CN204228453U - 一种针对软土的双层壁封闭式取土的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种针对软土的双层壁封闭式取土的装置，外层取样管与取土器接头的下部相连接，外层取样管与内层取样管接触，内层取样管由五块相同的长方形钢板沿长边接触拼接，拼好后呈中空正五棱柱，嵌入外层取样管，并一同固定在取土器接头下部，配有一个提升杆、一个连接杆和一片断土片，断土片位于每块钢板的下端，为三角形带刃钢板，通过铰链和内层取样管相连，活塞和活塞杆下端相连，取土器接头位于装置的最上部，通过销子与外层取样管、内层取样管连接固定，外层取样管和内层取样管经由螺丝与取土器接头连接，提升杆在内层取样管内侧，提升杆固定在壁上。结构简单、稳定可靠、取土质量高，提高了采样比。

Description

一种针对软土的双层壁封闭式取土的装置

技术领域

本实用新型涉及土质勘探技术领域，更具体涉及一种针对软土的双层壁封闭式取土的装置，适用于尾矿库、水坝、建筑等岩土工程领域相关行业进行Ⅰ类软土淤泥取样，该标准水平的试样可为软土的物理、力学试验或土层划分提供试验样本。

背景技术

工程地质勘察是为查明影响工程建筑物的地质因素而进行的地质调查研究工作，为确定保证建筑物稳定与正常使用的防护措施提供依据。随着我国经济建设需求与发展，以及近年兴建的各种大中型岩土工程项目的增多，对于新型取土器的研发已经成为工程地质勘察领域工作者关心的重要问题。在地质勘探中,要想取得土的各项物理力学特性指标,目前除了价格昂贵的原位测试外,主要还是依靠钻探取样后进行室内土工实验。要取得接近天然结构的原状土样,关键在于提高取样技术和使用先进的取土器。取土器的好坏，直接影响着取样的扰动程度和取土的质量，是分析土壤信息准确性的基础保证。

软土是工程地质勘察中经常遇到的一种土类，软土的主要特点是天然含水量高、天然孔隙比大、压缩性高、抗剪强度低、灵敏度高、扰动性大、土层层状分布复杂。在对有软土分布地层的岩土工程勘察中，常常需要对软土的原状样取样分析，以使试验结果更加符合天然土层的物理和力学特性。所谓原状样，是一种在取样过程中未受外力扰动、保持原状结构的土样或岩样样品。绝对不扰动土样仅存在于理论中，实际过程中总会有少许扰动，其扰动程度可以从现场检查、测定回收率、实验评价等几个方面予以鉴定。这种扰动会破坏软土的天然结构，进而影响到土体室内测试结果的准确性。因此，如何尽量减少软土取土时对土体的扰动是一个长期困扰业界的难题。

欧美国家在取样扰动的理论研究方面开展得较早，也相对比较成熟，而日本主要在原状土取土器研制方面具有优势，目前我国广泛应用的薄壁取土器主要就是借鉴了日本的相关经验。对于原状土扰动的研究，1948年第二届国际土力学基础工程会议是一个重要的里程碑，在这次会议上，国际上的专家学者们对原状土扰动达成了比较统一的认识。在上世纪五十年代成立的取土器研究专门委员会曾对钻孔取土技术进行专业的研究，并研制出多种新型的取土器，为原状土取土器的进一步发展做出了重要的贡献。

当前在岩土工程勘察中使用的原状土取土器已有很多种类，如薄壁式取土器、厚壁式取土器、环刀式取土器等，其中薄壁式取土器壁厚仅1.25—2.00mm，一般由取土装置、吸附装置、提升-卡放装置构成，取样扰动小，质量高，在岩土勘察领域应用广泛。存在的主要问题是，薄壁式取土器在取样后多采用拔断或者扭断的方式使试样土与底土分离，这样不仅易对试样造成扰动，且易造成下部土体脱落，降低采样比；同时，取土器在向上提取试样时完全靠土样和管壁的摩擦力来维持土样，也会对土样造成一定的扰动；将土提到地面后，把试样从管壁中推出的过程，由于土与管壁的接触摩擦，又会造成土体的二次扰动。

