CN116296892A - 可孔内原位切削土体的装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种可孔内原位切削土体的装置及其使用方法，其中装置包括：基座，基座内设置容纳腔；切削机构，切削机构设置至基座，切削机构包括设置至容纳腔内的从动驱动部和位于从动驱动部相对另一端的切削部；伸缩驱动机构，伸缩驱动机构设置至基座的顶部且连接至切削机构，可驱动切削机构沿其长度延伸方向相对于基座伸缩；旋转驱动机构，旋转驱动机构设置至基座的底部，旋转驱动机构包括设置至容纳腔内的主动驱动部，旋转驱动机构经由主动驱动部与从动驱动部配合传动可驱动切削机构绕其长度延伸方向的轴线旋转，使得切削部沿垂直于长度延伸方向的轴线的平面切削土体。根据本发明提供的可孔内原位切削土体的装置，可实现孔内测试的测试面为平面。

Description

可孔内原位切削土体的装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及岩土工程技术领域，尤其涉及一种可孔内原位切削土体的装置及其使用方法。

背景技术

土体的抗剪强度参数是工程基础设计的关键指标，是建筑物地基稳定分析的依据，关系到整个工程的经济性与安全性。目前，获得土体抗剪强度参数主要采用室内剪切试验或原位(或现场)钻孔剪切试验。室内试验试样尺寸局限性而导致代表性差；原位剪切试验是对作业点土体施加外荷载力，在土体天然结构和应力环境状态，直接获得土体的力学参数，克服了室内试验土体扰动及尺寸效应等缺点，测出的土体强度参数更准确。

其中，土体的种类较多，比如黄土是一种具有湿陷性的土体，并且颗粒排布结构在竖直方向与水平方向具有较大差异，当有雨水降临时，黄土边坡就会受水湿陷，结构强度大大降低，从而产生大面积滑坡。因此，对于黄土各向异性渗透参数的研究迫在眉睫。

在实现本发明过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：

现有土壤原位测试装置，常见的有旁压仪、平板载荷试验仪、扁铲侧胀仪，其存在以下缺点：

旁压仪：旁压仪包括预钻式、自钻式和压入式三种，其中压入式对土体的挤压效应明显，很少使用。

预钻式旁压仪以法国梅纳旁压仪为代表，需要预先钻孔，经过长足的发展，产品实现了自动化功能(如Geospad2梅纳旁压仪、GeoPAC自动控制梅纳旁压仪等)，包括数据的自动采集、试验按设定步骤自动执行、自主的弹性膜约束力和综合变形的校正等技术。

自钻式旁压仪是将钻孔、旁压器设备、定位、试验一次性完成，具有对孔壁土体扰动程度小的特点。

以20世纪70年代的法国道桥式(PAF)和英国剑桥式(Camkometer)旁压仪为代表，经过了数代产品更新，目前已经实现数字化和自动化，操作灵活、精度较高，而且获得的参数不需要经验校正。

多功能旁压仪方面：法国第三代道桥式旁压仪(PAF-76型)探头可以调换成其他功能装置(如剪切仪、渗透仪和摩擦仪等)，达到了一孔多用的目的。20世纪90年代末，徐光黎、前田良刀等开发了原位剪切联合旁压试验仪，能同时测出抗剪强度、变形模量等力学参数，后改进成自钻式原位剪切旁压仪。

扁铲侧胀试验仪：扁铲侧胀试验最大的特点之一就是能够提供土体的应力历史信息，基于此，对于处于超固结或欠固结状态土体的压缩模量的估算都能够很好地将应力历史的影响考虑进去。目前市场上主流的扁铲侧胀设备包括两种：标准扁铲侧胀仪(DMT)和地震扁铲侧胀仪(SDMT)。扁铲侧胀试验具有操作简便、连续测试、扰动小、成本低、重复性好等优点，可用静探贯入设备或钻机将扁铲直接压入土中。但是由于扁铲探头的中心膜面积小，当土的颗粒成分中含大量块石时，极容易受力不均匀或难以贯入，易引起测试数据较大的离散性或损坏膜片。因此扁铲侧胀试验不适用于碎石土或含乱石的土层，且土体受力方向与实际土体受荷载方向不一致，试验成果都是基于统计分析和经验公式，成果存在地域属性。

平板荷载试验仪：平板荷载试验是一项使用最早、应用最广泛的应用时间最长的土体测试的手段之一，是在一定尺寸的刚性承压板上分级施加荷载，观测各级荷载作用下天然地基土随压力和变形的原位试验。长春工程学院研制出了深层平板载荷试验装置SP-1，测深达100m，可消除测深对位移、传力柱和孔壁摩擦对荷载测量值的影响，同时实现了自动显示、储存和打印功能。还有学者研制了一种不受场地限制的简易型平板载荷试验装置，该装置利用试验点周围土体作为配重的反力，实现了在交通不便地区开展测试。欧美发达国家载荷试验实现了无线数据传输技术，具有试验绝对可控、运行高效的特点，操作人员无需置身高危环境进行近距离操作。韩国海洋大学研制了一种小型螺旋板载荷试验仪，将传统的螺旋板尺寸由160mm减小至75mm，可以直接在钻孔中进行载荷试验，同时采用液压代替气缸装置，减轻了试验仪器的重量。但总体上，平板载荷试验存在操作相对繁琐、仪器笨重和试验成本较高的缺点。

总体来讲，现有土壤孔内原位测试装置存在以下缺点：孔内测试的测试面为曲面而非平面，使采集到的数据产生较大差异性；或者现有装置仅限单一方向切削土体；又或者以往的切削装置尺寸较大，对土体的扰动性较大，很难保留土体的完整性；又或者以往的切削装置操作难度较大。

