CN105547743B - 原状土体取样装置以及取样方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种原状土体取样装置以及取样方法,属于岩土勘探工程技术领域,提供一种对原状土体扰动小,不易造成取样土体松散,便于原状土体取样、封装以及后期运输、转移的原状土体取样装置以及原状土体取样方法。所述装置包括两端开口的取样筒体和施力器,所述施力器包括套环和传力把手;在取样筒体顶部的外周壁上设置有卡环凸起,所述卡环凸起低于取样筒体的顶部端面,所述套环可拆卸的套在卡环凸起上方的取样筒体上。本发明所述的装置,其结构简单,可将取样筒体完全压入土体表面以下,使原状土体能完全充满整个取样筒体,有效避免了土体松动的情况;也便于手动施力,降低施力过程中对土体原状的扰动,提高原状土体的取样成功率。
Description
技术领域
本发明属于岩土勘探工程技术领域,尤其涉及一种原状土体取样装置以及取样方法。
背景技术
随着建筑、市政、交通等行业大型工程建设的加快,勘测设计水平得到了快速发展,对采取土体试样的要求也随之提高,目前对于取样土体,往往要求其保持原状。但是土体是岩石经过风化作用以及剥蚀、搬运、沉积作用等复杂自然环境所生成的各类沉积物,是由固体物质、水和气体组成的三相体系,土体结构相对较为松散,在取样操作、试样封装、贮存、运输过程中,易扰动破坏其原有结构体系,造成土体原状样取样困难,甚至取样失败。
现有技术中对土体原状样取样的装置大多仅为单一圆柱状筒,并且主要通过锤击取样筒,以将其打入土体中,最后再拔出取样筒,取得土体试样。此种取样装置以及取样方法主要存在以下不足:第一、采用锤击方法容易出现取样筒倾斜、偏移,并且在锤击过程中,极易造成土体震动,破坏土体原有结构体系,导致原状土体取样失败;第二、直接拔出取样筒,容易造成取样筒内土体低于取样筒高度,因此在取样筒内将剩余一定空间,这样在后续运输、转移途中将造成取样筒内的土体完全松散,导致原状土体取样失败;第三,由于直接采用锤击操作,因此取样筒往往无法完全敲击入土体表面以下,导致取样筒内的上端将剩余一定空间,也会造成后期土体松散的情况;第四、现有土体取样装置没有配备与取样筒相配套的筒盖,将造成试样在封装、贮存和运输过程中的不便,容易造成原状土体松散的情况。
综上,现有的原状土体取样装置都存在着一定的技术缺陷,在取样操作、试样封装以及运输、转移过程中对取样的原状土体产生极大的扰动破坏,同时操作流程较为复杂,取样成功率较低。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供一种对原状土体扰动小,不易造成取样土体松散,便于原状土体取样、封装以及后期运输、转移的原状土体取样装置以及原状土体取样方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:原状土体取样装置,包括两端开口的取样筒体,在取样筒体的底部设置有刃口,还包括施力器,所述施力器包括套环和传力把手,传力把手的一端与套环连接,其另一端为施力部;在取样筒体顶部的外周壁上设置有卡环凸起,所述卡环凸起低于取样筒体的顶部端面,所述套环可拆卸的套在卡环凸起上方的取样筒体上,其中卡环凸起的外径为D1,卡环凸起上方的取样筒体的外径为D2,套环的内径为D3,并且满足D2≤D3<D1。
进一步的是:所述卡环凸起为固定的套设在取样筒体顶部外周壁上的卡环件。
进一步的是:所述卡环件与取样筒体焊接连接。
进一步的是:所述卡环凸起与取样筒体为一体结构。
进一步的是:当施力器上的套环套在卡环凸起上方的取样筒体上时,传力把手的施力部高于取样筒体的顶部端面。
进一步的是:所述施力器有两个,两个施力器呈镜像对称的分布在套环的两侧。
进一步的是:所述传力把手由横向杆和竖向杆组成的“┐”形结构,竖向杆的底端与套环固定连接,横向杆为传力把手的施力部。
