土体取样装置、土体取样系统及土体取样方法与流程

本发明涉及输电线路地基工程技术领域，具体而言，涉及一种土体取样装置、土体取样系统及土体取样方法。

背景技术：

输电线路杆塔地基基础不仅承受杆塔的下压荷载，还要承受上拔荷载和水平荷载，因此，输电线路杆塔地基基础在三种荷载作用下稳定安全运行是输电线路工程安全稳定运行的基本保障。

输电线路杆塔地基基础承受上拔荷载和水平荷载时，抗拔承载力和水平承载力确定方法主要包括：公式计算法、真型试验法和常动力模型试验法。其中，公式计算法使用简便，便于应用，但是计算结果容易受计算参数的影响，准确性低；真型试验法能够真实反映输电线路杆塔地基基础的受力状态和承载特性，但是试验周期长、费用高并且试验场地选址困难，试验所需的条件难以控制；常动力模型试验法的试验周期短、费用低，试验所需的条件便于控制，但是无法真实反映输电线路杆塔地基基础的受力状态，试验结果与真实情况偏差较大。因此，输电线路杆塔地基基础的抗拔承载力和水平承载力可采用离心机模型试验方法来确定，具体地是通过基础模型的上拔和水平离心机试验方法来确定，该试验方法的成本低、试验场地选址容易，并且试验结果更准确，更加接近真实情况。

当采用基础模型的离心机试验方法进行试验时，所需的地基土体应为接近半无限体状态的土体，因此需要大体积的原状地基土体来模拟半无限状态的土体。然而，目前现有的土体取样方法均是人工在土体断面或深坑中切取土样，并且在切取土样的过程中不能对土样进行扰动以免土样损坏影响试验结果，所以人工切取土样的体积往往受到限制，并且取样的过程比较繁琐。又由于试验所需的地基土体应为无扰动的原状地基土体，所以无法将人工每次切取的土样进行汇总以作为试验所需的地基土体。因此，人工切取的土样无法模拟半无限状态的原状地基土体，也就无法作为试验所需的地基土体，进而无法采用基础模型的离心机试验方法进行试验。

技术实现要素：

鉴于此，本发明提出了一种土体取样装置，旨在解决现有技术中人工切取土样的体积受到限制导致该土样无法模拟半无限状态的原状地基土体进而使得基础模型的离心机试验无法进行的问题。本发明还提出了一种土体取样系统及土体取样方法。

一个方面，本发明提出了一种土体取样装置，该装置包括：框体和切土板；其中，框体设置有开口端，框体的开口端与切土板可拆卸连接；框体与切土板围设成用于容纳所取土样的容置腔。

进一步地，上述土体取样装置中，框体为两端开口且内部中空的柱状体。

进一步地，上述土体取样装置中，切土板的其中一个侧边设置有切割刃。

进一步地，上述土体取样装置还包括：挡板，其中，挡板垂直连接于切土板，并且，挡板与切割刃相对设置。

本发明中，切土板将所取土样从土体中分离出来，框体扣设于所取土样，通过框体与切土板可拆卸连接，实现了所取土样的采集，不仅使得所取土样的体积可以根据实际需要来确定，而且所取的土样无扰动，土样无损坏，进而使得所取土样能够更好地模拟半无限状态的原状地基土体，从而确保了基础模型的离心机试验的正常进行，提高了试验结果的准确度，解决了现有技术中人工切取土样的体积受到限制导致该土样无法模拟半无限状态的原状地基土体进而使得基础模型的离心机试验无法进行的问题，并且，该土体取样装置结构简单，易于操作。

另一方面，本发明还提出了一种土体取样系统，该系统包括：升降装置和上述的土体取样装置；其中，升降装置与土体取样装置中的框体相连接，升降装置用于升降土体取样装置。

进一步地，上述土体取样系统中，升降装置包括：架体、摇杆、绳索、第一滑轮和第二滑轮；其中，摇杆可转动地连接于架体，第一滑轮设置于架体的顶部；第二滑轮设置于框体的外壁；绳索的一端连接于摇杆，绳索依次绕设第一滑轮和第二滑轮，并且，绳索的另一端与架体的顶部相连接。

本发明中，土体取样装置实现了对所取土样进行采集，不仅使得所取土样的体积可以根据实际需要来确定，而且所取的土样无扰动，土样无损坏，提高了试验结果的准确度，并且，升降装置将土体取样装置升降至所需的高度，以便工作人员进行相应的处理，方便简单，易于实现。

再一方面，本发明还提出了一种土体取样方法，该方法包括如下步骤：在土体取样的场地开挖具有预设尺寸的基坑；根据所取土样的高度将切土板插入基坑侧壁的土体中；根据所取土样的尺寸对切土板周边的土体进行剔除，切土板上剩余的土体确定为所取土样；用框体扣设于所取土样，并将框体与切土板相连接。

进一步地，上述土体取样方法还包括：将框体吊升至预设位置。

进一步地，上述土体取样方法中，根据所取土样的高度将切土板插入基坑侧壁的土体中的步骤中，根据所取土样的高度在基坑侧壁的土体开挖凹槽，切土板从凹槽插入基坑侧壁的土体中。

进一步地，上述土体取样方法中，凹槽的深度小于等于切土板长度的1/2，凹槽的高度小于等于切土板的厚度。

本发明中，通过切土板插入土体中，并将切土板周边的多余土体剔除，切土板剩余的土体即为所取土样，用框体扣设所取土样，再将框体与切土板可拆卸连接，实现了所取土样的采集，不仅使得所取土样的体积可以根据实际需要来确定，而且所取的土样无扰动，土样无损坏，进而使得所取土样能够更好地模拟半无限状态的原状地基土体，从而确保了基础模型的离心机试验的正常进行，提高了试验结果的准确度。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为本发明实施例提供的土体取样装置的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的土体取样装置中，框体的俯视结构示意图；

图3为本发明实施例提供的土体取样装置中，切土板的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的土体取样装置土体取样的示意图；

图5为本发明实施例提供的土体取样装置土体取样的又一示意图；

图6为本发明实施例提供的土体取样装置土体取样的又一示意图；

图7为本发明实施例提供的土体取样系统的结构示意图；

图8为本发明实施例提供的土体取样方法的流程图；

图9为本发明实施例提供的土体取样方法的又一流程图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

土体取样装置实施例：

参见图1至图3，图中示出了本发明实施例提供的土体取样装置的优选结构。如图所示，该土体取样装置包括：框体1和切土板2。其中，框体1设置有开口端，框体1的开口端与切土板2可拆卸连接。并且，当框体1与切土板2连接在一起时，框体1与切土板2围设成用于容纳所取土样的容置腔11。具体地，框体1的内部中空，框体1的至少一端设置有开口，其中的一个开口端与切土板2为可拆卸连接。优选的，容置腔11的尺寸与所取土样的尺寸相匹配。

具体实施时，框体1的开口端与切土板2的可拆卸连接可以为螺栓连接。在框体1的开口端处设置有连接板7，该连接板7与框体1为垂直设置，该连接板7上开设有第一螺栓孔71。切土板2的尺寸大于框体1开口端的端部的尺寸，切土板2对应于第一螺栓孔71的位置处开设有第二螺栓孔22，螺栓依次穿设于第一螺栓孔71和第二螺栓孔22且与螺母相连接。具体实施时，第一螺栓孔71和第二螺栓孔22的形状均可以为圆形、方形等，本实施例对此不做任何限制。

优选的，框体1的外壁还可以设置有把手13，便于人工提起该框体。

参见图4至图6，土体取样时，选取一个合适的土体取样的场地，在该场地开挖基坑8。根据所取土样的高度在基坑8的其中一个侧壁上做出标注线，将切土板2从标注线处插入基坑8该侧壁的土体中。根据所取土样的尺寸将切土板2周边的土体剔除，切土板2上剩余的土体则为所取土样。用框体1扣设于所取土样，并将框体1与切土板2用螺栓连接，从而完成了土体取样。

具体实施时，切土板2可以通过千斤顶从标注线处顶入基坑侧壁的土体中。框体1的内部尺寸与所取土样的尺寸相匹配，由于切土板2与框体1的开口端的端部相固定，所以切土板2的尺寸大于框体1的开口端的端部的尺寸，则切土板2的尺寸大于所取土样的尺寸，当将切土板2周边的土体剔除之后，还应该将切土板2上多余的土体剔除，这时，切土板2上剩余的土体为所取土样。

可以看出，本实施例中，切土板2将所取土样从土体中分离出来，框体1扣设于所取土样，通过框体1与切土板2可拆卸连接，实现了所取土样的采集，不仅使得所取土样的体积可以根据实际需要来确定，而且所取的土样无扰动，土样无损坏，进而使得所取土样能够更好地模拟半无限状态的原状地基土体，从而确保了基础模型的离心机试验的正常进行，提高了试验结果的准确度，解决了现有技术中人工切取土样的体积受到限制导致该土样无法模拟半无限状态的原状地基土体进而使得基础模型的离心机试验无法进行的问题，并且，该土体取样装置结构简单，易于操作。

上述实施例中，该框体1可以为两端开口且内部中空的柱状体，具体地，该框体1的两端均为开口端，其中一个开口端与切土板2可拆卸连接。该框体1可以为方形、圆形等，具体实施时，框体1的形状可以根据所取土样的形状来确定，本实施例对此不做任何限制。

参见图3，上述实施例中，切土板2的其中一个侧边设置有切割刃21。土体取样时，将切土板2上带有切割刃21的侧边从标注线处插入基坑侧壁的土体中。具体实施时，千斤顶的一端通过垫块顶靠于基坑的与带有标注线的侧壁相对另一侧壁，千斤顶的另一端将切土板2带有切割刃21的侧边顶入带有标注线的侧壁的土体中。

可以看出，本实施中，通过在切土板2上设置切割刃21，使得切土板2能够更好地插入基坑侧壁的土体中，简单、方便。

上述实施例中，该装置还可以包括：挡板。其中，挡板垂直连接于切土板2，并且挡板与切割刃21为相对设置。具体地，千斤顶可以通过该挡板将切土板2带有切割刃21的侧边顶入土体中。

可以看出，本实施例中，通过设置挡板，能够使得千斤顶在将切土板2顶入土体中时切土板2的受力更加均匀，切土板2能够更好地插入土体中。

综上所述，本实施例中，切土板2将所取土样从土体中分离出来，框体1扣设于所取土样，通过框体1与切土板2可拆卸连接，实现了所取土样的采集，不仅使得所取土样的体积可以根据实际需要来确定，而且所取的土样无扰动，土样无损坏，进而使得所取土样能够更好地模拟半无限状态的原状地基土体，从而确保了基础模型的离心机试验的正常进行，提高了试验结果的准确度，并且，该土体取样装置结构简单，易于操作。

土体取样系统实施例：

本发明还提出一种土体取样系统。参见图7，图7为本发明实施例提供的土体取样系统的结构示意图。如图所示，该系统包括：升降装置和上述的土体取样装置。其中，升降装置与土体取样装置中的框体1相连接，升降装置用于升降土体取样装置。土体取样装置的具体实施过程参见上述说明即可，本实施例在此不再赘述。

工作时，土体取样装置中的框体1和切土板2将所取土样扣设于容置腔11内，升降装置将土体取样装置上升或者下降至所需地点，以便工作人员对土体取样装置内的所取土样进行处理。

可以看出，本实施例中，土体取样装置实现了对所取土样进行采集，不仅使得所取土样的体积可以根据实际需要来确定，而且所取的土样无扰动，土样无损坏，提高了试验结果的准确度，并且，升降装置将土体取样装置升降至所需的高度，以便工作人员进行相应的处理，方便简单，易于实现。

参见图7，上述实施例中，升降装置可以包括：架体3、摇杆4、绳索5、第一滑轮6和第二滑轮12。其中，摇杆4可转动地连接于架体3，第一滑轮6设置于架体3的顶部，第二滑轮12设置于框体1的外壁。绳索5的一端连接于摇杆4，绳索5依次绕设于第一滑轮6和第二滑轮12，并且，绳索5的另一端与架体3的顶部相连接。具体地，架体3可以为长方体框架，摇杆4设置于架体3的一个侧面，并且摇杆4可相对于架体3转动。绳索5的一端与摇杆4相固定，绳索5的另一端固定于架体3的顶部。

本实施例是以升降装置将土体取样装置上升至预设位置为例进行介绍的，其中，预设位置可以根据实际情况来确定，本实施例对此不作任何限制。工作时，摇杆4转动，连接于摇杆4的绳索5就会跟随摇杆4一起转动，从而绳索5缠绕于摇杆4上，由于绳索5的另一端与架体3的顶部相固定，并且绳索5绕设于第一滑轮6和第二滑轮12，所以摇杆4的转动使得绳索5的长度减少，从而带动土体取样装置中的框体1向上运动，实现了土体取样装置的上升。

可以看出，本实施例中，升降装置利用摇杆4和滑轮即可实现土体取样装置的上升，结构简单，易于实现。

综上所述，本实施例中，土体取样装置实现了对所取土样进行采集，不仅使得所取土样的体积可以根据实际需要来确定，而且所取的土样无扰动，土样无损坏，提高了试验结果的准确度，并且，升降装置将土体取样装置升降至所需的高度，以便工作人员进行相应的处理，方便简单，易于实现。

土体取样方法实施例：

本发明还提出一种土体取样方法。参见图8，图8为本发明实施例提供的土体取样方法的流程图。如图所示，该方法包括如下步骤：

第一步骤S1，在土体取样的场地开挖具有预设尺寸的基坑。

具体地，选取合适的土体取样场地，在选取的土体取样场地开挖基坑8。具体实施时，预设尺寸可以根据实际情况来确定，本实施例对此不作任何限制。

第二步骤S2，根据所取土样的高度将切土板插入基坑侧壁的土体中。

具体地，根据所取土样的高度在基坑8的其中一个侧壁上做出标注线，将切土板2从标注线处插入基坑该侧壁的土体中。具体实施时，切土板2可以通过千斤顶从标注线处顶入基坑侧壁的土体中。当切土板2的其中一个侧边设置有切割刃21时，将切土板2有切割刃21的侧边插入基坑侧壁的土体中。

第三步骤S3，根据所取土样的尺寸对切土板周边的土体进行剔除，切土板上剩余的土体确定为所取土样。

具体地，根据所取土样的尺寸将切土板2周边的土体剔除。具体实施时，由于切土板2与框体1的开口端的端部相固定，所以切土板2的尺寸大于框体1的开口端的端部的尺寸，又由于框体1的内部尺寸与所取土样的尺寸相匹配，所以切土板2的尺寸大于所取土样的尺寸，当切土板2周边的土体剔除之后，还需要根据所取土样的尺寸将切土板2上多余的土体剔除，这时，切土板2上剩余的土体为所取土样。

第四步骤S4，用框体扣设于所取土样，并将框体与切土板相连接。

具体地，用框体1扣设于所取土样，并对框体1与所取土样之间的缝隙进行填充，使得所取土样稳定地置于框体1内，避免所取土样与框体1之间存在缝隙使得所取土样晃动导致所取土样的损坏。然后，将框体1与切土板2用螺栓连接，从而完成土体取样。

可以看出，本实施例中，通过切土板2插入土体中，并将切土板2周边的多余土体剔除，切土板2剩余的土体即为所取土样，用框体1扣设所取土样，再将框体1与切土板2可拆卸连接，实现了所取土样的采集，不仅使得所取土样的体积可以根据实际需要来确定，而且所取的土样无扰动，土样无损坏，进而使得所取土样能够更好地模拟半无限状态的原状地基土体，从而确保了基础模型的离心机试验的正常进行，提高了试验结果的准确度。

参见图9，图9为本发明实施例提供的土体取样方法的又一流程图。如图所示，上述实施例中，在第四步骤S4之后，还可以包括：

第五步骤S5，将框体吊升至预设位置。

具体地，在第四步骤S4中，框体1与切土板2相固定，所取土样置于框体1与切土板2围设成的容置腔11内。用升降装置将框体1吊升至预设位置，具体实施时，预设位置可以根据实际需要来确定，本实施例对此不做任何限制。其中，升降装置的具体实施过程参见上述说明即可，本实施例在此不再赘述。

可以看出，本实施例中，将框体1吊升至预设位置，便于工作人员进行相应的处理，操作简单，方便操作。

上述实施例中，第二步骤S2中，根据所取土样的高度在基坑侧壁的土体开挖凹槽9，切土板从凹槽9插入基坑侧壁的土体中。

具体地，根据所取土样的高度在基坑8的其中一个侧壁上做出标注线，在该基坑侧壁的标注线处开挖凹槽9，将切土板2从凹槽9处插入基坑侧壁的土体中。

可以看出，本实施例中，通过在基坑侧壁的土体开挖凹槽9，便于切土板2插入基坑侧壁的土体中。

参见图3至图5，上述实施例中，凹槽的深度x小于等于切土板长度L的1/2，凹槽的高度h小于等于切土板的厚度t。这是因为，若凹槽9的深度x大于切土板2长度L的1/2，容易使得凹槽9不稳定，凹槽9易坍塌，则凹槽9周围的土体受到扰动，从而使得该土体无法模拟半无限状态的原状地基土体。若凹槽9的高度h大于切土板2的厚度t，切土板2插入凹槽9内，切土板2并不能将凹槽9充满，使得凹槽9与切土板2之间预留有间隙，该间隙容易使得凹槽9上方的土体坍塌，从而使得该土体无法模拟半无限状态的原状地基土体。

可以看出，本实施例中，通过限制凹槽9的尺寸，不仅使得切土板更好地插入土体中，而且避免了凹槽9周围的土体坍塌，使得凹槽9周围的土体不受扰动。

综上所述，本实施例中，通过切土板2插入土体中，并将切土板2周边的多余土体剔除，切土板2剩余的土体即为所取土样，用框体1扣设所取土样，再将框体1与切土板2可拆卸连接，实现了所取土样的采集，不仅使得所取土样的体积可以根据实际需要来确定，而且所取的土样无扰动，土样无损坏，进而使得所取土样能够更好地模拟半无限状态的原状地基土体，从而确保了基础模型的离心机试验的正常进行，提高了试验结果的准确度。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。