因此需要一种可孔内原位切削土体的装置及其使用方法，以至少部分地解决上述技术问题。

发明内容

本发明实施例提供了一种可孔内原位切削土体的装置及其使用方法，可以实现孔内测试的测试面为平面。

第一方面，本发明提供一种可孔内原位切削土体的装置，所述装置包括：

基座，所述基座内设置容纳腔；

切削机构，所述切削机构设置至所述基座，所述切削机构包括设置至所述容纳腔内的从动驱动部和位于所述从动驱动部相对另一端的切削部；

伸缩驱动机构，所述伸缩驱动机构设置至所述基座的顶部且连接至所述切削机构，可驱动所述切削机构沿其长度延伸方向相对于所述基座伸缩；以及

旋转驱动机构，所述旋转驱动机构设置至所述基座的底部，所述旋转驱动机构包括设置至所述容纳腔内的主动驱动部，所述旋转驱动机构经由所述主动驱动部与所述从动驱动部配合传动可驱动所述切削机构绕其长度延伸方向的轴线旋转，使得所述切削部沿垂直于所述长度延伸方向的轴线的平面切削土体。

根据本发明的可孔内原位切削土体的装置，切削机构的切削部在伸缩驱动机构和旋转驱动机构的作用下，可向外伸出直至嵌入预制孔的孔壁土体内，然后旋转沿一平面切削土体，这样可实现后续孔内测试的测试面为平面。

可选地，所述切削机构还包括沿所述切削机构的长度延伸方向布置的且位于所述从动驱动部和所述切削部之间的连接机构，所述连接机构包括与所述从动驱动部固接的花键轴，所述花键轴的另一端可活动地插接至轴套，所述轴套的另一端固接至刀盘，所述刀盘上设置有用于切削土体的刀具；其中，当所述花键轴在所述旋转驱动机构驱动下旋转时，所述轴套可联动地旋转；当所述伸缩驱动机构驱动所述切削机构伸缩时，所述轴套沿所述长度延伸方向相对于所述花键轴进行所述伸缩。

可选地，所述基座的侧面设置有从所述容纳腔延伸至所述基座外部的孔洞，所述孔洞作为所述切削机构的安装和伸缩空间。和/或

所述基座的底面也设置有从所述容纳腔延伸至所述基座外部的孔洞，所述孔洞作为所述旋转驱动机构的安装空间。

可选地，所述花键轴插接至所述轴套的一端构造为为三角柱、四方柱、梯柱、棱柱或几何柱，所述轴套对应的一端设置有形状匹配的插槽。和/或

所述刀盘与所述刀具之间构造为可拆卸式连接，其中，所述刀盘上设置有用于可拆卸式连接的嵌入槽，所述刀具经由所述嵌入槽卡嵌在所述刀盘上。和/或

所述刀具包括连接至所述刀盘的连接部和凸设于所述刀盘的尖锐部，优选所述尖锐部的纵截面构造为三角形。

可选地，所述伸缩驱动机构包括设置至所述基座的顶部的齿条导向板，所述齿条导向板上安装有齿条，所述齿条啮合至可旋转的伸缩驱动齿轮，所述齿条导向板经由所述齿条在所述伸缩驱动齿轮的驱动下沿与所述切削机构相同的伸缩方向可滑动，所述齿条导向板连接至向所述切削机构延伸的连接销，所述连接销的另一端连接至套接在所述轴套上的轴套驱动机构，其中，所述轴套驱动机构构造为可带动所述轴套相对于所述花键轴进行伸缩但不随所述轴套一起旋转。

可选地，所述轴套驱动机构包括轴套固定套，所述轴套固定套在靠近所述从动驱动部的一侧内表面上设置有沿其径向向内延伸的第一凸环，所述轴套在对应的一侧设置有沿其径向向外延伸的第二凸环；所述轴套固定套套接在所述轴套上时，所述第一凸环套接在所述第二凸环上；所述轴套固定套在所述第一凸环之外的内表面上内嵌有套接至所述轴套的轴套固定环，所述轴套固定环的一端抵接在所述第一凸环的轴向端面上，所述轴套固定环的另一端通过第一挡圈和第二挡圈固定，所述第一挡圈固定至所述轴套固定套，所述第二挡圈固定至所述轴套；其中，所述轴套固定套的内表面上设置有用于固定所述第一挡圈的环状第一卡槽，所述轴套的外表面上设置有用于固定所述第二挡圈的环状第二卡槽；所述轴套固定套上设置有用于与所述连接销连接的插孔(透孔、盲孔均可)。

和/或

所述基座的顶部设置有连接所述伸缩驱动齿轮的齿轮轴和用于固定所述齿轮轴的齿轮轴座，所述齿轮轴贯穿所述齿轮轴座，所述伸缩驱动齿轮连接至位于所述齿轮轴座下方的所述齿轮轴。和/或

所述基座的顶部设置有用于所述连接销穿过和活动的长条状连接销穿孔，所述连接销穿孔沿所述齿条导向板的滑动方向延伸。

可选地，所述齿轮轴座的底面贴合在所述齿条导向板上，所述齿轮轴座的底部设置有延伸至其周面的缺口，所述缺口至少包括位于所述连接销上方的区域，可避免所述连接销与所述齿轮轴座之间发生干涉。和/或

所述基座的顶部设置有用于容纳和安装所述齿轮轴座的凹槽，所述凹槽内设置有用于所述齿条导向板滑动的滑槽，所述滑槽的两端延伸至所述基座外部，所述齿条导向板布置在所述凹槽内时其远离所述伸缩驱动齿轮的一侧贴合在所述凹槽的侧面，其中，所述齿条导向板沿其滑动的方向设置有长条状的用于安装所述齿条的齿条卡槽。

