内时采用直接竖直下压的方式进行，并根据钻头朝下移动的速度选择是否令钻杆1转动。所采用的采样管6的顶端是开口的，在取出采样管6内的样本时，将采样管6在金属容器的底部倒置放置，采样管6用于插入地质的一端朝上，其另一端的开口朝下，倒置放好后在金属容器的底部撞击若干次，令此时所述挡板9以下的样本全部抖落。

作为优选实施方式，本采样管6的底端面为斜向下倾斜的切削面，以便对地质进行穿刺、切削；同时，采样管6的底端端口内具有一个朝上凸起的挡板9，该挡板9顶端与所述采样管6的内壁之间具有供地质通过的间隙，使得地质样本可以从间隙挤入到采样管6内，且因为挡板9作用无法退出。为了使得采样管6可以自由下落更快，采样管6的上半部分内壁的壁厚从其底端朝顶端的方向上逐步变薄，使得采样管6整体上来说其底端处更重，自由下滑更快。对于采样管6的数量，最好每个安装仓内至少设有两个采样管6，两采样管6一左一右分开设置且彼此错开，这样可以对周围不同的地质进行取样，提高采样全面性。为了使得活塞柱4位置更好被控制，安装仓的上部空间7的顶部处竖直地固接有限位条10，所述活塞柱4与所述限位条10接触时，所述采样管6的底端恰好完全收纳进所述安装仓的下部空间的侧壁内，采样管6收纳到位。

为了使得采样管6滑动更顺畅，安装仓的下部空间的侧壁内倾斜地内嵌有石墨轴承8，石墨轴承8的底端不贯穿下部空间的侧壁，所述采样管6滑动配合地安装在所述石墨轴承8内，石墨本身硬度较大，还可以对采样管6的表面地质进行刮除，避免滑动时卡住。

采样管6为圆管或者椭圆管，除了如图1-2中的采样管6的结构设计，还可以如图3-4，使得采样管6的管孔从上至下逐步缩小，同样是为了使得采样管6底部更重，便于自由下滑，且采样管6的底端靠其端口处的下半部分内壁朝下方倾斜，以形成切削送料面601，所述切削送料面601的上部边缘处倾斜地固接有一块挡板9，所述挡板9顶端朝所述钻杆1内侧倾斜，该挡板9顶端与所述采样管6的内壁之间具有供地质通过的间隙。

特别地，为了实现钻杆1的长度调节功能，扩大下钻采样的深度范围，对于前述的子杆101串联的具体结构，本实施例推荐如下设计：如图6所示，其介绍了两节彼此串联的子杆101的连接结构，具体是在子杆101顶端加工一个盲孔，盲孔宜设置在中央处，盲孔竖直设置，在该盲孔的孔壁上沿其深度方向具有一道竖直滑槽108，该竖直滑槽108靠其底端具有一个插孔105，该插孔105的孔底具有一个螺纹孔，所述螺纹孔与设置在盲孔孔壁内的一个结构孔107同轴连通，该结构孔107用于供顶推螺钉106伸入并拧入到螺纹孔内。子杆101的底端具有一个柱状的插芯102，该插芯102靠底端处的侧壁上径向地具有一个滑柱103，所述滑柱103能从所述竖直滑槽108下滑到底端，滑柱103内同轴地弹性安装有滑销104，且自然状态下，滑销104的自由端伸出所述滑柱103的圆柱面之外，以使得滑柱103抵达竖直滑槽108底端处时，所述滑销104的自由端能弹入到所述插孔105内而卡住；顶推螺钉106拧入到螺纹孔内时能将滑销104全部顶回至滑柱103之内，以便拆卸。

