JPS5855317B2 - 土質試料採取装置 - Google Patents

土質試料採取装置

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JPS5855317B2
JPS5855317B2 JP7416981A JP7416981A JPS5855317B2 JP S5855317 B2 JPS5855317 B2 JP S5855317B2 JP 7416981 A JP7416981 A JP 7416981A JP 7416981 A JP7416981 A JP 7416981A JP S5855317 B2 JPS5855317 B2 JP S5855317B2
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piston rod
fixing member
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pipe
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博之 西山
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Nittetsu Mining Co Ltd
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  • Investigation Of Foundation Soil And Reinforcement Of Foundation Soil By Compacting Or Drainage (AREA)
  • Sampling And Sample Adjustment (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、駆動装置によって回転させられる中空の掘管
と、その掘管の先端に固定され先端に掘削素子を有する
外管と、その外管の内部に配置され先端に刃を有する内
管と、内管の内部に固定され試料を収納するためのサン
プルチューブとを有する土質試料採取装置に関する。
一般に地質調査は、地中から採取した不撹乱試料すなわ
ち地中に在った11の状態で取り出された試料を観察す
ることによって行なわれてかり、上記装置はその不撹乱
試料を採取するためのものである。
従来、不撹乱試料を採取するに際しては、固定ピストン
式シンウオールサンプラー、フォイルサンプラー、又は
デニソン型サンプラー等の各サンプラーを用いる採取装
置が用いられてかり、それらの採取装置はそれぞれ以下
に述べろような性質を有している。
固定ピストン式シンウオールサンプラーな用いる採取装
置は、掘管に回転を与えず、かつ掘管内に循環流体を通
わせること無くして地層の掘削を行なう装置である。
この装置については、それを適用することのできる地層
がN値4以下の比較約款いものに限定され、さらに掘削
深さも20〜30mと比較的浅い範囲に限定される。
フォイルサンプラーを用いる採取装置に関しては、サン
プラー自体が大型かつ高価であり、又適用可能な地層の
N値も上記固定ピストン式シンウオールサンプラーを用
いろ採取装置と同様に4以下に限定される。
デニソン型サンプラーは、外管及びその外管内にベアリ
ング等を介して配置された陶管を有してかり、このサン
プラーを用いる採取装置は、外管を回転させしかし内管
は常に不回転の状態を維持させ(したがって、内管をオ
ープンドライブサンプラーとして作用させ)、かつ外管
と内管との間隙から循環流体を放出させながら地層の掘
削を行なうものである。
この装置の適用条件は、N値が4〜15、掘削深さが約
80m程度1でであり、したがってこの装置は、上記固
定ピストン式シンウオールサンプラー及びフォイルサン
プラーのそれぞれを用いる採取装置に比較して、広範囲
なN値を有する地層に適用することが可能であり、又掘
削深さもより深くすることが可能である。
しかしながら、この装置に釦いては内管に特別の回り止
め装置が設けられていないので、外管が回転する際その
外管の先端が内管に接触すること等の理由により、内管