发明内容

本实用新型的目的是在于提供了一种针对软土双层壁封闭式取土的装置，该装置结构简单、经久耐用、操作方便、稳定可靠、取土质量高，能减少试样土与底土分离造成的扰动，并避免了将试样从管壁中推出时造成的二次扰动，同时在提土时封闭管口，提高了采样比。其显著效果是极大地提高了软土的采取率，减少取样过程中的扰动指数，尤其适用于原状软土的取样，具有广泛的应用前景。

为了实现上述的目的，本实用新型采用以下技术方案：

为了克服常规取土器在软土取样时易受扰动和易逃土的缺点和不足，有必要设计一种封闭式的、采样比高的、扰动性小且装置简单、经济可行的取土的装置，用于解决软土取土时对土体的扰动和上提取土器时下部土体脱落，采样比低的技术问题，为研究原状土特性及土木工程的评价工作提供一种试验手段和技术支持。

一种针对软土的双层壁封闭式取土装置,包括外层取样管、内层取样管、断土片、提升杆、连接杆、活塞、活塞杆、销子及取土器接头。其连接关系是：外层取样管为钢质整体中空正五棱柱形管状铸造，采用连接销子固定于取土器接头上。外层取样管位于装置的最外层，与内层取样管贴壁接触。外层取样管总长度超过内取样管长度的3cm～5cm，每面分布有三个销子孔洞，外层取样管和内层取样管经由销子连接,经由销于孔洞内的销子和内层取样管连接；内层取样管由五块相同的长方形钢板沿其长边接触拼接而成，拼好后也呈中空正五棱柱形，且恰好能内嵌于外层取样管内，并一同固定在取土器接头下部，活塞可沿内层取样管内壁上下接触滑动。内层取样管每块钢板上均留有三个销子孔洞，与外层取样管上的孔洞相通。内层取样管每块钢板均配有提升杆、连接杆和断土片(见图2)，内层取样管内壁沿轴向有凸出的通孔结构，提升杆穿过通孔结构与连接杆相连接，连接杆通过断土片钢板内侧中心位置的铰接约束铰接于断土片，断土片通过铰链相连于内层取样管每块钢板的下端；断土片为三角形带刃钢板，可随着提升杆的上升而向内收拢；连接杆为钢质细杆，下端铰接于断土片，连接杆上端铰接于提升杆，起到连接断土片和提升杆的作用；提升杆为钢质杆状，作用类似插销，上部为弯折状，提升杆下部与提升杆铰接，通过内层取样管钢板上的通孔结构限制水平运动并可上下升降；活塞和活塞杆下端相连，紧贴内层取样管，边缘留有让提升杆和通孔结构通过的小孔，可在内层取样管内壁上下运动；取土器接头位于取土器的最上部，设有排气孔，通过销子与外层取样管、内层取样管上部连接固定，取土器接头中心部位预留孔洞，活塞杆穿过此孔洞与活塞连接。

上述双层壁封闭式取土器，其特点是：外层取样管和内层取样管经由销子与取土器接头连接，下样时外层取样管沿轴向向下抽出，内层取样管沿径向向外剥离，其有益效果是，通过拆卸取样管将土取出，不会对土样产生二次扰动。

上述双层壁封闭式取土器，其特点是：提升杆4通过一个连接杆与断土片连接，断土片为等边三角形，可绕一边在轴向方向自由转动，端部带刃，其有益效果是，可以让提升杆和断土片联动，实现断土和封闭端口的作用。

上述双层壁封闭式取土器，其特点是：整个装置为正五棱柱形，其有益效果是，与圆柱相比，断土片更容易紧贴壁面。

上述双层壁封闭式取土器，其特点是：在活塞与提升杆接触后，提升杆与活塞联动，其有益效果是，结构简单，不需要另外添加专门的动力装置。

上述双层壁封闭式取土器，其特点是：提升杆在内层取样管内侧，在活塞运动到一定位置时和活塞联动，其有益效果是，相较于提升杆设在内层取样管外侧，更便于提升杆和活塞直接接触。