可选地，所述装置还包括用于连接所述齿轮轴的第一马达和经由传动件连接至所述主动驱动部的第二马达。

可选地，进一步包括四组所述切削机构，四组所述切削机构在所述伸缩驱动机构的驱动下以相同的伸缩量同时伸出或缩回，且四组所述切削机构在所述旋转驱动机构的驱动下沿相同旋转方向绕所述长度延伸方向的轴线旋转。

可选地，进一步包括四块所述齿条导向板，所述凹槽内设置有用于其中两块所述齿条导向板滑动的第一滑槽，所述第一滑槽的两端延伸至所述基座外部，所述凹槽内设置有用于剩余两块所述齿条导向板滑动的第二滑槽，所述第二滑槽的两端延伸至所述基座外部，所述第一滑槽的底面高于所述第二滑槽的底面且所述第一滑槽和所述第二滑槽之间交叉布置，优选所述第一滑槽和所述第二滑槽之间相互垂直，其中，所述第一滑槽或所述第二滑槽内的两块所述齿条导向板沿所述齿条导向板的滑动方向并排设置。和/或

所述齿条导向板沿其滑动的方向上构造为一端为窄部、另一端为宽部，所述宽部沿垂直于所述齿条导向板的滑动方向上的宽度大于所述窄部；其中，所述第一滑槽或所述第二滑槽内的两块所述齿条导向板布置时，其中一块所述齿条导向板的宽部贴合着另一块所述齿条导向板的窄部，其窄部贴合着另一块所述齿条导向板的宽部，并且两块所述齿条导向板中间围合成一个过道，以使通过布置在所述过道内的一个所述伸缩驱动齿轮可同时啮合四块所述齿条。

可选地，所述装置的高度为130-140mm，所述装置的宽度为140-150mm。和/或

所述切削机构的伸缩量为15-20mm。

可选地，所述宽部设置有用于连接所述连接销的穿孔(透孔、盲孔均可以)，所述宽部在贴合所述窄部、靠近所述伸缩驱动齿轮的边角处还设置有沿所述齿条导向板的滑动方向延伸的台阶槽，以免所述宽部与所述齿条发生干扰。

可选地，所述基座构造为块状柱体，所述切削机构的长度延伸方向与所述基座的轴向方向垂直。

可选地，所述主动驱动部构造为主动锥齿轮，所述从动驱动部构造为从动锥齿轮，所述伸缩驱动齿轮构造为直齿轮。

第二方面，本发明还提供一种可孔内原位切削土体的方法，基于上述技术方案的可孔内原位切削土体的装置，所述方法包括以下步骤：

将所述装置放入预制孔，直至到达所述预制孔内的预定位置；

第一马达启动并正转，四组所述切削机构以相同的伸缩量同时向外慢慢伸出，直至其最外端的刀具均嵌入所述预制孔的孔壁土体内，第一马达停止工作；

第二马达启动并工作，四组所述切削机构的刀具以相同的旋转方向和旋转速度沿平面切削土体，直至切削土体完成，第二马达停止工作；

第一马达再次启动并反转，直至四组所述切削机构缩回至原位，第一马达停止工作，最后将所述装置从所述预制孔内取出。

根据本发明的方法，其操作简单，并且刀具沿平面切削土体，实现了后续孔内测试的测试面为平面，另外其可以同时沿四个方向切削土体，效率高。

通过利用根据本发明实施例的技术方案，可以获得的有益效果至少在于：

1、本发明的装置，其切削机构的切削部在伸缩驱动机构和旋转驱动机构的作用下，可向外伸出并嵌入预制孔的孔壁土体内，然后旋转沿平面切削土体，实现了孔内测试的测试面为平面；

2、本发明的装置可以同时沿四个方向切削土体，效率高；

3、本发明的装置切削土体时，操作简单。

本发明的附加优点、目的，以及特征将在下面的描述中将部分地加以阐述，且将对于本领域普通技术人员在研究下文后部分地变得明显，或者可以根据本发明的实践而获知。本发明的目的和其它优点可以通过在说明书以及附图中具体指出的结构实现到并获得。

本领域技术人员将会理解的是，能够用本发明实现的目的和优点不限于以上具体所述，并且根据以下详细说明将更清楚地理解本发明能够实现的上述和其他目的。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的限定。附图中的部件不是成比例绘制的，而只是为了示出本发明的原理。为了便于示出和描述本发明的一些部分，附图中对应部分可能被放大，即，相对于依据本发明实际制造的示例性装置中的其它部件可能变得更大。在附图中：

图1为本发明一实施例的可孔内原位切削土体的装置的整体示意图；

图2为本发明一实施例的可孔内原位切削土体的装置的分解示意图；

图3为本发明一实施例的可孔内原位切削土体的装置的一俯视图，此时装置隐去了齿轮轴座；

图4为本发明一实施例的可孔内原位切削土体的装置中的切削机构的示意图；

图5为图4中所示的切削机构的一分解示意图；

图6为本发明一实施例的可孔内原位切削土体的装置中的切削部的分解示意图；

图7为本发明一实施例的可孔内原位切削土体的装置中的轴套的示意图；

图8为本发明一实施例的可孔内原位切削土体的装置中的基座的示意图；

图9为本发明一实施例的可孔内原位切削土体的装置中的齿轮轴座的示意图；

图10为本发明一实施例的可孔内原位切削土体的装置中的齿条导向板的示意图；以及

图11为本发明一实施例的可孔内原位切削土体的装置的使用方法的流程图。

附图标记说明：

10、装置；

100、基座；110、容纳腔；120、孔洞；130、凹槽；140、滑槽；141、第一滑槽；142、第二滑槽；150、连接销穿孔；

200、切削机构；210、从动锥齿轮；220、花键轴；230、轴套；231、插槽；232、第二凸环；233、第二卡槽；240、切削部；241、刀盘；242、嵌入槽；243、刀具；244、连接部；245、尖锐部；