在使用时，对于两节子杆101要连接在一起，先将上一节子杆101底端的插芯102插入到下一节子杆101的盲孔内，且在插入时注意用滑柱103与竖直滑槽108配合来导向，实现插芯102的卡固安装，这种结构下，插芯102不会与下一节子杆101在竖直方向上脱落，且也不会周向移动，很好地实现两节子杆101的串联式安装。而在需要拆卸时，只需用螺丝刀伸入到结构孔107内拧动顶推螺钉106前进，将滑销104完全压入到滑柱103内即可，此时插芯102反向转动便可以经竖直滑槽108而脱离盲孔，实现两节子杆101的迅速拆卸，结构简单巧妙，十分便于组装使用，快速改变取样的深度。为了避免顶推螺钉106的螺帽上的凹槽被土壤等封堵，还可以增加一根封闭条110，该封闭条110竖直地插接配合在所述钻杆1内的一侧，且封闭条110上具有数量与所述子杆101数量一致的过孔111，当封闭条110在钻杆1内插入到位时，过孔111与结构孔107完全错开而不相交，此时螺帽被封闭条110盖住而封闭，防止被土壤等灌入，而在提拉封闭条110到极限位置时，过孔111与结构孔107同轴对齐，此时利用螺丝刀便可以快速拧动顶推螺钉106，而对于结构孔107的孔口处的泥土，则使用螺丝刀稍微一刨便可以疏通，相对于整个顶推螺钉106的螺帽被泥土封堵而言要容易清理得多，而且其本身也不会影响对顶推螺钉106的松紧操作，因此整个结构孔107的孔口可以不封闭。此外，当在水利工程地质检测取样工具上设置有所述封闭条110时，钻杆1下钻前须检查封闭条110是否下移到极限以确保封闭条110将所有顶推螺钉106封住，而在需要拆卸子杆101时，朝上提拉封闭条110至极限，确保清理各个结构孔107的孔口土质填充物后，能露出对应的顶推螺钉106的螺帽。对于因为钻杆1整体长度局限性造成的钻杆1外侧螺旋切削刃不能连续的，可以将每条螺旋切削刃分割为不连续的多段，以避开钻杆1一些部位不能设置切削刃的问题。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种水利工程地质检测取样工具，其特征在于：包括由多段子杆串联组合成的钻杆，所述子杆顶端具有一个盲孔，该盲孔的孔壁上沿其深度方向具有一道竖直滑槽，该竖直滑槽靠其底端处具有一个沿盲孔的径向布置的插孔，该插孔的孔底具有一个螺纹孔，所述螺纹孔与设置在盲孔孔壁内的一个结构孔同轴连通，该结构孔用于供顶推螺钉伸入并拧入到螺纹孔内；所述子杆的底端具有一个柱状的插芯，该插芯靠底端处的侧壁上径向地具有一个滑柱，所述滑柱能从所述竖直滑槽朝下滑动，且滑柱内同轴地弹性安装有滑销，且自然状态下，滑销的自由端伸出所述滑柱的圆柱面之外，以使得滑柱抵达所述竖直滑槽底端时，所述滑销的自由端能弹入到所述插孔内而卡住；所述顶推螺钉拧入到螺纹孔内时能将滑销全部顶回至滑柱之内；

在所述钻杆内的长度方向上具有多个安装仓，每个安装仓位于一个子杆内，每个所述安装仓内均由上至下地设有复位弹簧、活塞柱、采样管，所述复位弹簧一端连接在安装仓的顶壁，另一端连接在所述活塞柱的上端中央，活塞柱动密封配合地滑动安装在所述安装仓的上部空间内，该上部空间的内壁具有一个进油孔，该进油孔与一个油泵连接；在所述活塞柱的内部嵌有电磁铁，所述采样管斜向下地滑动安装在所述安装仓的下部空间的侧壁内，采样管的顶端能被所述电磁铁吸引而固接在所述活塞柱的下端面上，而当所述电磁铁断电后，采样管自然地滑出所述下部空间的侧壁之外。