も回転してし1い、よって採取した試料にねじれが生じ
たり、又内管の管壁が薄いので試料に大きな歪が生ずる
という欠点がある。
本発明は上記欠点を除去することにより、より広範囲な
N値を有する地層に適用することができ、かつ確実に不
撹乱試料を採取することのできる試料採取装置を提供す
ることを目的とする。
以下、本発明をその実施例を示す図面に基づいて説明す
る。
第1図ば、本発明に係る土質試料採取装置の1実施例を
用いて掘削作業すなわち試料採取作業を行なった場合の
状態を示す全体図である。
同図に釦いて、大地1の地表1aKば駆動装置2が設置
されている。
駆動装置2はモータ3、伝動装置4、及びモータ3と伝
動装置4との間に張設されたベルト5より戒ってわり、
上記伝動装置4は、試錐孔6内を垂下する掘管7を担持
している。
モータ3の回転はベルト5によって伝動装置4に伝えら
れ、それによって伝動装置4に担持される掘管7は回転
する。
かく回転する掘管Tの下端にはサンプラー8が接続され
ている。
このサンプラー8は、後記詳述するが、掘削素子として
のメタルクラウンを有する外管9と、その外管9内に格
納される内管10と、その内管10の内部に取り付けら
れたサンプルチューブ11とを有している。
外管9は掘管7と共に回転するが、その際外管9に付設
された上記メタルクラウンによって試錐孔底6aは掘削
され、同時にサンプラー8は、自重又は必要に応じて設
けられる油圧装置(図示せず)により、大地1中をさら
に降下する。
掘管7は、予めその内部が軸方向に中空となってかり、
その中空部にはピストンロッド12が挿入すれている。
このピストンロッド12は掘管7を貫通してサンプラー
8内へと達しているがそのサンプラー8内にかいて、ピ
ストンロッド12の下部には内管10が係合している。
ただしこの場合、内管10は、ピストンロッド121C
対してその軸方向には移動可能であるが、その軸周りに
は回転しないようになっている。
この方法については後記サンプラー8の説明に公いて詳
述する。
サンプラー8は外管9の回転に従って降下するが、その
際サンプルチューブ11内には試料が収納される。
しかしながらそのときに、内管10及びそれに取り付け
られたサンプルチューブ11が回転してし1うと、前述
したように、サンプルチューブ11内の試料にねじれ又
は歪が生ずる。
したがって、本土質試料採取装置には、内管10及びサ
ンプルチューブ11の上記回転を防止するためのロッド
固定装置13が設けられている。
ロッド固定装置13はやぐら14と、そのやぐら14の
頂部14aから垂下するターンバックル15と、そのタ
ーンバックル15の下端に連結されたU字部材16と、
そのU字部材160両腕先端に設けられた穴を貫通する
棒材17とを有している。
尚、前記ピストンロッド12の上端部には、予め軸と直
交する方向に貫通穴が設けられて卦り、上記棒材17は
その貫通穴に差し込1れている。
このように、ピストンロッド12は、棒材17、U字部
材16、及びターンバックル15を介してやぐら14に
保持されることになる。
さらに、やぐら14の頂部14aの近傍には、内方へ突
出するブラケツ)18a、18bが取り付けられて釦り
、これらのブラケットはその内側板18a′18b′内
に長手方向に延在する長穴を有している。
第2図は第1図中の矢視Aに従い、ブラケット18aに
設けられた長穴19を示す図であり、との長穴19の巾
は前記棒材17の外径よりもわずかに広くなっている。
尚、図では一方のブラケット18aについてのみ示しで
あるが、他方ノフラケツ)18bも全く同一の構造とな
っている。
又、図中に示したその他の部材は第1図に同一符号を用
いて示した部材と同一である。
第1図及び第2図に示すように、棒材17はブラケツN
8a、18bの長穴に嵌合されているので、その棒材
17は上下方向へは自由に移動することが可能であるが
、ターンバックル15を中心とする回転はできない。
したがって、棒材17に保持されるピストンロッド12
並びにそのピストンロッド12の下部に係合された内管
10及びサンプルチューブ11は回転することがない。
それ故、外管9が回転しても内管10及びサンプルチュ
ーブ11は回転せず、よってサンプルチューブ11内に