300、伸缩驱动机构；310、齿条导向板；311、齿条卡槽；312、窄部；313、宽部；314、过道；315、穿孔；316、台阶槽；320、齿条；330、伸缩驱动齿轮；340、连接销；350、轴套驱动机构；351、轴套固定套；352、第一凸环；353、轴套固定环；354、第一挡圈；355、第二挡圈；356、第一卡槽；357、插孔；358、齿轮轴；

400、旋转驱动机构； 410、主动锥齿轮；

500、齿轮轴座； 510、缺口； 520、安装孔；

W、长度延伸方向的轴线；

L、齿条导向板的滑动方向。

具体实施方式

通过参考示范性实施例，本发明的目的和功能以及用于实现这些目的和功能的方法将得以阐明。然而，本发明并不受限于以下所公开的示范性实施例；可以通过不同形式来对其加以实现。说明书的实质仅仅是帮助相关领域技术人员综合理解本发明的具体细节。

应予以注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式。此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或附加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组合。

本发明中所引用的诸如“第一”和“第二”的序数词仅仅是标识，而不具有任何其他含义，例如特定的顺序等。而且，例如，术语“第一部件”其本身不暗示“第二部件”的存在，术语“第二部件”本身不暗示“第一部件”的存在。

需要说明的是，本文中所使用的术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“内”、“外”以及类似的表述只是为了说明的目的，并非限制。

本发明提供一种可孔内原位切削土体的装置10及其使用方法。其中装置10例如可以应用于岩土工程技术领域，比如应用于原位(或现场)钻孔剪切试验中，作为土壤孔内原位测试装置，可用来测试土体强度参数(至少参与其中的部分工作)，可以实现孔内测试的测试面为平面，以使后续测试采集的数据更准确。

第一方面，本发明提供了一种可孔内原位切削土体的装置10。在优选的实施方式中，如图1和图2所示，其中图1为本发明一实施例的可孔内原位切削土体的装置的整体示意图；图2为本发明一实施例的可孔内原位切削土体的装置的分解示意图。装置包括基座100、切削机构200、伸缩驱动机构300和旋转驱动机构400。基座100作为本装置的基础部件，用于承载、安装切削机构200、伸缩驱动机构300和旋转驱动机构400。切削机构200作为本装置的重要部分，可对土体沿平面进行切削。伸缩驱动机构300作为本装置的另一重要部分，用于驱动切削机构200相对于基座100进行伸缩。旋转驱动机构400也是本装置的另一重要组成部分，用于驱动切削机构200进行旋转，从而使其完成对土体沿平面进行切削。

具体地，基座100内设置容纳腔110。其中，对基座100的形状不做限制，其可以是方形柱体，圆柱体或其他形状。优选地，基座100可以是块状柱体，例如块状方形柱体、块状圆柱体。进一步地基座100加上齿轮轴358(下文将要具体阐述)的整体高度(即齿轮轴顶端到基座底面的中心的距离)设计为130-140mm，例如可以是130mm、136mm或者140mm，其整体宽度设计为140-150mm，例如可以是140mm、145mm或150mm。这样使得本装置尺寸相比于现有的切削装置减小很多，能够有效减少切削土体(例如黄土)时对土的扰动，保留了测试时土体的原位性。另外，对容纳腔110的形状也不做限制。

切削机构200设置至基座100。切削机构200包括设置至容纳腔110内的从动驱动部和位于从动驱动部相对另一端的切削部240。其中，从动驱动部是受其他驱动件(例如下面要讲述的主动驱动部)传动而相应被动地进行传动的一类结构，其可以不限制具体结构，本实施例中可以采用从动锥齿轮210(实际即为锥齿轮)，其他能实现同类作用和效果的结构也属于该范畴，在此不进行扩展。为了便于说明，下文中从动驱动部均采用从动锥齿轮210为例进行描述。在本发明中切削部240通过从动驱动部实现旋转。其中切削部240为对土体能进行沿平面切削的切削执行件，其也可以不限制具体结构。本发明中将以刀盘241和刀具243为例进行具体说明(下文将要阐述)，但不代表对其进行限制。

伸缩驱动机构300设置至基座100的顶部且连接至切削机构200，可驱动切削机构200沿其长度延伸方向相对于基座100伸缩。伸缩驱动机构300为用于驱动切削机构200进行伸缩的结构，下文将要具体展开。

旋转驱动机构400设置至基座100的底部。旋转驱动机构400包括设置至容纳腔110内的主动驱动部，其中主动驱动部是向其他驱动件(例如从动驱动部)传动的一类结构，其可以不限制具体结构，本实施例中可以采用主动锥齿轮410(实际即为锥齿轮)。主动驱动部可以是自身带有驱动动力，也可以是本身不带有驱动动力，需要连接驱动机构(例如马达)，例如经由传动件连接至第二马达(未示出)。其中传动件为本领域常规结构，例如传动轴等。相应地基座100的底部设置有用于安装旋转驱动机构400的孔洞120。旋转驱动机构400经由主动驱动部与从动驱动部配合传动可驱动切削机构200绕其长度延伸方向的轴线W旋转，使得切削部240沿垂直于长度延伸方向的轴线的平面切削土体。同样为了便于说明，下文中主动驱动部将以主动锥齿轮410为例进行描述。

继续参考图1和图2，在图示实施方式中，装置包括四组切削机构200。四组切削机构200在伸缩驱动机构300的驱动下以相同的伸缩量同时伸出或缩回，且四组切削机构200在旋转驱动机构400的驱动下沿相同旋转方向绕长度延伸方向的轴线旋转。这样使得本装置可以同时沿四个方向切削土体，效率高。

可以理解，图1和图2中示出了一种较优选的实施方式，在图未示的实施方式中，装置可以仅设置一组切削机构200，也可以是设置两组或三组切削机构200，甚至在合理范围内的更多组切削机构200(例如六组、八组)。

根据本发明的可孔内原位切削土体的装置，切削机构200的切削部240在伸缩驱动机构300和旋转驱动机构400的作用下，可向外伸出直至嵌入预制孔的孔壁土体内，然后旋转沿平面切削土体，这样可实现后续孔内测试的测试面为平面。

参考图4和图5，其中图4为本发明一实施例的可孔内原位切削土体的装置中的切削机构200的示意图；图5为图4中所示的切削机构200的一分解示意图。为了提供一种具体且设计巧妙的切削机构200，切削机构200还可以包括沿切削机构200的长度延伸方向布置的且位于从动锥齿轮210和切削部240之间的连接机构。优选地，连接机构可以包括与从动锥齿轮210固接的花键轴220。其中花键轴220的另一端可活动地插接至轴套230。轴套230的另一端固接至刀盘241。刀盘241上设置有用于切削土体的刀具243。其中，当花键轴220在旋转驱动机构400驱动下旋转时，轴套230可联动地旋转(即带动刀盘241和刀具243一起联动地旋转，从而使刀具243执行切削土体)。当伸缩驱动机构300驱动切削机构200伸缩时，轴套230沿长度延伸方向相对于花键轴220进行伸缩，即伸缩驱动机构300驱动切削机构200伸缩时，实际其中的花键轴220不进行伸缩，只是轴套230进行伸缩，即轴套230活动套接在花键轴220上，可以沿花键轴220相对于花键轴220进行相对移动。为了实现花键轴220连带轴套230一起能进行旋转，花键轴220插接至轴套230的一端构造为三角柱、四方柱、梯柱、棱柱、几何柱，也可以是其他能实现上述功能的形状。轴套230对应的一端设置有形状匹配的插槽231，其中轴套230的具体结构可以参考图7，图7为本发明一实施例的可孔内原位切削土体的装置中的轴套的示意图。

其中，为了安装切削机构200，以及切削机构200能在基座100内相对于基座100进行伸缩，基座100的侧面设置有从容纳腔110延伸至基座100外部的孔洞120。为了本装置更好地进行操作，孔洞120的延伸方向(即切削机构200的长度延伸方向，或者说切削机构200的伸缩方向)与基座100的轴向方向垂直，这样本装置10沿预制孔的轴向方向放入预制孔内后，无需调整本装置的轴向方向的角度便可进行后续工作流程。同样地，为了安装旋转驱动机构400(至少包括一部分)，基座100的底面也设置有从容纳腔110延伸至基座100外部的孔洞。

进一步地，为了便于切削机构200更好地切削土体，刀具243包括连接至刀盘241的连接部244和凸设于刀盘241的尖锐部245。优选尖锐部245的纵截面构造为三角形，这样更利于刀具243更顺利地切削土体。另外，参考图6所示，图6为本发明一实施例的可孔内原位切削土体的装置中的切削部的分解示意图。为了实现刀盘241与刀具243之间方便拆装，其中，刀盘241上设置有用于可拆卸式连接的嵌入槽242。刀具243经由嵌入槽242卡嵌在刀盘241上。

继续参考图2、图5和图10，其中图10为本发明一实施例的可孔内原位切削土体的装置中的齿条导向板的示意图。为了提供一种设计巧妙的伸缩驱动机构300，伸缩驱动机构300可以包括设置至基座100的顶部的齿条320导向板310。齿条320导向板310上安装有齿条320。齿条320啮合至可旋转的伸缩驱动齿轮330。其中伸缩驱动齿轮330即为常见的齿轮装置，其可以是直齿轮，也可以是斜齿轮。齿条320导向板310经由齿条320在伸缩驱动齿轮330的驱动下沿与切削机构200相同的伸缩方向可滑动。齿条320导向板310连接至向切削机构200延伸的连接销340。连接销340的另一端连接至套接在轴套230上的轴套230驱动机构。其中，轴套230驱动机构构造为可带动轴套230相对于花键轴220进行伸缩但不随轴套230一起旋转。即本实施例的伸缩驱动机构300是通过可滑动的齿条320导向板310，经由连接销340和轴套230驱动机构同步带动轴套230(当然也包括刀盘241和刀具243)伸缩。

为了实现具体如何驱动伸缩驱动齿轮330旋转以及安装，基座100的顶部设置有连接伸缩驱动齿轮330的齿轮轴358和用于固定齿轮轴358的齿轮轴358座。齿轮轴358贯穿齿轮轴358座。伸缩驱动齿轮330连接至位于齿轮轴358座下方的齿轮轴358。其中齿轮轴358的旋转动力例如可以通过连接马达装置，例如连接至第一马达(图未示)。参考图8所示，其中图8为本发明一实施例的可孔内原位切削土体的装置中的基座的示意图。为了更好地固定齿轮轴358座，基座100的顶部设置有用于容纳和安装齿轮轴358座的凹槽130。齿轮轴358座安装时，将其固定在凹槽130内，相应地齿轮轴358座还设置有用于连接至基座100的安装孔。优选地，为了实现齿条320导向板310在基座100上的滑动，凹槽130内设置有用于齿条320导向板310滑动的滑槽140。滑槽140的两端可以延伸至基座100外部，以使齿条320导向板310有更大的滑动空间。齿条320导向板310具体布置在滑槽140内时，其远离伸缩驱动齿轮330的一侧贴合在滑槽140的侧面，这样可实现定向移动。其中，齿条320导向板310沿其滑动的方向设置有长条状的用于安装齿条320的齿条320卡槽311。为了齿条320导向板310更稳地滑动，齿轮轴358座的底面可以贴合在齿条320导向板310上，齿轮轴358座从上方可以对齿条320导向板310进行导向。两者之间接触面尽量光滑，以减少摩擦力。

