一种推入式原位取土器制造技术

本发明专利技术公开了一种推入式原位取土器，具备：切入机构，其沿纵轴线向下移动以切入土样，并在垂直于所述纵轴线的半径上限定形成有土样捕集室(S1)，进入土样捕集室(S1)的土样由凝胶溶液包覆外周面以保持其原位特性；以及，保持机构，其用于(i)存储凝胶溶液，(ii)受挤压作用而输出凝胶溶液至土样捕集室(S1)中，和(iii)在垂直于所述纵轴线的径向上切断土样并使其保持在土样捕集室(S1)内。本发明专利技术适用于深层砂性土样的捕集并保持其原位特性，取样过程中，切入靴刃尖切割得到的土样被凝胶溶液包裹，减小土样在进入连接内筒连接内筒时的摩擦和扰动；取土完成时，采用切断刀密封土样，避免土样在提升过程中脱落而破坏土样的原位特性，甚至导致取土失败。

【技术实现步骤摘要】
一种推入式原位取土器
本专利技术涉及工程地质钻探领域，具体涉及一种推入式原位取土器。
技术介绍
在工程地质勘探和勘察工作中,为了取得地基土的物理力学指标,目前除了原位测试外，主要还是采用钻探取样后进行室内土工实验这一手段。取土器是用来采集工程场地土样的工具，取得的土样运回实验室，通过室内试验测定场地的基本物理力学参数，包括密度，孔隙比，含水率，比重，内摩擦角，粘聚力，固结系数，无侧限抗压强度等，为后续工程设计提供参数。其中取土器的取样质量直接决定了这些基本物理力学参数准确与否，如果取样质量很差，测定的基本物理力学参数不准确，会导致设计过于保守，增加工程造价，或者设计偏于危险，容易造成工程事故，因此获得高质量的土样是十分必要的。工程地质勘察中，主要遇到的是粉黏土或者砂土，目前市面上的取土器，在粉黏土取样方面表现优良，能够获得高质量的土样，但是在砂土取样方面，很难获得高质量的砂样，主要原因如下：对于粉黏土，由于土颗粒之间存在粘聚力，取样过程受到的扰动作用较小，而对于砂性土，颗粒间几乎不存在粘聚力，导致取样困难，具体体现在以下几个方面：①采样过程中砂样体积压缩或膨胀，造成砂样相对密实度的改变，结构性被破坏，这是由于砂样与内管壁之间存在高摩擦而引起的，或者取样管直径大于切割切入靴直径导致土样松弛而引起的；②有效应力的恢复和相关变化，进而导致土样的变形；③砂样在从钻孔中取出时极易脱落，造成土样的缺损。例如，专利文献CN101140201A设计了一种水压式薄壁取土器。取土器为空心钻杆下端连着液体分配头，液体分配头连接着活塞杆和外筒体，一个动活塞密封滑套于活塞杆上并与外筒体的内壁密封滑配，动活塞连接着一个土样筒，活塞杆的下端连接着一个定活塞。当水压由钻杆通至动活塞上时，将动活塞压下，迫使土样筒压入土内。定活塞不能活动，土样筒被压下时定活塞就相对上升，造成封闭，使土样不至脱落，起拔时外筒体与土样筒一起提起。这种取土器在穿透过程中砂样和内管壁之间会产生过大的摩擦力，造成砂样扰动，结构性损伤，而且，采样完成后取土器拔出时，由于砂土没有粘聚力，而且取土管没有密封措施，砂样容易脱落，造成砂样缺损。
技术实现思路
为了解决
技术介绍
中存在的问题，本专利技术公开了一种适用于深层砂性土样的捕集并保持其原位特性的推入式原位取土器，能够同时解决取样时砂样与取样管内壁摩擦过大，取样过程中砂土相对密实度改变，结构性破坏，以及取样完成后取土器取出时砂土易脱落，造成缺损等这些问题。具体的，取样时通过在砂样上覆盖凝胶溶液极大地减少砂样与取样管内壁之间的摩擦，同时取样完成时切断刀密封砂样避免提取过程中脱落，从而能极大地减少砂样在取样过程中的扰动，尽可能的保持砂土的天然结构和相对密实度。本专利技术采用的技术方案如下：一种推入式原位取土器，用于获取土样并保持其原位特性，其特征在于，具备：切入机构，其沿纵轴线向下移动以切入土样，并在垂直于所述纵轴线的半径上限定形成有土样捕集室，进入土样捕集室的土样由凝胶溶液包覆外周面以保持其原位特性；以及，保持机构，其用于(i)存储凝胶溶液，(ii)受挤压作用而输出凝胶溶液至土样捕集室中，和(iii)在垂直于所述纵轴线的径向上切断土样并使其保持在土样捕集室内，所述输出凝胶溶液是在所述切入土样之时进行，所述切断土样是在所述切入土样终结时或终结后进行。