収納される試料にはねじれ又は歪が生じない。
第1図にかける符号20は掘管7内へ圧縮空気を送り込
むためのコンプレッサであり、又、符号21ばコンプレ
ッサ20からホース22を経て給送される圧縮空気中へ
界面活性液を注入するための自動注入装置である。
圧縮空気と界面活性液との混合流体は、ホース22から
スイベルジヨイント23を介して掘管7内へ送り込1れ
る。
掘管I内へ送り込すれた混合流体は、掘管7及び外管9
内を流下した後、外管9と内管10との間隙より試錐孔
底6aへ向は放出され、さらに孔口6bよす外部へ排出
される。
このように管内及び試錐孔内を循環する混合流体(循環
流体)は掘屑の排除と掘削素子の冷却の役目を果たす。
以上説明したように、本実施例に釦げる土質試料採取装
置に釦いては、ピストンロッド12すなわち内管10が
、ロッド固定装置13の作用によって回転規制されてい
るので、掘削作業中外管9が回転しても内管10及びそ
れに付設のサンプルチューブ11は回転しない。
では、次に内管10及びサンプルチューブ11の上記不
回転を達威し得るサンプラー8の構成を、図を用いて詳
細に説明する。
第3図は、サンプラー8の内部構造を示す側断面図であ
り、外管9はカップリング24、ヘッドカップリング2
5、及びロッドカップリング26を介して掘管7に接続
されている。
尚、外管9の先端にはメタルクラウン27が取り付けら
れている。
固定装置13(第1図)に保持され掘管7内ヲ貫通する
ピストンロッド12は、上記ロッドカップリング26、
ヘッドカップリング25、カップリング24、及び外管
9内を垂下し、そしてそノ先端にワン皮28.29を備
えるピストン30を有している。
上記カップリング24の底部は、中心に貫通穴を有し、
かつその中心貫通穴以外にも複数個(図では2個)の貫
通穴31a、31bを有する振れ止め部32を形成しで
おり、その中心貫通穴内には、ベアリング33を介して
固定部材34の上部部′が嵌挿される。
固定部材34の上端部はねじを形成してふ・す、そのね
じ部にはナツト35a、35bが取り付けられている。
この構成により、固定部材34は振れ止め部32によっ
てその振れが防止されるが、固定部材34の回転移動及
び軸方向移動はベアリング330作用によって結果的に
何等の拘束も受けないに等しい。
このように、固定部材34は自由に軸方向移動可能であ
るが、振れ止め部32の底部にはスラストベアリング3
6及びベアリングカバー37が設けられ、さらにそのベ
アリングカバー31と固定部材34の上面との間には圧
縮はね38が取り付けられているので、固定部材34は
常に下方へ偏倚されている。
固定部材34の中心には貫通穴が設けられて釦り、ピス
トンロッド12はその中心貫通穴内を垂下するが、固定
部材34に設けられる上記中心貫通穴は、第4図に示す
ように、下部34aが断面6角形状でその上部34bが
断面円形状となっている。
第5図は上記断面形状の相関関係を示す図であり、中心
貫通穴上部34bの円形断面図は、下部34aの6角形
断面に外接している。
第4図に釦いて、固定部材34の外周面39にはねじが
形成され、さらにその内部には複数(図では2個)の貫
通穴40.41が設けられている。
第3図にかいて、外管9内に格納される内管10の上端
内周には、上記固定部材34の周面39(第4図)に形
成されたねじと噛み合うねじが形成されて釦り、内管1
0はそれらのねじの噛み合いによって固定部材34に締
結されている。
ただし、固定部材34及び内管10に設けられる上記ね
じは、内管10が掘管7及び外管9の回転方向と同一の
方向へ回転しようとするときには、その噛み合いが強す
るようになっている。
すなわち、仮に掘管7及び外管9が図中上方から見て正
時計方向へ回転する場合には、上記ねじとしては左ねじ
、すなわち左に回したときに締め付は作用を呈するねじ
が採用される。
これは、外管90回転により内管10はその外管90回
転方向と同一方向に回転しようとするので、その際に固
定部材34と内管10の締結がゆる1ないようにするた
めである。
内管10の先端には刃42が、そしてその内管10の内
部にはサンプルチューブ11が取り付けられるが、それ
らの固定はねじ止めによって行なわれている。