进一步的是:所述传力把手由第一横向杆、第一竖向杆和第二横向杆组成的“Z”形结构,第二横向杆的自由端与套环固定连接,第一横向杆为传力把手的施力部;在第二横向杆的下部沿其轴向设置有朝向下方的切削刃。
进一步的是:还包括端盖,所述端盖有两个,并且两个端盖可分别盖在取样筒体两端的开口上。
另外,本发明还提供一种利用上述原状土体取样装置的原状土体取样方法,包括如下步骤:
A.取下取样筒体两端开口的端盖,将施力器上的套环套在卡环凸起上方的取样筒体上;
B.将取样筒体底部的刃口贴在待取样的土体表面,然后通过施力器上的施力部平稳施力,并将取样筒体缓慢压入土体内,直至取样筒体全部进入土体,并且取样筒体的顶部端面有土体冒出时停止施力;在施力过程中保持取样筒体始终为竖直状态;
C.扶稳取样筒体,之后刨掉取样筒体周围的土体,形成一环形空槽,并且露出整个取样筒体;
D.扶稳取样筒体,取下施力器;之后清理取样筒体顶部土体,直到顶部土体与取样筒体的顶部端面齐平后盖上端盖;
E.用铲板穿过取样筒体下方的土体,然后抬起铲板并连同取样筒体一起翻转180°,使刃口端朝上,再移开铲板,之后清理取样筒体刃口以上的土体,直到刃口端土体与刃口的上端面齐平后盖上端盖。
本发明的有益效果是:本发明所述的原状土体取样装置,其结构简单,通过设置结构巧妙的施力器,一方面可将取样筒体完全压入土体表面以下,使原状土体能完全充满整个取样筒体,有效避免了土体松动的情况;另一方面也便于手动施力,降低施力过程中对土体原状的扰动,提高原状土体的取样成功率。另外,通过设置端盖,在取样后用端盖将取样筒体两端的开口密封,更便于取样后对取样筒体的运输和转移,并可有效降低在后期运输、转移过程中对取样筒体内原状土体的破坏。
附图说明
图1为本发明所述原状土体取样装置的三维视图;
图2为取样筒体和施力器装配后的三维视图;
图3为图2的主视图;
图4为图3中A-A截面的剖视图;
图5为图4中局部区域B的放大示意图;
图6为第一种施力器的三维视图;
图7为第二种施力器的三维视图;
图8为图7所示施力器的侧视图;
图9至图15为本发明所述原状土体取样方法的流程步骤示意图;
图中标记为:取样筒体1、顶部端面11、刃口2、施力器3、套环31、传力把手32、施力部321、卡环凸起4、横向杆51、竖向杆52、第一横向杆61、第一竖向杆62、第二横向杆63、切削刃631、端盖7、环形空槽8、铲板9、卡环凸起的外径为D1、卡环凸起上方的取样筒体的外径为D2、套环的内径为D3。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。
如图1至图8所示,本发明所述的原状土体取样装置,包括两端开口的取样筒体1,在取样筒体1的底部设置有刃口2,还包括施力器3,所述施力器3包括套环31和传力把手32,传力把手32的一端与套环31连接,其另一端为施力部321;在取样筒体1顶部的外周壁上设置有卡环凸起4,所述卡环凸起4低于取样筒体1的顶部端面11,所述套环31可拆卸的套在卡环凸起4上方的取样筒体1上,其中卡环凸起4的外径为D1,卡环凸起4上方的取样筒体的外径为D2,套环31的内径为D3,并且满足D2≤D3<D1。设置卡环凸起4的作用是用于与套环31配合,以使套环31套在取样筒体1上后可由卡环凸起4限位,进而实现轴向力的传力。这样,在取样操作过程中可通过向施力器3施力,即可将取样筒体1压入土体内。并且通过将传力把手32的施力部321设置为高于取样筒体1的顶部端面11的情况,方便在取样操作时将取样筒体1完全压入土体内部,以使土体可完全充满整个取样筒体1。
另外,卡环凸起4与取样筒体1可为分体结构或者一体结构。当采用分体结构时,卡环凸起4可为一卡环件,通过将其固定的套设在取样筒体1顶部外周壁上即可,当然,其固定方式可采用焊接或者螺钉连接等方式。
