CN204286850U - 一种原状冻土取样装置 - Google Patents

Abstract

一种原状冻土取样装置，包括：取土套杆，其包括，取土管、外锥接头、内锥接头，所述取土管的另一端设有取土装置，且该取土管的外壁设有第一螺旋叶片，所述外锥接头的内壁延伸出一环状卡块，所述内锥接头的一端固定设有推板，另一端于环状卡块穿出；推杆，其一端与电机转轴传动连接，另一端与内锥接头连接，所述推板通过推杆沿取土套管内壁上下移动；钻杆，其外壁设有第三螺旋叶片，且所述钻杆其一端与推杆或电机转轴连接，另一端固定设有钻头。本实用新型提供的一种原状冻土取样装置，既可以进行原状冻土取样，又可以进行冻土层钻孔，在取样结束后可以通过推板将试样从取土管中完整推出，具有操作方便、省时省力、功能多样化的优点。

Description

一种原状冻土取样装置

【技术领域】

本实用新型涉及一种土壤取样装置，具体涉及一种原状冻土取样装置。

【背景技术】

冻土是指零摄氏度以下，并含有冰的各种岩石和土壤。一般可分为短时冻土(数小时/数日以至半月)/季节冻土(半月至数月)以及多年冻土(又称永久冻土，指的是持续二年或二年以上的冻结不融的土层)。地球上多年冻土/季节冻土和短时冻土区的面积约占陆地面积的50％，其中，多年冻土面积占陆地面积的25％。我国约有98.9％的面积分别被不同类型的冻土所覆盖，其中对工程建设影响较大的多年冻土和季节冻土区的面积占国土总面积的75％，季节冻土区面积513.7×10⁴平方千米，约为国土总面积的53.5％多年冻土约为国土总面积的20％。冻土是由土的固相颗粒、冰、未冻水、气体等组成的多相体系，它的许多物理力学性质与土体内部结构、含水率、土体温度和所处的环境密切相关，是一种对温度十分敏感且性质不稳定的土体，含有丰富的地下冰。因此，冻土具有流变性，其长期强度远低于瞬时强度特征。正由于这些特征，在冻土区修筑工程构筑物就必须面临两大危险：冻胀和融沉。因此，对冻土物理力学性质的研究一直是我国十分重视的课题。目前，常用的取土器一般为环刀或原状取土管，采用环刀对土壤进行取样时，需在环刀内部涂抹一层凡士林，然后在取样地表先挖掘剖面坑，存在着操作复杂、劳动强度大、取土效率低等缺点，且环刀仅适用于非冻土取样。原状取土管虽然操作相对简单、节约了部分劳动力、取土效率高的优点，且可以针对冻土进行取样，然而存在着在土样取出后推出困难、分离精准度低、土样易于破坏等缺点，在需要对最大冻深进行研究时，由于土壤冻结程度高，原状取土管无法进入冻土深处进行取样，原状导致试样无法取出问题。

【发明内容】

针对现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种原状冻土取样装置，解决了现有技术中冻土取样时试样无法取出的问题。

本实用新型是通过以下技术方案实现的，提供一种原状冻土取样装置，其与电机转轴传动连接，包括：推杆、取土套管或钻杆，所述推杆于取土套管内上下移动；

所述取土套杆包括：取土管、与取土管一端固定连接的外锥接头、内锥接头，所述取土管的另一端设有取土装置，且所述取土管的外壁设有第一螺旋叶片，所述外锥接头的内壁延伸出一环状卡块，所述内锥接头的一端固定设有推板，另一端于环状卡块穿出；

所述推杆一端与电机转轴传动连接，另一端与内锥接头连接，所述推板通过推杆沿取土套管内壁上下移动；

所述钻杆的外壁设有第三螺旋叶片，且所述钻杆其一端与推杆或电机转轴连接，另一端固定设有钻头。

特别的，所述取土装置包括：环形外壁、环形内壁、第一楔块、第二楔块，所述环形内壁于环形外壁内旋转；

所述环形内壁的一端与取土管固定连接，另一端靠近环形外壁的一侧设有环形缺口，远离环形外壁的一侧形成一环状凸起，该环状凸起上设有与第一楔块对应的孔，该孔的截面为锥形，所述环形缺口内沿圆周均匀设有三个刀头，该刀头较环形外壁边缘高；

所述第一楔块沿环形缺口圆周设于相邻两个刀头之间，且该第一楔块上设有台阶面，该台阶面与环形内壁之间设有弹簧，所述第一楔块通过弹簧沿孔移动，且所述第一楔块靠近环形外壁的一端形成一第一斜面；