2.根据权利要求1所述水利工程地质检测取样工具，其特征在于：所述采样管的底端面为斜向下倾斜的切削面，所述采样管的底端端口内具有一个朝上凸起的挡板，该挡板顶端与所述采样管的内壁之间具有供沟渠周围的地质通过的间隙。

3.根据权利要求3所述水利工程地质检测取样工具，其特征在于：所述采样管的上半部分内壁的壁厚从其底端朝顶端的方向上逐步变薄，每个所述安装仓内至少设有两个采样管，两采样管一左一右分开设置且彼此错开。

4.根据权利要求1所述水利工程地质检测取样工具，其特征在于：所述安装仓的上部空间的顶部处竖直地固接有限位条，所述活塞柱与所述限位条接触时，所述采样管的底端恰好完全收纳进所述安装仓的下部空间的侧壁内。

5.根据权利要求1所述水利工程地质检测取样工具，其特征在于：还包括一根封闭条，该封闭条竖直地插接配合在所述钻杆内的一侧，且封闭条上具有数量与所述子杆数量一致的过孔，当封闭条在钻杆内插入到位时，所述过孔与所述结构孔完全错开而不相交，而在提拉所述封闭条到极限位置时，所述过孔与所述结构孔同轴对齐。

6.一种地质采样方法，其特征在于：采用如权利要求1-5任一项所述水利工程地质检测取样工具进行取样，具体按以下步骤进行，

S1、根据取样深度范围，选择好子杆的节数，先将上一节子杆底端的插芯插入到下一节子杆的盲孔内，且在插入时注意用滑柱与竖直滑槽配合来导向，再通过的引导作用将插芯引导至其滑销被弹簧顶入至插孔的位置，实现插芯的卡固安装；

S2、将钻杆放置指定取样位置，并检查各电磁铁是否开启，查看各个采样管是否缩回至钻杆之内，若是全部退回到了钻杆内，则启动相应动力设备驱使钻杆下钻；

S3、当下钻到一定深度时，关闭所有电磁铁，使得采样管被释放，此时打开油泵朝各个安装仓的上部空间内泵油，驱使活塞柱下移对采样管形成下压力，令采样管的底端伸出钻杆的侧壁之外，并嵌入到相应深度处的地质内，令地质样本挤入到采样管中；

S4、打开所有的电磁铁以吸引固定各个采样管，且与此同时油泵回油，各个活塞柱上移，令采样管和圆柱塞一起上升以确保采样管全部缩回到钻杆内；

S5、朝外提拉而取出钻杆后，关闭所有电磁铁，令采样管因为自重而自由下落，伸出钻杆之外，工作人员便可以将采样管整体取出，并按照从上至下的顺序对所有采样管内的样本进行编号，完成各个深度层的样本的有序收集。

7.根据权利要求6所述一种地质采样方法，其特征在于：所述钻杆在进入到待测地质内时采用直接竖直下压的方式进行，并根据钻头朝下移动的速度选择是否令钻杆转动。

8.根据权利要求6所述一种地质采样方法，其特征在于：所述采样管的顶端是开口的，在取出采样管内的样本时，将采样管在金属容器的底部倒置放置，采样管用于插入地质的一端朝上，其另一端的开口朝下，倒置放好后在金属容器的底部撞击若干次，令此时所述挡板以下的样本全部抖落。

9.根据权利要求6所述一种地质采样方法，其特征在于：当在水利工程地质检测取样工具上设置有所述封闭条时，钻杆下钻前须检查封闭条是否下移到极限以确保封闭条将所有顶推螺钉封住，而在需要拆卸子杆时，朝上提拉封闭条至极限，确保清理各个结构孔的孔口土质填充物后，能露出对应的顶推螺钉的螺帽。

10.根据权利要求6所述一种地质采样方法，其特征在于：对于因为钻杆整体长度局限性造成的钻杆外侧螺旋切削刃不能连续的，可以将每条螺旋切削刃分割为不连续的多段。

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