第6図は七のねじ止めの状態を示して公り、刃42及び
サンプルチューブ11はねじ43によって内管10に固
定されている。
尚、同図に釦ける符号9は外管、符号2−1はメタルク
ラウンである。
本例にかける刃42は工具鋼等の硬質材料からできてか
り、それにより本例による装置は硬い地層にも適用可能
となっている。
第3図に卦いて、ピストンロッド12の最下端に固定さ
れたピストン30に装着されているワン皮28.29は
、サンプルチューブ11の内周面及び刃42の内周面に
接触する。
以上の説明かられかるように、固定部材34及びそれに
固定された内管10とピストンロッド12とは、軸方向
に相対移動が可能であるが、今、ピストン30の先端3
0aと刃42の先端42aとが面一の状態となった場合
に釦いて、固定部材34の中心貫通穴の断面境界線L(
第4図)からピストン30の上面30bに至る範囲のピ
ストンロッド12aは、その断面が固定部材34の下部
貫通穴34aに嵌合し得る断面6角形状となっている。
このように、ピストンロッド12の下部12aは断面6
角形状とたっているが、それより上方の部分12bは断
面円形状とたっている。
この構成により、固定部材34は、ピストンロッド12
に沿って軸方向移動は可能であるが、ピストンロッド1
2の周りの回転はできないようになっている。
又、図中の符号44は、固定部材34の中心貫通穴と直
交して設けられた穴45内に挿入された圧縮ばねを示し
、符号46は上記圧縮ばね44のばね力によって常にピ
ストンロッド12を押圧するボールを示している。
一方、ピストンロッド12の断面6角形状部12aのピ
ストン30に近い位置には、上記ボール46と嵌合し得
るぐぼみ47が設けられている。
前述の通り、固定部材34はピストンロッド12に対し
て軸方向移動が可能であるが、仮に固定部材34が図示
の状態より下方へ移動してボール46がくぼみ47には
1り込むと、それ以降は固定部材34とピストンロッド
12との間の相対移動はできない。
以上がサンプラー8の構成についての説明であるが、以
下にその作用を第1図に示した全体構成と関連付けて説
明する。
サンプラー8は、適宜の長さのピストンロッド12及び
掘管7を継ぎたしなから試錐孔6内を降下される。
この場合、ピストンロッド12及び掘管7の上記継ぎた
しは、それらの両端に雄ねじ及び雌ねじを形成し、それ
らを次々にねじ装着することによって行なわれる。
ただし、特にピストンロッド12に形成されるねじは、
前記した固定部材34と内管10との締結の場合と同様
に、そのピストンロッド12が外管9すなわち掘管7の
回転方向と同一方向へ回転しようとするときには、その
噛み合いが強するようになっている。
かく降下されるサンプラー8につきその内部のピストン
30が試錐孔底6aに達すると、上記降下作業は終わる
そして、ピストンロッド12の上端はロッド固定装置1
3に連結され、同時に掘管7は伝動装置4に担持される
次に、コンプレッサ20及び界面活性液注入装置21が
作動され、掘管7内へ循環流体が送り込寸れる。
かく送り込1れる循環流体は、サンプラー8内にかいて
、ロッドカップリング26、ヘッドカップリング25、
カップリング24の各内周面を伝わり、さらにカップリ
ング24の振れ止め部32内に設けられた貫通穴31a
、31bを経て外管9の内周面に沿って流下した後、メ
タルクラウン27と刃42との間隙から試錐孔底6aへ
向は放出される。
尚、この場合刃42の先端42aは、圧縮はね38の作
用の下に、ピストン30の先端30aと面一の状態にあ
る。
以上の作業が完了すると掘管7及びそれに固定された外
管9は、伝動装置4によって回転駆動され、これにより
掘削が開始される。
外管9及び内管10は掘削に伴なって降下するが、その
際ピストン30は定置であるので、結果的にはピストン
30が、ワン皮28及び29を刃42又はサンプルチュ
ーブ11に摺接させながら、内管10内を上昇すること
に等しくなる。
よって、試料はサンプルチューブ11内に徐々に収納さ
れる。
その際、ピストン30及びそれに付設されたワン皮28
゜29によって作り出されるサンプルチューブ11内の
気密性は、採取さ九る試料内への流水防止及び採取した