具体地，所述切入机构受切入驱动组件的驱动力而向下移动，其包括连接外筒和固定连接在连接外筒上的切入靴，所述切入驱动组件包括第一液压室和受第一液压室中的液压驱动而向下移动的第一活塞，所述连接外筒固定连接第一活塞，在所述第一液压室的容积增大过程中，液体压力被传递至切入靴以在纵向上切入土样并使其进入土样捕集室内。具体地，所述保持机构包括凝胶存储室、第二液压室和切断组件，所述凝胶存储室与土样捕集室连通，在凝胶存储室受压缩小的过程中，液体凝胶被挤压入土样捕集室中以形成所述凝胶包覆层；其中，所述切断组件包括切断刀、连接内筒以及受第二液压室中的液压驱动而向下移动的第二活塞，所述连接内筒将切断刀固定连接至第二活塞上，在所述第二液压室的容积增大过程中，液体压力被传递至切断刀以在所述半径方向上切断土样并使其保留在土样捕集室内。具体地，所述切断刀上设置有至少两个在所述纵轴线方向上延伸的切断叶片，所述切入靴上设置有在切断刀向下移动时引导切断叶片向内侧弯曲的切断引导部。本专利技术中，清水通过水泵泵入空心钻杆，经过捕集器头后分别流入内筒体内壁、凝胶溢出管外壁、固定塞所形成空腔和外筒体内壁、内筒体外壁、第一活塞上端面形成的空腔，并在第一活塞上产生液压，推动第一活塞向下运动。而第二活塞下端面、内筒体外壁、连接内筒内壁及固定塞上端面所形成的空腔中充满凝胶溶液，且固定塞通过内筒体将其与捕集器头相对位置固定，作用在第一活塞上的液压推动连接外筒和连接内筒，第一活塞和固定塞之间的体积减小迫使一部分聚合物凝胶流过连接内筒顶部沿圆周分布的凝胶流动孔，沿着连接内筒和连接外筒之间的环形空隙向下流动。流动到下部切入靴内壁处的凝胶穿过切断叶片之间的间隙，包裹在捕集器采取土样的外表面。剩余的凝胶溶液进入固定塞上的凝胶溢出孔，沿捕集器的凝胶溢出管向上流动并经凝胶排出孔排出到钻孔中。进一步地，在所述第一液压室增大过程中，所述第一活塞抵顶在第二活塞上并推动第二活塞随其同步下移，所述凝胶存储室受压缩小；在所述第二液压室增大过程中，所述第二活塞受驱下移，第一活塞则保持静止。进一步地，所述第一液压室是由液体分配头、外筒体、内筒体和第一活塞围设形成，所述第一活塞位于液体分配头的下方，所述液体分配头内设置有第一支路和第二支路，所述第一液压室与第一支路连通；所述第二液压室是由第一活塞、第二活塞、连接外筒和导向筒体共同围设形成，所述导向筒体可滑动地套设在内筒体上，其上端部固定在第一活塞上，所述第二活塞位于第一活塞的下方，所述第二液压室与第二支路连通，并设置一阀门组件用于打开或关闭连通二者间的液体通道；所述凝胶存储室是由固定塞、内筒体、第二活塞和连接内筒共同围设形成，所述固定塞被配置在第二活塞的下方且与内筒体的底部固定连接。进一步地，所述阀门组件包括进液阀孔和在常态下位于封闭进液阀孔位置的活动阀芯，所述活动阀芯能够上下移动地设置在固定塞内，所述导向筒体的下端部处形成有触动部，在所述第一活塞靠近固定塞的位置处，所述触动部能够抵顶活动阀芯使其脱离封闭进液阀孔的位置以打开连通第二液压室和第二支路间的液体通道。进一步地，所述内筒体的中部空腔被构造为连通第二液压室和第二支路的液体通道的一部分，所述进液阀孔贯穿内筒体的侧壁并与其中部空腔连通，所述第二液压室经由形成在第一活塞和导向筒体内部的引流通道连通进液阀孔。进一步地，所述活动阀芯设置在固定塞内的内凹孔中，其包括：受触动部的抵顶作用力而带动活动阀芯整体下移的受动杆；活动嵌套在内筒体的中部空腔中以由内侧密封进液阀孔的密封筒体；其中，所述受动杆为一个或多个；其中，所述活动阀芯的底部和内凹孔之间设置有能够向上施力以推动活动阀芯复位的复位弹簧。进一步本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种推入式原位取土器，用于获取土样并保持其原位特性，其特征在于，具备：/n切入机构，其沿纵轴线向下移动以切入土样，并在垂直于所述纵轴线的半径上限定形成有土样捕集室(S1)，进入土样捕集室(S1)的土样由凝胶溶液包覆外周面以保持其原位特性；以及，/n保持机构，其用于(i)存储凝胶溶液，(ii)受挤压作用而输出凝胶溶液至土样捕集室(S1)中，和(iii)在垂直于所述纵轴线的径向上切断土样并使其保持在土样捕集室(S1)内，所述输出凝胶溶液是在所述切入土样之时进行，所述切断土样是在所述切入土样终结时或终结后进行。/n