上述双层壁封闭式取土器，其特点是：每层薄壁取样管的厚度约为1.00-1.25mm，两层取样管的总厚度约为2.00-2.50mm。

上述取土器特点是：提升杆上升距离l₁、连接杆长度l₂和断土片两个约束间的垂直距离l₃满足关系式其有益效果是，提升杆上升到最高位置时，断土片正好位于水平位置，将内层取样管底端封闭。

通过以上方案及措施设计的双层壁封闭式取土装置，是一种针对软土的多方法集成装置。该双层壁封闭式取土装置不仅有效解决了传统装置软土断土时对土体的扰动和上提取土器时下部土体脱落、采样比低的技术问题，而且解决了传统装置推土取样时产生二次扰动、影响原状土试样质量的问题，为取得Ⅰ类原状软土提供了技术支持。

本实用新型与现有技术相比，具有以下优点和效果：

本实用新型设计的一种针对软土的双层壁封闭式取土的装置，采用封闭式取样、双层管壁抗推土扰动的设计原理，利用压入取土器时机械力来切断管内试样与土体连接，提升取土器时封闭腔内土体以避免土样脱逃，在地面取出土样时用两层管壁间的摩擦代替土体与管壁间的摩擦。试样在采取过程中会受到各种各样的扰动影响，包括人为的、机械的以及不可预知因素的影响，如压入扰动、切样扰动、推土扰动等。当采用传统取土器时，通过拉拔或扭断的方式实现断土，破坏了连接部分土体的原始结构，使取土器管内土体发生局部的结构扰动。同时，传统取土器在上提取土器过程中，主要依靠管壁与土样之间的摩擦阻止逃土，这也会对软土造成一定的扰动，并造成提升过程中的逃土现象；将土提到地面后，把试样从管壁中推出的过程，由于土与管壁的接触摩擦，又会造成土体的二次扰动。本实用新型提出的针对软土的双层壁封闭式取土装置，采用封闭式取样、双层管壁抗推土扰动的设计原理，结构简单、经久耐用、操作方便、稳定可靠、取土质量高，能减少试样土与底土分离造成的扰动，并避免将试样从管壁中推出时造成的二次扰动，同时在提土时封闭管口，提高了采样比。其显著效果是极大地提高了软土的采取率，减少取样过程中的扰动指数，尤其适用于原状软土的取样，具有广泛的应用前景，将更好地满足实际地质勘察工作的需求。

图1、图2、图3为双层壁封闭式取土装置的结构原理图，其中图1为双层壁封闭式取土装置整体示意图，图2为内层取样管管壁结构图，图3为取土器断土片合拢时端口处剖面示意图。图中：1-外层取样管；2-内层取样管；3-断土片；4-提升杆；5-连接杆；6-活塞；7-活塞杆；8-销子；9-取土器接头。每层薄壁取样管的厚度约为1.00-1.25mm，两层取样管的总厚度约为2.00-2.50mm。提升杆上升距离l₁、连接杆长度l₂和断土片两个约束间垂直距离l₃满足关系式 $l_1=\sqrt{{l_2}^2-{l_3}^2}-l_2+l_3.$

附图说明

图1为双层壁封闭式取土装置整体示意图。

图2为内层取样管管壁结构图；

图3为取土器断土片合拢时端口处剖面示意图；

其中：1.外层取样管、2.内层取样管、3.断土片、4.提升杆、5.连接杆、6.活塞、7.活塞杆、8.销子、9.取土器接头。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