試料の落下防止の用を威す。
又、サンプルチューブ11内のピストン30より上方部
の空気は、固定部材34の降下に応じ、貫通穴40゜4
1を介して固定部材34の上方へと押し出され、さらに
その押し出された空気は、外管9の内周壁を降下する循
環流体に混合され、メタルクラウン27と刃42との間
隙から放出されろ。
以上に述べた試料採取作業時、内管10及びサンプルチ
ューブ11が取り付けられた固定部材34は、下部中心
貫通穴34a(第4図)と下部ピストンロッド12aと
の嵌合により、ピストンロッド12に対して不回転であ
る。
その上、ピストンロッド12はその上端に卦いて固定装
置13(第1図)によって不回転に保持されている。
したがって、サンプルチューブ11は常に不回転の状態
に保持されて釦り、よってそのサンプルチューブ11内
に収納される試料にねじれ又は歪は生じない。
固定部材34がさらに降下し、固定部材34内のボール
46が下部ピストンロッド12aのくぼみ47に達し、
さらに両者が嵌合する状態となった時点で試料採取作業
は終了する。
ソノ後、掘管7の回転は停止され、ピストンロッド12
がロッド固定装置13(第1図)からばずされ、さらに
掘管7及びピストンロッド12が引き揚げられ、そして
サンプラー8が地上に回収される。
その際、固定部材34とピストンロッド12とは、ボー
ル46及びそれに嵌合するくぼみ47によってロック状
態にあるので、ピストン30によって試料が落下するこ
とはない。
かく回収すれたサンプラー8については、外管9がカッ
プリング24から取り外され、次いでねじ43(第6図
)を外すことによってサンプルチューブ11が取り外さ
れる。
かくしてサンプルチューブ11内に収納された試料が得
られる。
この場合、サンプルチューブ11は内管10から真直に
引き抜くことができるので、サンプルチューブ11内の
試料を徒にねじることもない。
上記サンプルチューブ11の材質としては種々のものが
適用可能であるが、特にこれをアクリル透明管とすると
任意個所の切断及び写真撮影等に関して有利となる。
本実施例による土質試料採取装置を用いて行なった掘削
試験によれば、この装置はN値O〜40という広範囲な
種類の地層に適用でき、さらに深さ80mの掘削を行な
った場合であってもねじ又は歪のない試料を採取するこ
とができた。
以上の説明は、外管9、内管10、及びサンプルチュー
ブ11を有する3重管型サンプラーについて本発明を適
用した実施例に関するものであるが、本発明はその他種
々のサンプラーに適用することが可能である。
例えば、砂等の軟弱地盤の孔壁崩壊対策として、掘管7
及び外管9の外部に保孔管を設け、その保孔管をその先
端がメタルクラウン27の先端よりやや上方位置となる
ように配置し、保孔管並びに掘管及び外管を同時に回転
させながら掘削作業を行なう方式のいわゆる4重管型サ
ンプラーは、すでに本出願人により周知のところである
が、本発明がこの4重管型サンプラーに適用可能である
ことは明らかである。
また、本実施例に)いては循環流体として圧縮空気と界
面活性液との混合流体を使用しているが、これに限られ
ることはなく、従来周知の循環水を用いても一面に差し
支えたい。
以上のように、本発明によれば、外管の回転による掘削
作業中に釦いて、試料を採取すべきサンプルチューブ及
び内管は常に不回転の状態を維持することが可能となり
、よって試料にねじれ又は歪が生ずることがない。
したがって、土質試料採取装置はより広範囲なN値を有
する地層に適用することができ、かつ確実に不撹乱試料
を採取することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の1実施例を示す土質試料採取装置の全
体側面図、第2図はロッド固定装置13のブラケット1
8aを示す図、第3図は本発明によるサンプラー8を示
す側断面図、第4図は第3図中の固定部材34を示す側
断面図、第5図は固定部材34の中心貫通穴を示す平面
図、第6図は第3図中の内管10、刃42、及びサンプ
ルチューブ11の取り付は状態を示す側断面図である。 2・・・1駆動装置、7・・・掘管、9・・・外管、1
0・・・内i、11・・・サンプルチュー7’、12・
・・ピストンロッド、12a・・・ピストンロッド下部