【技术特征摘要】
1.一种推入式原位取土器，用于获取土样并保持其原位特性，其特征在于，具备：
切入机构，其沿纵轴线向下移动以切入土样，并在垂直于所述纵轴线的半径上限定形成有土样捕集室(S1)，进入土样捕集室(S1)的土样由凝胶溶液包覆外周面以保持其原位特性；以及，
保持机构，其用于(i)存储凝胶溶液，(ii)受挤压作用而输出凝胶溶液至土样捕集室(S1)中，和(iii)在垂直于所述纵轴线的径向上切断土样并使其保持在土样捕集室(S1)内，所述输出凝胶溶液是在所述切入土样之时进行，所述切断土样是在所述切入土样终结时或终结后进行。


2.根据权利要求1所述的推入式原位取土器，其特征在于:
所述切入机构受切入驱动组件的驱动力而向下移动，其包括连接外筒(7)和固定连接在连接外筒(7)上的切入靴(13)，所述切入驱动组件包括第一液压室(Y1)和受第一液压室(Y1)中的液压驱动而向下移动的第一活塞(3)，所述连接外筒(7)固定连接第一活塞(3)，在所述第一液压室(Y1)的容积增大过程中，液体压力被传递至切入靴(13)以在纵向上切入土样并使其进入土样捕集室(S1)内。


3.根据权利要求2所述的推入式原位取土器，其特征在于:
所述保持机构包括凝胶存储室(S2)、第二液压室(Y2)和切断组件，所述凝胶存储室(S2)与土样捕集室(S1)连通，在凝胶存储室(S2)受压缩小的过程中，液体凝胶被挤压入土样捕集室(S1)中以形成所述凝胶包覆层；
其中，所述切断组件包括切断刀(11)、连接内筒(8)以及受第二液压室(Y2)中的液压驱动而向下移动的第二活塞(4)，所述连接内筒(8)将切断刀(11)固定连接至第二活塞(4)上，在所述第二液压室(Y2)的容积增大过程中，液体压力被传递至切断刀(11)以在所述半径方向上切断土样并使其保留在土样捕集室(S1)内；
优选地：所述连接外筒(7)和连接内筒(8)之间具有间隙以形成连通凝胶存储室(S2)和土样捕集室(S1)的凝胶挤入通道；所述连接内筒(8)的上部具有开孔以连通凝胶挤入通道和凝胶存储室(S2)；
优选地：所述切入靴(13)的内侧形成有用于收纳切断刀(11)的收纳凹部，在所述第一活塞(3)下移过程中，所述切断刀(11)被收纳在收纳凹部中；
所述切入靴(13)的底部形成有供土样进入土样捕集室(S1)的土样捕集口(C1)，在所述切断刀(11)被收纳的状态下，所述切断刀(11)的内径略大于土样捕集口(C1)的内径以在切断刀(11)的内壁和被捕集土样的外壁之间形成供凝胶包覆土样的注胶间隙。


4.根据权利要求3所述的推入式原位取土器，其特征在于:
所述切断刀(11)上设置有至少两个在所述纵轴线方向上延伸的切断叶片(25)，所述切入靴(13)上设置有在切断刀(11)向下移动时引导切断叶片(25)向内侧弯曲的切断引导部。


5.根据权利要求3或4所述的推入式原位取土器，其特征在于:
在所述第一液压室(Y1)增大过程中，所述第一活塞(3)抵顶在第二活塞(4)上并推动第二活塞(4)随其同步下移，所述凝胶存储室(S2)受压缩小；
在所述第二液压室(Y2)增大过程中，所述第二活塞(4)受驱下移，第一活塞(3)则保持静止。


6.根据权利要求3或4所述的推入式原位取土器，其特征在于：
所述第一液压室(Y1)是由液体分配头(2)、外筒体(6)、内筒体(9)和第一活塞...

【专利技术属性】
技术研发人员：周燕国，田雨，周鑫辉，林伟岸，边学成，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33