一种软土微观结构制样器的制作方法

本发明涉及土体微观结构研究技术领域，特别涉及一种软土微观结构制样器。

背景技术：

土体是一种结构性体，土体的微观结构对其强度等宏观力学性质有着密不可分的联系，同时，微观结构与土体工程特性有直接的制约关系，可以通过土的结构变化规律来了解土的工程性质，从微观研究土体变形的角度来解析工程宏观问题。土的微观结构是十分复杂的，在获得的大量信息数据中，土微观结构的方向性信息也是十分重要的，土组构的各项异性能直接导致土体渗透性的各向异性，因此，如何保证减少对土体原状形貌的扰动，有效快速的制备有一定方向性的土体微观结构试样，在土体微观结构研究中有着重要意义。

目前，国内土体微观结构的样品制备工作得到实质性改进，成功研制真空冷冻干燥仪，可以将土中孔隙水迅速冻结，形成无体积膨胀的非结晶质的冰，降低失水收缩对土体微观结构的破坏。但是，现有技术的制样器在微观结构取样过程中，软土制样切样时，与实际存在着很大误差，有些软土细颗粒较多，含水率较高，人为掰开试样或者切取试样不易制作出规定大小和定向性好的原状土微观结构试样。

技术实现要素：

本发明的目的是在于解决上述现有技术的不足之处，而提供一种软土微观结构制样器，通过本制样器制作滑带土，吹填土等软土的微观样品，既能不破坏原状土体的结构性，又能在保证快速地切取出软土微观结构试样。

本发明是由取样装置、液氮保温罐和蠕动泵组成，取样装置和蠕动泵分别通过软管与液氮保温罐相连通，所述软管上具有金属接头；

所述取样装置下端具有液氮腔和密闭温感腔，上端具有套管和自由定位旋转装置，自由定位旋转装置设置在套管上，密闭温感腔设置在套管下端，并包裹套管下部，液氮腔设置在密闭温感腔外壁外；

所述液氮腔腔内均涂有密封材料，在腔的外壁上具有金属接口，金属接头与金属接口相配合；

所述密封材料为聚四氟乙烯；

所述密闭温感腔腔体内填充热敏变色挥发液体，腔体外壁和顶面涂有感温材料；

所述套管内部管壁光滑，套管在密闭温感腔的上部具有第一刻度线，以mm为单位的刻度；

所述自由定位旋转装置包括自由定位旋转平面控制盘、自由定位旋转轴、微观结构取样仓装置、自由定位旋转轴套、锁死机构和按压手柄，自由定位旋转轴设置在自由定位旋转轴套内，自由定位旋转平面控制盘设置在按压手柄上，自由定位旋转轴套固定设置在按压手柄下端，自由定位旋转轴套设置在套管内，微观结构取样仓装置固定设置在自由定位旋转轴内，自由定位旋转轴固定设置在自由定位旋转平面控制盘下端，锁死机构固定设置在自由定位旋转轴套与套管连接处，所述自由定位旋转轴套上具有第二刻度线，以mm为单位的刻度；

所述自由定位旋转平面控制盘分为内盘和外盘，内盘上具有手把，外盘外圈具有标刻线，内盘中心处具有指针，内盘和外盘相配合，自由定位旋转轴固定设置在内盘下端，外盘固定设置在按压手柄上；

所述微观结构取样仓装置包括压杆、连杆组件和取样仓，压杆设置在自由定位旋转轴内，连杆组件设置在压杆下端，取样仓固定设置在连杆组件一端，所述取样仓为开口型长方体，外部为刃口状。

本发明的工作原理和过程：

工作时，闭合锁死机构，将取样装置插入土中，并到达第一刻度线所需数值处，然后进行微观土样的选取定位，打开锁死机构，通过手把转动内盘，使指针转动所需数值位置，自由定位旋转轴转动，微观结构取样仓装置转到指定方位，下压按压手柄，自由定位旋转轴套压到所需数值处后，闭合锁死机构，然后打开蠕动泵阀门，通过压力将液氮保温罐中液氮压入液氮腔，密闭温感腔中热敏变色挥发液体因为土体温度的变化而变化，而后通过观察上部腔外壁感温材料显示出腔体外壁的颜色变化，十分钟之后取样，目的是为了让土中孔隙水快速冻结，形成无体积膨胀的非结晶态的冰，密闭温感腔由透明状态变成黑色状态，颜色稳定后证明土体冷却，不易发生形状变化，下压压杆，通过连杆组件，取样仓水平方向压出，样土从开口处进入取样仓内，拉回压杆，取样仓缩回，随后关闭蠕动泵，取出微观结构取样仓装置，取出土样，取样结束。

