静力触探式深层取土器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于取土器技术领域，具体涉及一种与静力触探贯入设备结合使用的可取地下深处土样的静力触探式深层取土器。
【背景技术】
[0002]本发明背景的下列讨论旨在有利于理解本发明。然而，应该理解，该讨论不是确认或承认任何所涉及的材料是公开过的、已知的或是在本申请的优先权日前的公知常识的一部分。
[0003]取土样是岩土工程勘察中必不可少的、经常性的工作，为定量评价岩土工程问题而提供室内试验的样品。现在取土器技术较为成熟，种类繁多，适用于各种类型的土体。国内现有的取土器除了在地面工程地质测绘调查和坑探工程中采取试样外，主要是在钻孔中使用。对于地下深部的土体，必须使用合适的钻具和钻进方法进行钻孔，达到取样位置后取出钻头再下放取土器进行取样。钻探取样工作量较大，速度慢，成本较高，一般占整个勘察费用的30%以上。
[0004]静力触探技术是指利用压力机械装置将具有一定规格的圆锥形探头均匀压入土中，通过测定各土层的锥头阻力、侧壁摩阻力等参数，以确定土体的某些基本物理力学特性的一种原位测试方法。该技术适用于软土、一般性黏土、粉土、砂土和含少量碎石的土，至今已有80多年的历史，特别是近几年来静力触探技术向多功能、多领域方向迅速发展。除锥头阻力、侧壁摩阻力参数外，孔隙水压力、温度、地震波、甚至密度参数均可获得。从20世纪80年代开始，在国外出现了可取土样的多功能探头，至今已有较大发展。而国内这方面起步相当晚，目前国内广泛使用的单双桥静力触探和孔压静力触探不具备取样的功能。2012年国家知识产权局公布一种可取土样的环境孔压静力触探探头，专利号为201110413998.4，比较新颖，但技术不成熟，缺点明显，实用性不强，表现在:1.取土样的功能显然被定位成探头的附加功能，严格讲不算是专用取土器；2.自锁机构占用的横向空间明显过大，利用钢珠重力开锁存在明显缺陷；3.缺乏密封设计，不能排除地下水压力对取土活动的不利影响；4.从行业实践及技术原理上看，静力触探探头不适合将数据采集功能同取样功能完全整合在同一个结构设备上，因为其功能的实现并不同步或协调。静力触探的贯入系统由触探主机和反力装置两部分组成，触探主机按其传动方式不同，可分为机械式和液压式。反力装置有自重式和地锚式。工程普遍使用中的触探主机提供的最大贯入力一般在30KN到200KN范围内，近年国内有关单位经过科技攻关成功研发的新型触探车可提供的最大贯入力达到350KN，不仅可以贯入一般性土层，还能贯入到碎石土、卵(砾)石土层中。触探深度受设备条件、地质条件、勘探深度要求等因素的影响，应用中一般在35m以内，国外可见报道的最大实验深度已达80多米。
[0005]传统取样器及其使用方法具有设备复杂、工作量大、速度慢、成本高、环境影响较大等缺点，静力触探具有设备简单、工作量小、速度快、价格低的优点，但不可取样。通过改造传统取土器结构，使之可以和静力触探贯入系统结合使用，用静力触探压力设备向下贯入代替钻机成孔，无疑是取土器及取样方法的一个新的发展途径。
【发明内容】
[0006]为了克服国内现有技术中静力触探设备不能取土样和钻探取样费用高、速度慢、工艺复杂、环境影响大等缺点，本发明提供一种与静力触探贯入设备结合使用在不进行钻孔的情况下可以将埋藏在地下深部(O-SOm)的土样快速取出的取土器，它具有结构简单、使用方便、快速省力、成本低的特点。
[0007]本发明的目的在于尽可能排除地下水对取土器工作效果的不利影响，大大减小水压对土样的扰动，增大取土的成功率和土样的质量。
[0008]本发明的目的还在于为取土器提供一种可靠性和耐久性更高、占用空间更少的自锁方式。
[0009]为达到上述目的，本发明提供了两种技术方案，两种方案属于同一总体构思，他们的工作原理、大部分必要技术特征、技术效果均相同，有诸多对现有技术做出贡献的特定技术特征相一致，两者的差异之处仅体现在少量结构的相互关系在形式上的变化，并无本质区别。
