本發(fā)明涉及冰取樣鉆頭。特別涉及一種圓柱型原狀三軸冰試樣的取樣鉆頭。屬于冰取樣鉆頭領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

目前，國內(nèi)外開展的冰力學(xué)研究，多以棱柱體試件的無側(cè)限抗壓試驗(yàn)為主，主要存在兩個(gè)問題，一是試樣成型率極低，棱柱體試件需要先通過切割鋸在現(xiàn)場(chǎng)采集大塊的冰樣，然后在利用小型切割工具在試驗(yàn)室內(nèi)對(duì)冰樣進(jìn)行精細(xì)加工，大量冰塊都被丟棄，造成了人力、物力的浪費(fèi)；二是無側(cè)限抗壓試驗(yàn)并不能真實(shí)反映試樣在原型物體中的受力狀態(tài)，試驗(yàn)結(jié)果的實(shí)用性不足，但開展冰三軸試驗(yàn)研究時(shí)，受現(xiàn)有工具的限制，試樣的完好性得不到保障，使用通用鉆頭的便攜式鉆機(jī)在鉆取圓柱原狀冰樣時(shí)，冰樣外壁和鉆頭內(nèi)壁牢牢的貼在一起，無法及時(shí)取出完整的冰樣，如果借助外力或外部工具，冰樣的外形和就會(huì)被破壞甚至造成冰樣內(nèi)部的力學(xué)損傷影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有的取冰樣方式復(fù)雜、對(duì)冰樣的外形造成了破壞，不能保證冰樣的完整性的問題?，F(xiàn)提供冰取樣鉆頭及采用該鉆頭實(shí)現(xiàn)的冰取樣方法。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了冰取樣鉆頭，它包括外開槽齒、內(nèi)開槽齒、底齒、圓筒壁和標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)螺紋接口，

圓筒壁為頂端開口的圓筒形結(jié)構(gòu)，

標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)螺紋接口的一端用于連接圓筒壁的底端面，標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)螺紋接口的另一端與鉆機(jī)螺紋連接，

在圓筒壁頂端的開口端面上均勻設(shè)置有多個(gè)外開槽齒、多個(gè)內(nèi)開槽齒和多個(gè)底齒，

外開槽齒為沿著圓筒壁向外伸出的齒刃，該外開槽齒，用于打磨圓筒壁外側(cè)的冰，

內(nèi)開槽齒為沿著圓筒壁向內(nèi)伸出的齒刃，該內(nèi)開槽齒，用于打磨圓筒壁內(nèi)側(cè)的冰。

底齒設(shè)置在圓筒壁的頂端的端面上。

優(yōu)選地，內(nèi)開槽齒的齒刃伸入圓筒壁內(nèi)側(cè)0.5mm，外開槽齒的齒刃伸出圓筒壁外側(cè)3mm。

優(yōu)選地，外開槽齒、內(nèi)開槽齒和底齒的高度均相同。

根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了根據(jù)冰取樣鉆頭實(shí)現(xiàn)的冰取樣方法，它包括以下步驟：

步驟一、將鉆機(jī)安裝在標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)螺紋接口處，使圓筒壁處于與冰面垂直的方向，啟動(dòng)電機(jī)，在電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下，圓筒壁開始旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)位于圓筒壁頂端端面上的底齒、外開槽齒和內(nèi)開槽齒開始旋轉(zhuǎn)，對(duì)冰面進(jìn)行鉆孔；

步驟二、當(dāng)對(duì)冰面鉆取一定深度后，停止電機(jī)并提起鉆頭，此時(shí)，冰樣外壁留有空隙；

步驟三、采用取樣探針沿著冰樣外壁的空隙深入到冰樣的底部，用鋼錘錘擊探針頂部，依此方法多次取點(diǎn)錘擊，直至冰洋從根部斷裂，完成對(duì)冰的取樣。

優(yōu)選地，取樣探針的直徑為5mm，取樣探針為不銹鋼材料。

本發(fā)明的有益效果為：

本發(fā)明按照標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)螺紋接口設(shè)計(jì)，可應(yīng)用于各類型便攜式鉆機(jī)，方便提取鉆頭、提高取樣效率和試樣的成型率。

本發(fā)明通過便攜式鉆機(jī)提供鉆進(jìn)動(dòng)力，帶動(dòng)圓筒形鉆頭高速旋轉(zhuǎn)，利用高速旋轉(zhuǎn)的鉆頭破開冰面，依靠外部施加進(jìn)給力，鉆頭向冰層內(nèi)部掘進(jìn)，到達(dá)取樣位置時(shí)，提取鉆機(jī)，利用取樣探針完成取樣作業(yè)。

該裝置有底齒和開槽齒，開槽齒分為外開槽齒和內(nèi)開槽齒，外開槽齒和內(nèi)開槽齒在高速旋轉(zhuǎn)的圓筒壁的帶動(dòng)下形成的開槽線寬度大于圓筒壁的壁厚，保證圓筒壁脫離兩側(cè)冰體，減少了圓筒壁與冰體之間的摩擦力，既保證了圓筒形鋸不會(huì)因摩擦力過大而造成夾鋸，也保證了冰試樣不會(huì)因?yàn)橥脖诎l(fā)熱導(dǎo)致表面融化而影響冰樣成型精度，本發(fā)明顯著改善了傳統(tǒng)冰三軸試樣無專門取樣工具、取樣難、成型精度低的難題。