接上文，在本发明的实施例中，轴套230驱动机构的具体结构可以包括轴套230固定套。轴套230固定套在靠近从动锥齿轮210的一侧内表面上设置有沿其径向向内延伸的第一凸环352。轴套230在对应的一侧设置有沿其径向向外延伸的第二凸环232。轴套230固定套套接在轴套230上时，第一凸环352套接在第二凸环232上。轴套230固定套在第一凸环352之外的内表面上内嵌有套接至轴套230的轴套230固定环(即轴套230固定环的周面是贴合在轴套230固定套在第一凸环352之外的内表面上)。轴套230固定环的一端抵接在第一凸环352的轴向端面上。轴套230固定环的另一端通过第一挡圈354和第二挡圈355固定。第一挡圈354固定至轴套230固定套。第二挡圈355固定至轴套230。其中，轴套230固定套的内表面上设置有用于固定第一挡圈354的环状第一卡槽356。轴套230的外表面上设置有用于固定第二挡圈355的环状第二卡槽233。这样齿条320导向板310沿与切削机构200相同的伸缩方向滑动时，将通过连接销340、轴套230固定套和轴套230固定环等同步带动轴套230(包括刀盘241和刀具243)移动(即本文中所说的相对于基座100伸缩)。齿条320导向板310的滑动距离与轴套230的伸缩量(或者说切削机构200的伸缩量)两者相等。为了实现连接销340在基座100内的移动，基座100的顶部设置有用于连接销340活动的长条状连接销340穿孔315，连接销340穿孔315沿齿条320导向板310的滑动方向延伸。

由于本装置的一大优势是结构紧凑，整体尺寸较小，并且其适用于一些小孔径的预制孔场景，切削机构200的伸缩量可以设计为15-20mm，例如15mm、18mm或20mm。

此外，为了实现轴套230固定套与连接销340的连接，轴套230固定套上设置有插孔357。该插孔357可以是透孔，即连接销340插入透孔内的一端可以抵接至第二凸环232环面，也可以是盲孔。同理，为了实现齿条320导向板310与连接销340的连接，齿条320导向板310上设置有穿孔315。该穿孔315可以是透孔，也可以是盲孔。连接销340的两端与轴套230固定套、齿条320导向板310可以是均固定连接，也可以是均活动连接(即可活动地插接在相应孔内)，也可以是一端为固定连接、另一端是活动连接。在一些情况下，连接销340与齿条320导向板310连接的一端穿过穿孔315后而会仍有一部分凸出在齿条320导向板310的上方，特别是当连接销340的两端与轴套230固定套、齿条320导向板310均活动连接的情况，这样该部分的连接销340会与齿轮轴358座的底面相互干扰(比如连接销340无法正常随齿条320导向板310移动，如因两者之间摩擦力大等原因)。为了解决这个问题，如图9所示，图9为本发明一实施例的可孔内原位切削土体的装置中的齿轮轴座的示意图。齿轮轴358座的底部设置有延伸至其周面的缺口510。缺口510至少包括位于连接销340上方的区域，这样可避免连接销340与齿轮轴358座之间发生干涉，同时还具有另外两个作用：一方面减少齿条320导向板310与齿轮轴358座之间的接触面积，进一步减少齿条320导向板310滑动时两者之间的摩擦；另一方面还可以作为散热孔，将内部结构工作时产生的热量更及时地散出去。

正如前文所述，在优选的实施方式中，为了提高工作效率，本装置包括四组切削机构200。四组切削机构200在伸缩驱动机构300的驱动下以相同的伸缩量同时伸出或缩回，且四组切削机构200在旋转驱动机构400的驱动下沿相同旋转方向绕长度延伸方向的轴线W旋转。这样使得本装置可以同时沿四个方向切削土体，效率高。为了达到结构紧凑、体积小巧以及更好地传动等效果，本装置包括四块齿条320导向板310。为了布置这四块齿条320导向板310，凹槽130内设置有用于其中两块齿条320导向板310滑动的第一滑槽141。第一滑槽141的两端可以延伸至基座100外部。凹槽130内设置有用于剩余两块齿条320导向板310滑动的第二滑槽142。同样第二滑槽142的两端也可以延伸至基座100外部。其中，第一滑槽141的底面高于第二滑槽142的底面，并且第一滑槽141和第二滑槽142之间交叉布置。其中，第一滑槽141和第二滑槽142内的两块齿条320导向板310分别各自沿齿条320导向板310的滑动方向并排设置。此时，齿条320导向板310具体布置在第一滑槽141或第二滑槽142内时，其远离伸缩驱动齿轮330的一侧贴合在对应的第一滑槽141或第二滑槽142的侧面。优选地，第一滑槽141和第二滑槽142之间相互垂直，这样可使得四块齿条320导向板310之间的间距更加合理，避免相互干涉。

请参考图10，根据本发明的装置，齿条320导向板310沿其滑动的方向L构造为一端为窄部312、另一端为宽部313。宽部313沿垂直于齿条320导向板310的滑动方向L上的宽度大于窄部312。其中，参考图3，第一滑槽141或第二滑槽142内的两块齿条320导向板310布置时，其中一块齿条320导向板310的宽部313贴合着另一块齿条320导向板310的窄部312，其窄部312贴合着另一块齿条320导向板310的宽部313，并且两块齿条320导向板310中间围合成一个过道314，该过道314内正好可布置竖直的伸缩驱动齿轮330，这样可通过布置在过道314内的一个伸缩驱动齿轮330便可同时啮合四块齿条320。该设计精巧，空间布局巧妙，省去了要布置多个伸缩驱动齿轮330的麻烦，精简了结构，进一步达到了结构紧凑、体积小巧的目的；同时，第一滑槽141或第二滑槽142内的两块齿条320导向板310在相互靠近的一侧贴合，两者之间彼此起到了对另一方的导向作用，使得齿条320导向板310在滑动时更加平稳。