[0010]第一种技术方案为:一种静力触探式深层取土器，包括外壳(6)、取样筒(8)、主承力轴(4)、管靴(11)、扩土锥头(10)、弹性环(9)、钢片(5)、解锁部件；外壳(6)为厚壁圆筒状，其内表面设有环形凹槽(13)，其下端固定连接取样筒(8)，取样筒(8)下端固定连接管靴(11);取样筒(8)为薄壁圆筒或为薄壁半合管，用于装土样；管靴(11) 一端带有刃口，用于切割土体；主承力轴(4)下半部设有环形限位槽(12)，其表面活动套有解锁部件；所述解锁部件包括薄壁管(7)和连接在薄壁管(7)上的控制杆(7.1)，薄壁管(7)的内径大于主承力轴(4)的外径，且薄壁管(7)的外径小于外壳(6)的内径；主承力轴(4)下端设置扩土锥头(10)，扩土锥头(10)的下端呈圆锥形，用于挤土扩孔；主承力轴(4)和扩土锥头(10)位于所述外壳(6)、取样筒(8)和管靴(11)组成的筒体结构的内部，并且可以沿筒体结构的中轴线方向运动；钢片(5)的下端以环形排列方式与弹性环(9)固定连接，并放置于外壳(6)内表面环形凹槽(13)中，在弹性环(9)紧张时，钢片(5)的自由端(即上端)具有自然向内合拢的趋势，因此钢片(5)能自主嵌入环形限位槽(12)，起到阻止主承力轴(4)单独下移的锁定效果。
[0011]优选的，控制杆(7.1)呈杆状，下端与薄壁管(7)固定连接；为避免手接触时打滑，控制杆(7.1)上端预留突起；主承力轴(4)表面沿长度方向设置条形凹槽(14)，控制杆(7.1)位于条形凹槽(14)内，且条形凹槽(14)的长度满足解锁操作所需的长度；主承力轴(4)上部与转接头(I)丝扣连接并固定环形钢耳(2)，下部与扩土锥头(10)丝扣连接；所述扩土锥头(10 )上端呈锥形台状并在斜面上设有防水垫层(3 )。
[0012]优选的，环形钢耳(2 )底面为环形斜平面，该斜平面上设有防水垫层(3 );外壳(6 )的环形凹槽(13)的高度大于钢片(5)的长度；外壳(6)上端和下端的接口内部设为倾斜面，外壳(6)上端的倾斜面能与环形钢耳(2)的斜面贴合，外壳(6)下端的倾斜面能与扩土锥头
(10)上端的斜面贴合。
[0013]优选的，取样筒(8)与外壳(6)、管靴(11)均采用丝扣连接，接口处加厚；管靴(11)四周设有至少两个突起体，刃角小于0.36。
[0014]上述技术方案的操作步骤共7步，每一步骤的工作过程和所起作用简要阐述如下。
[0015]1.将静力触探式深层取土器通过其上的转接头(I)接上探杆，探杆安装在静力触探车上。
[0016]2.露出扩土锥头(10)，使环形钢耳(2)紧压外壳(6)，利用静力触探车将静力触探式深层取土器贯入到指定的深度，然后停止贯入。此过程中扩土锥头(10)将起到类似静力触探探头的扩土作用。
[0017]3.将探杆上提收回，控制上提位移，使主承力轴(4)上的环形限位槽(12)的位置略高于钢片(5)，由于钢片(5)在弹性环(9)的作用下具有收缩的趋势，钢片(5)上端将嵌入环形限位槽(12)中，从而使主承力轴(4)和扩土锥头(10)不能单独贯入，此为锁定状态。
[0018]4.继续向下贯入取土器，探杆传下的轴力将通过钢片(5)传递给外壳(6)和取样筒(8)，使之向下运动，土样受管靴(11)切割而进入取样筒(8)内，与此同时，取样筒内的水将从主承力轴(4)与外壳(6)之间的空隙排除。取得土样后停止贯入。
[0019]5.提升探杆，将取土器取回地面，在此过程中，扩土锥头(10)上的防水垫层(3)与外壳(6)下端斜面贴合，形成密封，使取样筒(8)内部压强与取土器以下空间压强一致，土样不易脱落。
[0020]6.卸下取样筒(8 )，取出土样密封保存，清洗设备。通过解锁部件解锁，此过程中，向上滑动控制杆(7.1)，控制杆(7.1)带动薄壁管(7)上移并使钢片(5)扩张脱离环形限位槽(12)。
[0021 ] 7.取样结束后，可重复上述过程进行另一深度的取样。
[0022]第二种技术方案:一种静力触探式深层取土器，包括外壳(