本发明的有益效果：

1、避免了人工切样的操作，提高了取样的效率和精确度，有效节约成本，提高实验效率，不破坏土样；

2、通过自由定位旋转装置来确定切取土样的位置，利于对土体不同方位处的微观结构进行观察，更好地进行实验研究；

3、本取样装置通过蠕动泵带动液氮，使土样快速冻结，实现了仪器内在土样冻结的情况下直接切取样品。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明自由定位旋转平面控制盘的局部结构示意图。

具体实施方式

请参阅图1和图2所示，本发明是由取样装置1、液氮保温罐2和蠕动泵3组成，取样装置1和蠕动泵3分别通过软管4与液氮保温罐2相连通，所述软管4上具有金属接头41；

所述取样装置1下端具有液氮腔11和密闭温感腔12，上端具有套管13和自由定位旋转装置14，自由定位旋转装置14设置在套管13上，密闭温感腔12设置在套管13下端，并包裹套管13下部，液氮腔11设置在密闭温感腔12外壁外；

所述液氮腔11腔内均涂有密封材料，在腔的外壁上具有金属接口111，金属接头41与金属接口111相配合；

所述密封材料为聚四氟乙烯；

所述密闭温感腔12腔体内填充热敏变色挥发液体，腔体外壁和顶面涂有感温材料；

所述套管13内部管壁光滑，套管13在密闭温感腔的上部具有第一刻度线131；

所述自由定位旋转装置14包括自由定位旋转平面控制盘141、自由定位旋转轴142、微观结构取样仓装置143、自由定位旋转轴套144、锁死机构145和按压手柄146，自由定位旋转轴142设置在自由定位旋转轴套144内，自由定位旋转平面控制盘141设置在按压手柄146上，自由定位旋转轴套144固定设置在按压手柄146下端，自由定位旋转轴套144设置在套管13内，微观结构取样仓装置143固定设置在自由定位旋转轴142内，自由定位旋转轴142固定设置在自由定位旋转平面控制盘14下端，锁死机构145固定设置在自由定位旋转轴套144与套管13连接处，所述自由定位旋转轴套144上具有第二刻度线1441；

所述自由定位旋转平面控制盘141分为内盘1411和外盘1412，内盘1411上具有手把1413，外盘1412外圈具有标刻线，内盘1411中心处具有指针1414，内盘1411和外盘1412相配合，自由定位旋转轴142固定设置在内盘1411下端，外盘1412固定设置在按压手柄146上；

所述微观结构取样仓装置143包括压杆1431、连杆组件1432和取样仓1433，压杆1431设置在自由定位旋转轴142内，连杆组件1432设置在压杆1431下端，取样仓1433固定设置在连杆组件1432一端，所述取样仓1433为开口型长方体，外部为刃口状。

本发明的工作原理和过程：

请参阅图1和图2所示，工作时，闭合锁死机构145，将取样装置1插入土中，并到达第一刻度线131所需数值处，然后进行微观土样的选取定位，打开锁死机构145，通过手把1413转动内盘1411，使指针1414转动所需数值位置，自由定位旋转轴142转动，微观结构取样仓装置143转到指定方位，下压按压手柄146，自由定位旋转轴套144压到所需数值处后，闭合锁死机构145，然后打开蠕动泵3阀门，通过压力将液氮保温罐2中液氮压入液氮腔11，密闭温感腔12中热敏变色挥发液体因为土体温度的变化而变化，而后通过观察上部腔外壁感温材料显示出腔体外壁的颜色变化，10分钟之后取样，目的是为了让土中孔隙水快速冻结，形成无体积膨胀的非结晶态的冰，密闭温感腔由透明状态变成黑色状态，颜色稳定后证明土体冷却，不易发生形状变化，下压压杆1431，通过连杆组件1432，取样仓1433水平方向压出，样土从开口处进入取样仓1433内，拉回压杆1431，取样仓1433缩回，随后关闭蠕动泵3，取出微观结构取样仓装置143，取出土样，取样结束。