更具体的,为了便于操作人员的双手施力,提高对施力器3施力过程中的平稳性,降低对原状土体的扰动,可优选设置施力器3有两个,两个施力器3呈镜像对称的分布在套环31的两侧。另外,施力器3的具体结构可优选采用如图6和图7所示的结构,其中图6所示为第一种施力器3的具体结构,其传力把手32由横向杆51和竖向杆52组成的“┐”形结构,竖向杆52的底端与套环31固定连接,横向杆51为传力把手32的施力部321;图7所示为另一种施力器3的具体结构,其传力把手32由第一横向杆61、第一竖向杆62和第二横向杆63组成的“Z”形结构,第二横向杆63的自由端与套环31固定连接,第一横向杆61为传力把手32的施力部321;在第二横向杆63的下部沿其轴向设置有朝向下方的切削刃631;其中切削刃631的作用是降低第二横向杆63压入土体内时的阻力。当然,施力器3也可采用其他相似结构。
另外,本发明还可设置与取样筒体1两端开口配套的端盖7,并且端盖7设置有两个。在取样操作时,可将两个端盖7分别盖在取样筒体1两端开口上,实现对取用筒体1两端开口的密封,以便于取样后对取样筒体1的运输和转移;同时由于本发明所述的取样筒体1在取样后,其内部完全填充有土体,因此当将其两端开口密封后,其内部充实,可避免原状土体松动,能有效降低之后运输、转移过程中对取样筒体内土体的原状结构体系的破坏。端盖7可通过采用螺纹连接方式与取样筒体1的端部连接,或者采用具有一定弹性的材质制成的端盖7并通过过盈配合方式将其套设在取样筒体1的端部,或者也可采用利用胶布的方式将端盖7与取样筒体1粘接。
另外,如图9至图15所示,本发明所述的原状土体取样方法,采用本发明所述的原状土体取样装置,包括如下步骤:
A.取下取样筒体1两端开口的端盖7,将施力器3上的套环31套在卡环凸起4上方的取样筒体1上;
B.将取样筒体1底部的刃口2贴在待取样的土体表面,然后通过施力器3上的施力部321平稳施力,并将取样筒体1缓慢压入土体内,直至取样筒体1全部进入土体,并且取样筒体1的顶部端面11有土体冒出时停止施力;在施力过程中保持取样筒体1始终为竖直状态;
C.扶稳取样筒体1,之后刨掉取样筒体1周围的土体,形成一环形空槽8,并且露出整个取样筒体1;
D.扶稳取样筒体1,取下施力器3;之后清理取样筒体1顶部土体,直到顶部土体与取样筒体1的顶部端面11齐平后盖上端盖7;
E.用铲板9穿过取样筒体1下方的土体,然后抬起铲板9并连同取样筒体1一起翻转180°,使刃口2端朝上,再移开铲板9,之后清理取样筒体刃口2以上的土体,直到刃口2端土体与刃口2的上端面齐平后盖上端盖7。
其中,在步骤B中,操作人员对施力器3施力时应当平稳缓慢的施力,一方面保证取样筒体1始终为竖直状态,避免偏斜;另一方面可在将取样筒体1压入土体的过程中尽量降低对土体的扰动。当然,在采用两个传力把手32时,操作人员应当双手分别握持一个传力把手32的施力部321,然后均匀、平稳施力。在施力过程中,观察取样筒体1压入土体内的深度,为了保证土体充满整个取样筒体1,必须将取样筒体1完全压入土体内,也就是直到取样筒体1的顶部端面11有土体冒出时停止施力;当然,如果需要获取土体更深处的土样,可将取样筒体1压入更深处。
在步骤C中,进行刨制环形空槽8时,应当扶稳取样筒体1,避免在这一操作过程中对其造成偏斜、抖动。当然,在刨制环形空槽8时,可采用到地质锤或小铲等辅助工具,以提高效率。其中,环形空槽8的作用是方便后续将取样筒体1取出,因此其大小应当以后续便于操作为准,通常情况下,可刨掉取样筒体1周围约30cm范围内的土体,并且对于环形空槽8的深度,应当满足能露出整个取样筒体1;具体可参照附图11所示。
在步骤D中,也应当扶稳取样筒体1后再取下施力器3;之后再清理取样筒体1顶部的土体时,可借用小刀或者专用的刮板等工具进行清理;以最大限度的降低对位于取样筒体1内部土体的扰动,清理完成后,再盖上端盖7即可;当然在之后的步骤E中对翻转后的取样筒体1的刃口2以上的土体的清理也可采用上述方式。
另外,在步骤E中,利用铲板9协助提起取样筒体1时,铲板9应当穿过取样筒体1下方的土体,并且为了尽量降低对取样筒体1内部土体的扰动,可将铲板9从低于取样筒体1底部约1cm的位置穿过土体。在翻转取样筒体1的过程中,应当始终保持取样筒体1与铲板9的相对位置不变,避免取样筒体1刃口2端的土体松动严重,直到取样筒体1翻转180°完成后,再缓慢移除铲板9。之后即可对此时位于刃口2以上的土体进行清理,清理完成后,再盖上端盖7即可。