所述第二楔块固定设于环形外壁上，且该第二楔块远离环形外壁的一侧形成一与第一斜面相对应的第二斜面。

特别的，所述钻头两侧边夹角为90°，所述钻头的材质为硬质合金。

特别的，所述推杆外壁上设有螺旋槽，该螺旋槽内卡设有与第二旋转叶片。

相较于现有技术，本实用新型提供的一种原状冻土取样装置，具有以下优点：1、取样时，将内锥接头与外锥接头通过活动销固定，使推杆与取土套管固定连接，增加了取土套管的长度，可以取更深处的土壤试样；2、在进行取样时，可以使非需要土壤沿螺旋叶片排出地表；3、可以使取样结束后，取下活动销，电机工作，推板在电机的作用下，带动推板运动，使土壤试样在推板的作用下被退出取土套管，取出的土壤试样完整；4、在需要对更深土层冻土进行研究时，先采用钻杆钻取到需要取样土层，然后更换取土套杆进行取样，具有省时省力的优点；5、既可以对冻土进行取样，又可以对冻土层进行钻孔，实现了装置功能多样化。

【附图说明】

图1为本实用新型一种原状冻土取样装置中取土套管结构示意图；

图2为本实用新型一种原状冻土取样装置中推杆结构示意图；

图3为本实用新型一种原状冻土取样装置中钻杆结构示意图；

图4为本实用新型一种原状冻土取样装置的第一装配图；

图5为本实用新型一种原状冻土取样装置的第二装配图；

图6为本实用新型一种原状冻土取样装置中钻头的一侧面结构示意放大图；

图7为本实用新型一种原状冻土取样装置中取土装置的一侧面结构示意放大图；

图8为本实用新型一种原状冻土取样装置图7的B-B处截面图；

图9为本实用新型一种原状冻土取样装置图7的C处局部放大图。

【具体实施方式】

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本实用新型进一步详细说明。

请参阅图1-图9，本实用新型提供一种原状冻土取样装置，其与电机转轴(图中未绘示)传动连接，包括：推杆9、取土套管1或钻杆11，所述推杆9于取土套管1内上下移动；

所述取土套杆1包括：取土管2、与取土管2一端固定连接的外锥接头3、内锥接头4，所述取土管2的另一端设有取土装置5，且所述取土管2的外壁设有第一螺旋叶片6，所述外锥接头3的内壁延伸出一环状卡块7，所述内锥接头4的一端固定设有推板8，另一端于环状卡块7穿出；

所述推杆9一端与电机转轴传动连接，另一端与内锥接头4连接，所述推板8通过推杆9沿取土套管1内壁上下移动；

，所述钻杆11的外壁设有第三螺旋叶片24，且所述钻杆11的一端与推杆9或电机转轴连接，另一端固定设有钻头12，通过钻杆12的设置实现了该装置功能多样化，既可以钻孔又可以针对更深冻土层进行取样。

特别的，由于冻土比较坚硬，为了提高取样装置的使用寿命，同时为了避免在进行冻土研究时，取土装置5取到空样，即未取到冻土试样，所述取土装置5包括：环形外壁10、环形内壁15、第一楔块18、第二楔块19，所述环形内壁15于环形外壁10内旋转；

由于刀头17在使用一段时间后需要进行更换，为了便于刀头17的更换，同时避免在更换刀头17时缩短取土管2的使用寿命，所述环形内壁15的一端与取土管2螺纹固定连接，另一端靠近环形外壁10的一侧设有环形缺口16，远离环形外壁10的一侧形成一环状凸起20，该环状凸起20上设有与第一楔块18对应的孔22，该孔22的截面为锥形，所述环形缺口16内沿圆周均匀设有三个刀头17，该刀头17于环形缺口16伸出；

所述第一楔块18沿环形缺口16圆周设于相邻两个刀头17之间，且该第一楔块18上设有台阶面25，该台阶面25与环形内壁15之间设有弹簧26，所述第一楔块18通过弹簧26沿孔22移动，且所述第一楔块18靠近环形外壁10的一端形成一第一斜面21；

所述第二楔块19固定设于环形外壁10上，且该第二楔块19远离环形外壁15的一侧形成一与第一斜面21相对应的第二斜面23；

于工作时，取土装置5在电机的作用下正转，环形内壁15在取土装置5的作用下跟着正转，而环形外壁10未发生转动，此时第一楔块18与第二楔块19脱离，第一楔块18在弹簧22的作用下移动到环形缺口16内，当刀头17的侧面与第二楔块19接触后，环形外壁10与环形内壁15一起在电机的作用下正转，待取冻土试样进入取土管2；之后取土装置5在电机的作用下反转，环形内壁15在取土装置5的作用下跟着反转，而环形外壁10未发生转动，此时第一楔块18旋转到第二楔块19的位置后，在第一斜面21与第二斜面23的作用下，第一楔块18与第二楔块19相互挤压，弹簧22受到压力后收缩，第一楔块18在弹簧的作用下沿孔22伸出环形内壁15,直至第一楔块18的台阶面被孔22卡住为止，此时第一楔块18伸出孔22的部分将取得的冻土试样卡住，从而避免了在冻土取样时取得空样而重复劳动，增加劳动力的问题。

特别的，为了便于在钻孔时，提高钻杆11的工作效率，所述钻头12两侧夹角A为90°，所述钻头12的材质为硬质合金。

特别的，为了便于钻孔或在更深土层取样时，非需要土壤排出地表，从而提高工作效率，所述推杆9外壁上设有螺旋槽13，该螺旋槽13内卡设有与第二螺旋叶片14，于工作时，在进行钻孔或冻土取样时，将第二螺旋叶片14沿螺旋槽13安装于推杆上，需要将取土管2中的试样推出时，取下第二螺旋叶片14，在电机的作用下将试样推出即可。

工作过程：

1、在对较浅冻土进行取样时，将取土管2与电机转轴连接，电机开启，取土套管1在刀头5的作用下进入冻土层，同时在第一螺旋叶片6的作用下，将部分非需要土壤带出地表，待取样结束后，电机反向旋转，取土套管1在电机的作用下取出，电机停止工作，之后将取土套管1与电机分离，将推杆9的一端与电机转轴连接，另一端与内锥接头4连接(此时，钻杆11上无需安装第二螺旋叶片)，拔出活动销，电机开始工作，推杆9在电机的作用下旋转，推板8在推杆9的作用下将土壤试样推出取土套管1。

2、在对较深冻土进行取样时，将第二螺旋叶片14通过螺旋槽13固定于推杆9上，然后将推杆9的一端与电机转轴连接，另一端与内锥接头4连接，电机开始工作，取土套管1在刀头5的作用下进入冻土层，同时在第一螺旋叶片6及第二螺旋叶片14的作用下，将部分非需要土壤带出地表，待取样结束后，电机反向旋转，取土套管1在电机的作用下取出，电机停止工作，拔出活动销，取下推杆9上的第二螺旋叶片14，电机开始工作，推杆9在电机的作用下旋转，推板8在推杆9的作用下将土壤试样推出取土套管1，取出的土壤试样完整、无污染。

3、在需要对冻土进行钻孔时，将钻杆11一端与电机转轴连接，电机开始工作，钻杆11在刀头5的作用下进入冻土，钻出的土壤在第三螺旋叶片24的作用下被带出地表，此时，若是钻孔深度达到要求，电机反转，将钻杆11从冻土中退出，完成钻孔；若需要对更深冻土层进行钻孔，将电机与钻杆11分离，将推杆9一端与钻杆11连接，另一端与电机转轴连接，电机开始工作，钻杆11在推杆9的作用下继续进行钻孔，钻出的土壤在第三螺旋叶片24与第二螺旋叶片14的作用下被带出地表，钻孔深度要求达到要求后，电机反转，钻杆11与推杆9退出冻土，电机停止工作；若需要对更深冻土进行钻孔，可以继续在电机与上一推杆9之间设置推杆9，直至所钻孔达到要求为止。

需要说明的是，本实用新型提供的一种原状冻土取样装置，不仅可以对原状冻土进行取样，也可以对任何需要研究的土壤进行取样，适用性广，对本领域的技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。

Claims (4)

1.一种原状冻土取样装置，其与电机转轴传动连接，其特征在于，包括：推杆(9)、取土套管(1)或钻杆(11)，所述推杆(9)于取土套管(1)内上下移动；

所述取土套杆(1)包括：取土管(2)、与取土管(2)一端固定连接的外锥接头(3)、内锥接头(4)，所述取土管(2)的另一端设有取土装置(5)，且所述取土管(2)的外壁设有第一螺旋叶片(6)，所述外锥接头(3)的内壁延伸出一环状卡块(7)，所述内锥接头(4)的一端固定设有推板(8)，另一端于环状卡块(7)穿出；

所述推杆(9)一端与电机转轴传动连接，另一端与内锥接头(4)连接，所述推板(8)通过推杆(9)沿取土套管(1)内壁上下移动；

所述钻杆(11)的外壁设有第三螺旋叶片(24)，且所述钻杆(11)的一端与推杆(9)或电机转轴连接，另一端固定设有钻头(12)。

2.根据权利要求1所述的一种原状冻土取样装置，其特征在于，所述取土装置(5)包括：环形外壁(10)、环形内壁(15)、第一楔块(18)、第二楔块(19)，所述环形内壁(15)于环形外壁(10)内旋转；

所述环形内壁(15)的一端与取土管(2)固定连接，另一端靠近环形外壁(10)的一侧设有环形缺口(16)，远离环形外壁(10)的一侧形成一环状凸起(20)，该环状凸起(20)上设有与第一楔块(18)对应的孔(22)，所述环形缺口(16)内沿圆周均匀设有三个刀头(17)；

所述第一楔块(18)沿环形缺口(16)圆周设于相邻两个刀头(17)之间，且该第一楔块(18)上设有台阶面(25)，该台阶面(25)与环形内壁(15)之间设有弹簧(26)，所述第一楔块(18)通过弹簧(26)沿孔(22)移动，且所述第一楔块(18)靠近环形外壁(10)的一端形成一第一斜面(21)；

所述第二楔块(19)固定设于环形外壁(10)上，该第二楔块(19)远离环形外壁(15)的一侧形成一个与第一斜面(21)相对应的第二斜面(23)。

3.根据权利要求1所述的一种原状冻土取样装置，其特征在于，所述钻头(12)两侧边夹角(A)为90°，所述钻头(12)的材质为硬质合金

4.根据权利要求1所述的一种原状冻土取样装置，其特征在于，所述推杆(9)外壁上设有螺旋槽(13)，该螺旋槽(13)内设有第二旋转叶片(14)。