实施例1：

一种针对软土的双层壁封闭式取土的装置，包括外层取样管1、内层取样管2、断土片3、提升杆4、连接杆5、活塞6、活塞杆7、销子8、取土器接头9。其连接关系是：外层取样管1为钢质整体中空正五棱柱形管状铸造，外层取样管1与取土器接头9的下部相连接，位于装置的最外层，外层取样管1与内层取样管2接触，每面均留有三个销子8孔洞，长度超过内层取样管2，外层取样管1和内层取样管2经由销子8连接；内层取样管2由5块相同的长方形钢板沿长边接触拼接而成，拼好后也呈中空正五棱柱，且恰好能内嵌入外层取样管，并一同固定在装置下部，活塞6可沿钢板内壁上下接触滑动。每块钢板上均留有三个销子8孔洞，下端设铰链，内壁有凸出的通孔结构，并配有一个提升杆4、一个连接杆5和一片断土片3；断土片3位于每块钢板的下端，为三角形带刃钢板，通过铰链和内层取样管2相连，板的内侧中心位置有一铰接约束，用于连接杆5连接，而连接杆5又铰接提升杆，这样，断土片3就可随着提升杆的上升而向内收拢；连接杆5为钢质细杆(直径为2mm或3mm)，连接杆5下端铰接断土片3，上端铰接提升杆4，起到连接断土片3和提升杆4的作用；提升杆4为钢质杆状，作用类似插销，提升杆4上部为弯折状，提升杆4下部与提升杆铰接，通过内层取样管2钢板上的通孔限制水平运动并可上下升降；活塞6和活塞杆7下端相连，紧贴内层取样管2，边缘留有让提升杆4和通孔通过的小孔，可在内层取样管2上下运动；取土器接头9位于装置的最上部，设有排气孔，通过销子8与外层取样管1、内层取样管2连接固定，中心部分有活塞杆杆7径大小的孔洞。整个装置设计成正五棱柱，这样有利于断土片3与管壁的贴合；管壁有二层，外层取样管1和内层取样管2经由螺丝与取土器接头9连接，卸取时外层取样管1沿轴向向下抽出，内层取样管2沿径向向外剥离，外层取样管1起到固定和保护内层取样管2的作用；提升杆4在内层取样管2内侧，在活塞6运动到一定位置时和活塞联动，带动断土片3封闭管口；提升杆4固定在壁上，只能沿轴向上下运动，而断土片3为等边三角形，可绕一边在轴向方向自由转动，端部带刃以利于切断土样。需要注意的是，提升杆上升距离l1、连接杆长度l2和断土片两个约束间垂直距离l3满足关系式 $l_1=\sqrt{{l_2}^2-{l_3}^2}-l_2+l_3.$

Claims (3)

1.一种针对软土的双层壁封闭式取土的装置，包括外层取样管（1）、提升杆（4）、连接杆（5）、活塞（6）、活塞杆（7）、取土器接头（9），其特征在于：外层取样管（1）为钢质整体中空正五棱柱形管状，外层取样管（1）与取土器接头（9）的下部相连接，位于装置的最外层，外层取样管（1）与内层取样管（2）接触，每面均留有三个销子（8）孔洞，长度超过内层取样管（2），外层取样管（1）和内层取样管（2）经由销子（8）连接，内层取样管（2）由五块相同的长方形钢板沿长边接触拼接，拼好后呈中空正五棱柱，嵌入外层取样管（1），并一同固定在取土器接头（9）下部，每块钢板上均留有三个销子（8）孔洞，下端设铰链，内壁有凸出的通孔结构，并配有一个提升杆（4）、一个连接杆（5）和一片断土片（3），断土片（3）位于每块钢板的下端，为三角形带刃钢板，通过铰链和内层取样管（2）相连，活塞（6）和活塞杆（7）下端相连，取土器接头（9）位于装置的最上部，设有排气孔，通过销子（8）与外层取样管（1）、内层取样管（2）连接固定，外层取样管（1）和内层取样管（2）经由螺丝与取土器接头（9）连接，提升杆（4）在内层取样管（2）内侧，提升杆（4）固定在壁上。

2.根据权利要求1所述的一种针对软土的双层壁封闭式取土的装置，其特征在于：所述的连接杆（5）为钢质细杆，连接杆（5）下端铰接断土片（3），上端铰接提升杆（4），提升杆（4）为钢质杆，其上部为弯折状，下部与提升杆铰接。

3.根据权利要求1所述的一种针对软土的双层壁封闭式取土的装置，其特征在于：所述的断土片（3）为等边三角形。