至此,取样筒体1的取样操作即完成,由于其两端通过端盖7密封,并且内部充满原状土体,因此其内部土体不易松动,可最大限度的保持土体的原状结构,并且更便于后期的运输和转移等操作;能有效地提高原状土体的取样成功率。
Claims (9)
1.原状土体取样装置,包括两端开口的取样筒体(1),在取样筒体(1)的底部设置有刃口(2),其特征在于:还包括施力器(3),所述施力器(3)包括套环(31)和传力把手(32),传力把手(32)的一端与套环(31)连接,其另一端为施力部(321);在取样筒体(1)顶部的外周壁上设置有卡环凸起(4),所述卡环凸起(4)低于取样筒体(1)的顶部端面(11),所述套环(31)可拆卸的套在卡环凸起(4)上方的取样筒体(1)上,其中卡环凸起(4)的外径为D1,卡环凸起(4)上方的取样筒体(1)的外径为D2,套环(31)的内径为D3,并且满足D2≤D3<D1;当施力器(3)上的套环(31)套在卡环凸起(4)上方的取样筒体上时,传力把手(32)的施力部(321)高于取样筒体(1)的顶部端面(11)。
2.如权利要求1所述的原状土体取样装置,其特征在于:所述卡环凸起(4)为固定的套设在取样筒体(1)顶部外周壁上的卡环件。
3.如权利要求2所述的原状土体取样装置,其特征在于:所述卡环件与取样筒体(1)焊接连接。
4.如权利要求1所述的原状土体取样装置,其特征在于:所述卡环凸起(4)与取样筒体(1)为一体结构。
5.如权利要求4所述的原状土体取样装置,其特征在于:所述传力把手(32)有两个,两个传力把手(32)呈镜像对称的分布在套环(31)的两侧。
6.如权利要求5所述的原状土体取样装置,其特征在于:所述传力把手(32)由横向杆(51)和竖向杆(52)组成的“┐”形结构,竖向杆(52)的底端与套环(31)固定连接,横向杆(51)为传力把手(32)的施力部(321)。
7.如权利要求5所述的原状土体取样装置,其特征在于:所述传力把手(32)由第一横向杆(61)、第一竖向杆(62)和第二横向杆(63)组成的“Z”形结构,第二横向杆(63)的自由端与套环(31)固定连接,第一横向杆(61)为传力把手(32)的施力部(321);在第二横向杆(63)的下部沿其轴向设置有朝向下方的切削刃(631)。
8.如权利要求1至7中任一项所述的原状土体取样装置,其特征在于:还包括端盖(7),所述端盖(7)有两个,并且两个端盖(7)可分别盖在取样筒体(1)两端的开口上。
9.原状土体取样方法,其特征在于:采用上述权利要求8所述的原状土体取样装置,并且包括如下步骤:
A.取下取样筒体(1)两端开口的端盖(7),将施力器(3)上的套环(31)套在卡环凸起(4)上方的取样筒体(1)上;
B.将取样筒体(1)底部的刃口(2)贴在待取样的土体表面,然后通过施力器(3)上的施力部(321)平稳施力,并将取样筒体(1)缓慢压入土体内,直至取样筒体(1)全部进入土体,并且取样筒体(1)的顶部端面(11)有土体冒出时停止施力;在施力过程中保持取样筒体(1)始终为竖直状态;
C.扶稳取样筒体(1),之后刨掉取样筒体(1)周围的土体,形成一环形空槽(8),并且露出整个取样筒体(1);
D.扶稳取样筒体(1),取下施力器(3);之后清理取样筒体(1)顶部土体,直到顶部土体与取样筒体(1)的顶部端面(11)齐平后盖上端盖(7);
E.用铲板(9)穿过取样筒体(1)下方的土体,然后抬起铲板(9)并连同取样筒体(1)一起翻转180°,使刃口(2)端朝上,再移开铲板(9),之后清理取样筒体(1)刃口(2)以上的土体,直到刃口(2)端土体与刃口(2)的上端面齐平后盖上端盖(7)。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |