靜力觸探式深層取土器的制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于取土器技術領域，具體涉及一種與靜力觸探貫入設備結合使用的可取地下深處土樣的靜力觸探式深層取土器。
【背景技術】
[0002]本發(fā)明背景的下列討論旨在有利于理解本發(fā)明。然而，應該理解，該討論不是確認或承認任何所涉及的材料是公開過的、已知的或是在本申請的優(yōu)先權日前的公知常識的一部分。
[0003]取土樣是巖土工程勘察中必不可少的、經(jīng)常性的工作，為定量評價巖土工程問題而提供室內(nèi)試驗的樣品?，F(xiàn)在取土器技術較為成熟，種類繁多，適用于各種類型的土體。國內(nèi)現(xiàn)有的取土器除了在地面工程地質(zhì)測繪調(diào)查和坑探工程中采取試樣外，主要是在鉆孔中使用。對于地下深部的土體，必須使用合適的鉆具和鉆進方法進行鉆孔，達到取樣位置后取出鉆頭再下放取土器進行取樣。鉆探取樣工作量較大，速度慢，成本較高，一般占整個勘察費用的30%以上。
[0004]靜力觸探技術是指利用壓力機械裝置將具有一定規(guī)格的圓錐形探頭均勻壓入土中，通過測定各土層的錐頭阻力、側壁摩阻力等參數(shù)，以確定土體的某些基本物理力學特性的一種原位測試方法。該技術適用于軟土、一般性黏土、粉土、砂土和含少量碎石的土，至今已有80多年的歷史，特別是近幾年來靜力觸探技術向多功能、多領域方向迅速發(fā)展。除錐頭阻力、側壁摩阻力參數(shù)外，孔隙水壓力、溫度、地震波、甚至密度參數(shù)均可獲得。從20世紀80年代開始，在國外出現(xiàn)了可取土樣的多功能探頭，至今已有較大發(fā)展。而國內(nèi)這方面起步相當晚，目前國內(nèi)廣泛使用的單雙橋靜力觸探和孔壓靜力觸探不具備取樣的功能。2012年國家知識產(chǎn)權局公布一種可取土樣的環(huán)境孔壓靜力觸探探頭，專利號為201110413998.4，比較新穎，但技術不成熟，缺點明顯，實用性不強，表現(xiàn)在:1.取土樣的功能顯然被定位成探頭的附加功能，嚴格講不算是專用取土器；2.自鎖機構占用的橫向空間明顯過大，利用鋼珠重力開鎖存在明顯缺陷；3.缺乏密封設計，不能排除地下水壓力對取土活動的不利影響；4.從行業(yè)實踐及技術原理上看，靜力觸探探頭不適合將數(shù)據(jù)采集功能同取樣功能完全整合在同一個結構設備上，因為其功能的實現(xiàn)并不同步或協(xié)調(diào)。靜力觸探的貫入系統(tǒng)由觸探主機和反力裝置兩部分組成，觸探主機按其傳動方式不同，可分為機械式和液壓式。反力裝置有自重式和地錨式。工程普遍使用中的觸探主機提供的最大貫入力一般在30KN到200KN范圍內(nèi)，近年國內(nèi)有關單位經(jīng)過科技攻關成功研發(fā)的新型觸探車可提供的最大貫入力達到350KN，不僅可以貫入一般性土層，還能貫入到碎石土、卵(礫)石土層中。觸探深度受設備條件、地質(zhì)條件、勘探深度要求等因素的影響，應用中一般在35m以內(nèi)，國外可見報道的最大實驗深度已達80多米。
[0005]傳統(tǒng)取樣器及其使用方法具有設備復雜、工作量大、速度慢、成本高、環(huán)境影響較大等缺點，靜力觸探具有設備簡單、工作量小、速度快、價格低的優(yōu)點，但不可取樣。通過改造傳統(tǒng)取土器結構，使之可以和靜力觸探貫入系統(tǒng)結合使用，用靜力觸探壓力設備向下貫入代替鉆機成孔，無疑是取土器及取樣方法的一個新的發(fā)展途徑。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]為了克服國內(nèi)現(xiàn)有技術中靜力觸探設備不能取土樣和鉆探取樣費用高、速度慢、工藝復雜、環(huán)境影響大等缺點，本發(fā)明提供一種與靜力觸探貫入設備結合使用在不進行鉆孔的情況下可以將埋藏在地下深部(O-SOm)的土樣快速取出的取土器，它具有結構簡單、使用方便、快速省力、成本低的特點。
[0007]本發(fā)明的目的在于盡可能排除地下水對取土器工作效果的不利影響，大大減小水壓對土樣的擾動，增大取土的成功率和土樣的質(zhì)量。
[0008]本發(fā)明的目的還在于為取土器提供一種可靠性和耐久性更高、占用空間更少的自鎖方式。
[0009]為達到上述目的，本發(fā)明提供了兩種技術方案，兩種方案屬于同一總體構思，他們的工作原理、大部分必要技術特征、技術效果均相同，有諸多對現(xiàn)有技術做出貢獻的特定技術特征相一致，兩者的差異之處僅體現(xiàn)在少量結構的相互關系在形式上的變化，并無本質(zhì)區(qū)別。
[0010]第一種技術方案為:一種靜力觸探式深層取土器，包括外殼(6)、取樣筒(8)、主承力軸(4)、管靴(11)、擴土錐頭(10)、彈性環(huán)(9)、鋼片(5)、解鎖部件；外殼(6)為厚壁圓筒狀，其內(nèi)表面設有環(huán)形凹槽(13)，其下端固定連接取樣筒(8)，取樣筒(8)下端固定連接管靴(11);取樣筒(8)為薄壁圓筒或為薄壁半合管，用于裝土樣；管靴(11) 一端帶有刃口，用于切割土體；主承力軸(4)下半部設有環(huán)形限位槽(12)，其表面活動套有解鎖部件；所述解鎖部件包括薄壁管(7)和連接在薄壁管(7)上的控制桿(7.1)，薄壁管(7)的內(nèi)徑大于主承力軸(4)的外徑，且薄壁管(7)的外徑小于外殼(6)的內(nèi)徑；主承力軸(4)下端設置擴土錐頭(10)，擴土錐頭(10)的下端呈圓錐形，用于擠土擴孔；主承力軸(4)和擴土錐頭(10)位于所述外殼(6)、取樣筒(8)和管靴(11)組成的筒體結構的內(nèi)部，并且可以沿筒體結構的中軸線方向運動；鋼片(5)的下端以環(huán)形排列方式與彈性環(huán)(9)固定連接，并放置于外殼(6)內(nèi)表面環(huán)形凹槽(13)中，在彈性環(huán)(9)緊張時，鋼片(5)的自由端(即上端)具有自然向內(nèi)合攏的趨勢，因此鋼片(5)能自主嵌入環(huán)形限位槽(12)，起到阻止主承力軸(4)單獨下移的鎖定效果。
[0011]優(yōu)選的，控制桿(7.1)呈桿狀，下端與薄壁管(7)固定連接；為避免手接觸時打滑，控制桿(7.1)上端預留突起；主承力軸(4)表面沿長度方向設置條形凹槽(14)，控制桿(7.1)位于條形凹槽(14)內(nèi)，且條形凹槽(14)的長度滿足解鎖操作所需的長度；主承力軸(4)上部與轉接頭(I)絲扣連接并固定環(huán)形鋼耳(2)，下部與擴土錐頭(10)絲扣連接；所述擴土錐頭(10 )上端呈錐形臺狀并在斜面上設有防水墊層(3 )。
[0012]優(yōu)選的，環(huán)形鋼耳(2 )底面為環(huán)形斜平面，該斜平面上設有防水墊層(3 );外殼(6 )的環(huán)形凹槽(13)的高度大于鋼片(5)的長度；外殼(6)上端和下端的接口內(nèi)部設為傾斜面，外殼(6)上端的傾斜面能與環(huán)形鋼耳(2)的斜面貼合，外殼(6)下端的傾斜面能與擴土錐頭
(10)上端的斜面貼合。
[0013]優(yōu)選的，取樣筒(8)與外殼(6)、管靴(11)均采用絲扣連接，接口處加厚；管靴(11)四周設有至少兩個突起體，刃角小于0.36。
[0014]上述技術方案的操作步驟共7步，每一步驟的工作過程和所起作用簡要闡述如下。
[0015]1.將靜力觸探式深層取土器通過其上的轉接頭(I)接上探桿，探桿安裝在靜力觸探車上。
[0016]2.露出擴土錐頭(10)，使環(huán)形鋼耳(2)緊壓外殼(6)，利用靜力觸探車將靜力觸探式深層取土器貫入到指定的深度，然后停止貫入。此過程中擴土錐頭(10)將起到類似靜力觸探探頭的擴土作用。
[0017]3.將探桿上提收回，控制上提位移，使主承力軸(4)上的環(huán)形限位槽(12)的位置略高于鋼片(5)，由于鋼片(5)在彈性環(huán)(9)的作用下具有收縮的趨勢，鋼片(5)上端將嵌入環(huán)形限位槽(12)中，從而使主承力軸(4)和擴土錐頭(10)不能單獨貫入，此為鎖定狀態(tài)。
[0018]4.繼續(xù)向下貫入取土器，探桿傳下的軸力將通過鋼片(5)傳遞給外殼(6)和取樣筒(8)，使之向下運動，土樣受管靴(11)切割而進入取樣筒(8)內(nèi)，與此同時，取樣筒內(nèi)的水將從主承力軸(4)與外殼(6)之間的空隙排除。取得土樣后停止貫入。
[0019]5.提升探桿，將取土器取回地面，在此過程中，擴土錐頭(10)上的防水墊層(3)與外殼(6)下端斜面貼合，形成密封，使取樣筒(8)內(nèi)部壓強與取土器以下空間壓強一致，土樣不易脫落。
[0020]6.卸下取樣筒(8 )，取出土樣密封保存，清洗設備。通過解鎖部件解鎖，此過程中，向上滑動控制桿(7.1)，控制桿(7.1)帶動薄壁管(7)上移并使鋼片(5)擴張脫離環(huán)形限位槽(12)。
[0021 ] 7.取樣結束后，可重復上述過程進行另一深度的取樣。
[0022]第二種技術方案:一種靜力觸探式深層取土器，包括外殼(