附圖說明

圖1為具體實(shí)施方式一所述的冰取樣鉆頭的整體結(jié)構(gòu)圖；

圖2為圖1的左視圖，

圖3為取樣探針的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

具體實(shí)施方式一：參照?qǐng)D1至圖3具體說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述的冰取樣鉆頭，它包括外開槽齒1、內(nèi)開槽齒2、底齒3、圓筒壁4和標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)螺紋接口5，

圓筒壁4為頂端開口的圓筒形結(jié)構(gòu)，

標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)螺紋接口5的一端用于連接圓筒壁4的底端面，標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)螺紋接口5的另一端與鉆機(jī)螺紋連接，

在圓筒壁4頂端的開口端面上均勻設(shè)置有多個(gè)外開槽齒1、多個(gè)內(nèi)開槽齒2和多個(gè)底齒3，

外開槽齒1為沿著圓筒壁4向外伸出的齒刃，該外開槽齒1，用于打磨圓筒壁4外側(cè)的冰，

內(nèi)開槽齒2為沿著圓筒壁4向內(nèi)伸出的齒刃，該內(nèi)開槽齒2，用于打磨圓筒壁4內(nèi)側(cè)的冰。

底齒設(shè)置在圓筒壁4的頂端的端面上。

本實(shí)施方式中，圓筒壁4的內(nèi)徑可根據(jù)不同的試驗(yàn)需求設(shè)計(jì)出不同的直徑，當(dāng)鉆取常用三軸試樣時(shí)，圓筒壁4內(nèi)徑為62.8mm。

外開槽齒1和內(nèi)開槽齒2用于鉆取冰面，且保證形成的冰樣的外壁與鉆頭內(nèi)壁之間留有空隙，方便鉆頭從空隙中取出，從而保證冰樣的完整性，

具體實(shí)施方式二：本實(shí)施方式是對(duì)具體實(shí)施方式一所述的冰取樣鉆頭作進(jìn)一步說明，本實(shí)施方式中，內(nèi)開槽齒2的齒刃伸入圓筒壁4內(nèi)側(cè)0.5mm，外開槽齒1的齒刃伸出圓筒壁4外側(cè)3mm。

具體實(shí)施方式三：本實(shí)施方式是對(duì)具體實(shí)施方式一所述的冰取樣鉆頭作進(jìn)一步說明，本實(shí)施方式中，外開槽齒1、內(nèi)開槽齒2和底齒3的高度均相同。

本實(shí)施方式中，外開槽齒1、內(nèi)開槽齒2和底齒3的高度要求相同，這樣將鉆頭放置在冰面上時(shí)，外開槽齒1、內(nèi)開槽齒2和底齒3能夠同時(shí)接觸到冰面，增加鉆動(dòng)力。底齒3設(shè)置在圓筒壁4的頂端的端面上，且底齒3設(shè)置在圓筒壁4的寬度與圓筒壁4的寬度相同，不沿著圓筒壁4向外伸出，也不沿著圓筒壁4向內(nèi)伸出。

具體實(shí)施方式四：根據(jù)具體實(shí)施方式一至具體實(shí)施方式三中任一項(xiàng)所述的冰取樣鉆頭實(shí)現(xiàn)的冰取樣方法，其特征在于，它包括以下步驟：

步驟一、將鉆機(jī)安裝在標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)螺紋接口5處，使圓筒壁4處于與冰面垂直的方向，啟動(dòng)電機(jī)，在電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下，圓筒壁4開始旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)位于圓筒壁4頂端端面上的底齒3、外開槽齒1和內(nèi)開槽齒2開始旋轉(zhuǎn)，對(duì)冰面進(jìn)行鉆孔；

步驟二、當(dāng)對(duì)冰面鉆取一定深度后，停止電機(jī)并提起鉆頭，此時(shí)，冰樣外壁留有空隙；

步驟三、采用取樣探針6沿著冰樣外壁的空隙深入到冰樣的底部，用鋼錘錘擊探針頂部，依此方法多次取點(diǎn)錘擊，直至冰洋從根部斷裂，完成對(duì)冰的取樣。

實(shí)施例：

本發(fā)明所述的根據(jù)冰取樣鉆頭實(shí)現(xiàn)的冰取樣方法，它包括五個(gè)步驟，分別為：

步驟1、將鉆頭安裝到便攜式鉆機(jī)上；

步驟2、將取樣位置的冰面清理干凈，將便攜式鉆機(jī)樹立好，保持圓形筒鋸處于與冰面的垂直方向；

步驟3、啟動(dòng)電機(jī)，開始鉆孔取樣工作，取樣過程中保持鉆機(jī)處于垂直方向，當(dāng)鉆孔至要求深度后，停機(jī)并提起鉆機(jī)；

步驟4、將取樣探針深入到冰樣底部，用鋼錘錘擊探針頭，錘擊3-5下，依此方法多次取點(diǎn)錘擊，直至冰洋從根部斷裂；

步驟5、取出冰樣，套上保鮮膜，放入恒低溫箱內(nèi)，取樣過程結(jié)束。

具體實(shí)施方式五：本實(shí)施方式是對(duì)具體實(shí)施方式四所述的冰取樣鉆頭作進(jìn)一步說明，本實(shí)施方式中，取樣探針6的直徑為5mm，取樣探針6為不銹鋼材料。

本實(shí)施方式中，取樣探針為直徑5mm的不銹鋼材料，頂部帶帽頭便于錘擊。