接上文，当第一滑槽141或第二滑槽142内的两块齿条320导向板310在相向靠近时(即此时切削机构200在收缩)，宽部313在贴合窄部312(即另一块齿条320导向板310的窄部312)、靠近伸缩驱动齿轮330的边角处还设置有沿齿条320导向板310的滑动方向延伸的台阶槽316。由于布置在过道314内的伸缩驱动齿轮330要同时啮合四块齿条320导向板310上的四块齿条320，这就要求四块齿条320的至少一分部轮齿也要延伸到过道314内，这样当出现切削机构200收缩过量的情况下，即可能会出现宽部313与另一块齿条320导向板310上的齿条320发生顶撞，从而可能损坏装置。而通过上述设计的台阶槽316，当出现切削机构200收缩过量的情况下，另一块齿条320导向板310上的齿条320(即靠近宽部313的这一端齿条320)会过渡到台阶槽316内，而不会发生宽部313与另一块齿条320导向板310上的齿条320顶撞的问题。

综上所述，根据本发明的装置，其切削机构200的切削部240在伸缩驱动机构300和旋转驱动机构400的作用下，可向外伸出并嵌入预制孔的孔壁土体内，然后旋转沿平面切削土体，实现了孔内测试的测试面为平面。同时，本发明的装置可以设置四组切削机构200同时沿四个方向切削土体，效率高。特别是，四组切削机构200中的四块齿条320导向板310两两一组并排设置，其中齿条320导向板310沿其滑动的方向L设置一端为窄部312、另一端为宽部313，并且窄部312和宽部313彼此交错贴合的设计，构思巧妙。此外，通过本发明的装置切削土体，操作简单。

第二方面，本发明还提供一种可孔内原位切削土体的方法，基于上述实施例的可孔内原位切削土体的装置。如图11所示，方法包括以下步骤：

S100，将所述装置放入预制孔，直至到达所述预制孔内的预定位置。

S200，第一马达启动并正转，四组所述切削机构200以相同的伸缩量同时向外慢慢伸出，直至其最外端的刀具243均嵌入所述预制孔的孔壁土体内，第一马达停止工作。

S300，第二马达启动并工作，四组所述切削机构200的刀具243以相同的旋转方向和旋转速度沿平面切削土体，直至切削土体完成，第二马达停止工作。

S400，第一马达再次启动并反转，直至四组所述切削机构200缩回至原位，第一马达停止工作，最后将所述装置从所述预制孔内取出。

根据本发明的方法，其操作简单，并且刀具243沿平面切削土体，实现了后续孔内测试的测试面为平面，另外其可以同时沿四个方向切削土体，效率高。

结合这里披露的本发明的说明和实践，本发明的其他实施例对于本领域技术人员都是易于想到和理解的。说明和实施例仅被认为是示例性的，本发明的真正范围和主旨均由权利要求所限定。

Claims (10)

1.一种可孔内原位切削土体的装置，其特征在于，所述装置包括：

基座，所述基座内设置容纳腔；

切削机构，所述切削机构设置至所述基座，所述切削机构包括设置至所述容纳腔内的从动驱动部和位于所述从动驱动部相对另一端的切削部；

伸缩驱动机构，所述伸缩驱动机构设置至所述基座的顶部且连接至所述切削机构，可驱动所述切削机构沿其长度延伸方向相对于所述基座伸缩；以及

旋转驱动机构，所述旋转驱动机构设置至所述基座的底部，所述旋转驱动机构包括设置至所述容纳腔内的主动驱动部，所述旋转驱动机构经由所述主动驱动部与所述从动驱动部配合传动可驱动所述切削机构绕其长度延伸方向的轴线旋转，使得所述切削部沿垂直于所述长度延伸方向的轴线的平面切削土体。

2.根据权利要求1所述的可孔内原位切削土体的装置，其特征在于，所述切削机构还包括沿所述切削机构的长度延伸方向布置的且位于所述从动驱动部和所述切削部之间的连接机构，所述连接机构包括与所述从动驱动部固接的花键轴，所述花键轴的另一端可活动地插接至轴套，所述轴套的另一端固接至刀盘，所述刀盘上设置有用于切削土体的刀具；

其中，当所述花键轴在所述旋转驱动机构驱动下旋转时，所述轴套可联动地旋转；当所述伸缩驱动机构驱动所述切削机构伸缩时，所述轴套沿所述长度延伸方向相对于所述花键轴进行所述伸缩。

3.根据权利要求2所述的可孔内原位切削土体的装置，其特征在于，所述花键轴插接至所述轴套的一端构造为三角柱、四方柱、梯柱、棱柱或几何柱，所述轴套对应的一端设置有形状匹配的插槽；和/或

所述刀盘与所述刀具之间构造为可拆卸式连接，其中，所述刀盘上设置有用于可拆卸式连接的嵌入槽，所述刀具经由所述嵌入槽卡嵌在所述刀盘上；和/或

所述刀具包括连接至所述刀盘的连接部和凸设于所述刀盘的尖锐部，优选所述尖锐部的纵截面构造为三角形。

4.根据权利要求3所述的可孔内原位切削土体的装置，其特征在于，所述伸缩驱动机构包括设置至所述基座的顶部的齿条导向板，所述齿条导向板上安装有齿条，所述齿条啮合至可旋转的伸缩驱动齿轮，所述齿条导向板经由所述齿条在所述伸缩驱动齿轮的驱动下沿与所述切削机构相同的伸缩方向可滑动，所述齿条导向板连接至向所述切削机构延伸的连接销，所述连接销的另一端连接至套接在所述轴套上的轴套驱动机构，其中，所述轴套驱动机构构造为可带动所述轴套相对于所述花键轴进行伸缩但不随所述轴套一起旋转。