、13・・・ロッド固定装置、27・・・掘削素子(メ
タルクラウン)、30・・・ピストン、32・・・振れ
止め部、34・・・固定部材、34a・・・固定部材の
下部中心貫通穴、42・・・刃、44・・・ばね、46
・・・ボール 47・・・くぼみ。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 駆動装置によって回転させられる中空の掘管と、そ
    の掘管の先端に固定され先端に掘削素子を有する外管と
    、その外管の内部に配置され先端に刃を有する内管と、
    内管の内部に固定され試料を収納するためのサンプルチ
    ューブとを有する土質試料採取装置に卦いて、上記掘管
    内を貫通し下端にピストンを有するピストンロッドと、
    そのピストンロッドに嵌合する中心貫通穴を有し上記内
    管が固定される固定部材と、上記外管と固定関係を成す
    ように配置され上記固定部材を回転自在に保持しかつそ
    の固定部材の振れを防止する振れ止め部と、ピストンロ
    ッドの上端をそのピストンロッドが回転しないように保
    持するロッド固定装置とを有し、上記ピストンロッドの
    下部が断面欠円状に形成され、かつそのピストンロッド
    に嵌合する上記固定部材の中心貫通穴の1部も対応する
    断面欠円状に形成され、両断面欠円状部が嵌合すること
    によりピストンロッドと固定部材とが和動回転しないこ
    とを特徴とする土質試料採取装置。 2 ピストンロッド下部の欠円状断面と固定部材の中心
    貫通穴の欠円状断面が6角形状断面であることを特徴と
    する特許請求の範囲第1項に記載の土質試料採取装置。 3 サンプルチューブをアクリル樹脂の透明管としたこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第1項又は第2項に記載
    の土質試料採取装置。 4 固定部材内に釦いてばね力により中心貫通穴の内部
    へ偏倚されるボールを内装し、一方ピストンロッドの下
    部にそのボールに嵌合し得るくぼみを設けたことを特徴
    とする特許請求の範囲第1項ないし第3項の1つに記載
    の土質試料採取装置。 5 外管の外部に、先端が掘削素子の先端よりやや上方
    位置となるように保孔管を配置し、外管及び保孔管を同
    時に回転させることを特徴とする特許請求の範囲第1項
    ないし第4項の1つに記載の土質試料採取装置。 6 固定部材と内管とが各々の端部に形成されたねじに
    よって固定され、かつそのねじは内管が掘管の回転方向
    と同一方向に回転するときに上記両者を締め付ける作用
    を呈することを特徴とする特許請求の範囲第1項ないし
    第5項の1つに記載の土質試料採取装置。 I 上記ピストンロッドが適宜の長さの小部分をねじ装
    着することにより権威されて釦り、かつそのねじはそれ
    らピストンロッドの小部分が上記掘管の回転方向と同一
    方向に回転するときにそれらを締め付ける作用を呈する
    ことを特徴とする特許請求の範囲第1項ないし第6項の
    1つに記載の土質試料採取装置。
JP7416981A 1981-05-19 1981-05-19 土質試料採取装置 Expired JPS5855317B2 (ja)

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JP6108675B2 (ja) * 2012-03-19 2017-04-05 一般財団法人電力中央研究所 コア回転防止機構を備えるボーリングコア採取装置
JP7109857B2 (ja) * 2018-05-08 2022-08-01 興亜開発株式会社 ロータリー式多重管サンプラー及びこれに用いられるスイベルヘッド

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JPS57190899A (en) 1982-11-24

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