5.根据权利要求4所述的可孔内原位切削土体的装置，其特征在于，所述轴套驱动机构包括轴套固定套，所述轴套固定套在靠近所述从动驱动部的一侧内表面上设置有沿其径向向内延伸的第一凸环，所述轴套在对应的一侧设置有沿其径向向外延伸的第二凸环；所述轴套固定套套接在所述轴套上时，所述第一凸环套接在所述第二凸环上；所述轴套固定套在所述第一凸环之外的内表面上内嵌有套接至所述轴套的轴套固定环，所述轴套固定环的一端抵接在所述第一凸环的轴向端面上，所述轴套固定环的另一端通过第一挡圈和第二挡圈固定，所述第一挡圈固定至所述轴套固定套，所述第二挡圈固定至所述轴套；其中，所述轴套固定套的内表面上设置有用于固定所述第一挡圈的环状第一卡槽，所述轴套的外表面上设置有用于固定所述第二挡圈的环状第二卡槽；所述轴套固定套上设置有用于与所述连接销连接的插孔；和/或

所述基座的顶部设置有连接所述伸缩驱动齿轮的齿轮轴和用于固定所述齿轮轴的齿轮轴座，所述齿轮轴贯穿所述齿轮轴座，所述伸缩驱动齿轮连接至位于所述齿轮轴座下方的所述齿轮轴；和/或

所述基座的顶部设置有用于所述连接销穿过和活动的长条状连接销穿孔，所述连接销穿孔沿所述齿条导向板的滑动方向延伸。

6.根据权利要求5所述的可孔内原位切削土体的装置，其特征在于，所述齿轮轴座的底面贴合在所述齿条导向板上，所述齿轮轴座的底部设置有延伸至其周面的缺口，所述缺口至少包括位于所述连接销上方的区域，可避免所述连接销与所述齿轮轴座之间发生干涉；和/或

所述基座的顶部设置有用于容纳和安装所述齿轮轴座的凹槽，所述凹槽内设置有用于所述齿条导向板滑动的滑槽，所述滑槽的两端延伸至所述基座外部，所述齿条导向板布置在所述凹槽内时其远离所述伸缩驱动齿轮的一侧贴合在所述凹槽的侧面，其中，所述齿条导向板沿其滑动的方向设置有长条状的用于安装所述齿条的齿条卡槽。

7.根据权利要求6所述的可孔内原位切削土体的装置，其特征在于，进一步包括四组所述切削机构，四组所述切削机构在所述伸缩驱动机构的驱动下以相同的伸缩量同时伸出或缩回，且四组所述切削机构在所述旋转驱动机构的驱动下沿相同旋转方向绕所述长度延伸方向的轴线旋转。

8.根据权利要求7所述的可孔内原位切削土体的装置，其特征在于，进一步包括四块所述齿条导向板，所述凹槽内设置有用于其中两块所述齿条导向板滑动的第一滑槽，所述第一滑槽的两端延伸至所述基座外部，所述凹槽内设置有用于剩余两块所述齿条导向板滑动的第二滑槽，所述第二滑槽的两端延伸至所述基座外部，所述第一滑槽的底面高于所述第二滑槽的底面且所述第一滑槽和所述第二滑槽之间交叉布置，优选所述第一滑槽和所述第二滑槽之间相互垂直，其中，所述第一滑槽或所述第二滑槽内的两块所述齿条导向板沿所述齿条导向板的滑动方向并排设置；和/或

所述齿条导向板沿其滑动的方向上构造为一端为窄部、另一端为宽部，所述宽部沿垂直于所述齿条导向板的滑动方向上的宽度大于所述窄部；其中，所述第一滑槽或所述第二滑槽内的两块所述齿条导向板布置时，其中一块所述齿条导向板的宽部贴合着另一块所述齿条导向板的窄部，其窄部贴合着另一块所述齿条导向板的宽部，并且两块所述齿条导向板中间围合成一个过道，以使通过布置在所述过道内的一个所述伸缩驱动齿轮可同时啮合四块所述齿条。

9.根据权利要求8所述的可孔内原位切削土体的装置，其特征在于，所述装置的高度为130-140mm，所述装置的宽度为140-150mm；和/或

所述切削机构的伸缩量为15-20mm；和/或

所述宽部设置有用于连接所述连接销的穿孔，所述宽部在贴合所述窄部、靠近所述伸缩驱动齿轮的边角处还设置有沿所述齿条导向板的滑动方向延伸的台阶槽，以免所述宽部与所述齿条发生干扰。

10.一种可孔内原位切削土体的方法，基于根据权利要求7至9中任一项所述的可孔内原位切削土体的装置，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

将所述装置放入预制孔，直至到达所述预制孔内的预定位置；

第一马达启动并正转，四组所述切削机构以相同的伸缩量同时向外慢慢伸出，直至其最外端的刀具均嵌入所述预制孔的孔壁土体内，第一马达停止工作；

第二马达启动并工作，四组所述切削机构的刀具以相同的旋转方向和旋转速度沿平面切削土体，直至切削土体完成，第二马达停止工作；

第一马达再次启动并反转，直至四组所述切削机构缩回至原位，第一马达停止工作，最后将所述装置从所述预制孔内取出。

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