一种岩土工程钻探取样装置的制作方法

1.本发明属于地质勘探技术领域，特别是涉及一种岩土工程钻探取样装置。


背景技术：

2.在地质勘探工作中，需要对地下的岩土层进行取样分析，此过程需要用到钻探取样装置获取岩土样本，在现有技术中，如中国专利cn112326923b公开了一种土层勘探装置及其勘探方法，其公开的技术特征中，土层勘探取样装置只能取样一次，若需要取样第二次，就需要将第一次取样的取样装置从勘探洞中取出，再换上新的取样装置后取样，此专利文件公开的取样装置不能一次钻探多次取样，工作效率低。


技术实现要素：

3.基于此，有必要针对现有技术所存在的问题，提供一种岩土工程钻探取样装置，以解决现有技术中的取样装置取样不便的问题。
4.上述目的通过下述技术方案实现：
5.一种岩土工程钻探取样装置，所述岩土工程钻探取样装置在采集岩土样本前后具有相应的初始状态和存储状态；
6.并包括：存储腔室，处于所述存储状态时，所述存储腔室包括按存储岩土样本的先后次序排布的第一子腔室至第n子腔室，共n个子腔室，其中n≥2，任意两个所述子腔室之间互相隔绝。
7.进一步地，其还包括：
8.隔绝组件，具有初始位置和存储位置，当所述隔绝组件处于存储位置时，所述隔绝组件能够使所述存储腔室隔离出至少两个互相隔绝的所述子腔室。
9.进一步地，所述隔绝组件还包括第一通道，所述第一通道连接第m-1子腔室和第m子腔室，所述第一通道限制岩土样本由一个所述子腔室向另一个所述子腔体流动，0＜m-1＜m≤n。
10.进一步地，所述隔绝组件还包括单向阀，所述单向阀限制第l子腔室内的气体向第l-1子腔室流动,0＜l-1＜l≤n。
11.进一步地，其还包括：
12.调节组件，所述调节组件用以使所述隔绝组件由所述初始位置移动至所述存储位置。
13.进一步地，所述隔绝组件包括隔板，处于所述存储位置时，所述隔板使得相邻两个所述子腔体相互隔绝。
14.进一步地，其还包括：
15.第一轴体，所述第一轴体沿第一方向设置，所述第一方向为所述存储腔室入口到所述存储腔室底部的方向；所述第一轴体与所述隔板导向配合；
16.所述第一轴体的外周面上设置有传动螺纹，所述隔板通过所述传动螺纹与所述第
一轴体螺纹传动连接，使所述隔板刮除所述存储腔室内壁附着的岩土样本。
17.进一步地，所述第一轴体单向转动。
18.进一步地，所述隔绝组件还包括扭矩卡扣，所述第一轴体和所述隔板通过所述扭矩卡扣传动连接，当所述第一轴体向所述隔板传递的力大于预设值时，所述扭矩卡扣使得所述第一轴体和所述隔板解除传动连接。
19.进一步地，其还包括：
20.外壳，外壳包括第二通道。
21.取样刀具，取样刀具用于挖取岩土样本。
22.驱动组件，驱动装置能够驱动取样刀具挖取岩土样本。
23.驱动组件能够使第二通道开放或关闭，当第二通道开放时，取样刀具挖取的岩土样本由第二通道进入存储腔室，当第二通道关闭时，存储腔室与外部环境隔绝。
24.本发明的有益效果是：取样单元的存储腔室包括具有至少两个相互隔绝独立的子腔室，使本发明的岩土工程钻探取样单元能够多次取样，提高了工作效率；用隔板将多次取样的岩土样本隔离放入不同的子腔室，方便多次取样，并且隔板能够刮除存储腔室内壁附着的岩土样本，防止多次取样的岩土样本互相混合。
附图说明
25.图1为本发明的岩土工程钻探取样装置的实施例的工作示意图；
26.图2为本发明的岩土工程钻探取样装置的其中一个实施例的取样单元的结构示意图；
27.图3为本发明的岩土工程钻探取样装置的其中一个实施例的取样单元的结构示意图；
28.图4为本发明的岩土工程钻探取样装置的其中一个实施例的取样单元的另一视角的结构示意图；
29.图5为图4的a部分的局部放大图；
30.图6为图5的b部分的局部放大图；
31.图7为本发明的岩土工程钻探取样装置的其中一个实施例的隔绝组件的结构示意图；
32.图8为本发明的岩土工程钻探取样装置的其中一个实施例的结构示意图；
33.图9为图8的c部分的局部放大图；
34.图10为本发明的岩土工程钻探取样装置的其中一个实施例的结构示意图；
35.其中：
36.100、钻探取样车；200、取样单元；
37.210、连接组件；
38.220、取样钻头；
39.230、取样组件；231、隔绝组件；2312、第一通道；2314、隔板；2316、扭矩卡扣；2318、第三通道；232、取样刀具；233、第一轴体；234、调节组件；2341、下调节块；2342、上调节块；2343、第一铰接轴；2344、第二铰接轴；2345、第三铰接轴；2346、第四铰接轴；236、单向阀；238、样本存储管；2381、存储腔室；2382、子腔室；
40.240、驱动组件；241、电机；242、机盖；243、第一传动齿轮；244、扭簧；245、单向轴承；246、第二传动齿；247、第二轴体；
41.250、外壳；251、第二通道。
具体实施方式
42.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下通过实施例，并结合附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
43.本文中为组件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本技术所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
44.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
45.下面结合说明书附图，对本发明的一种岩土工程钻探取样装置进行说明。
46.如图1到图10所示，本发明的岩土工程钻探取样装置的实施例，其包括：钻探取样车100和取样单元200；岩土工程钻探取样装置在采集岩土样本前后具有相应的初始状态和存储状态。
47.钻探取样车100包括动力组件(附图中未标示出)。
48.取样单元200包括连接组件210、取样钻头220和取样组件230。
49.动力组件与连接组件210传动连接；取样钻头220设置在取样组件230的下方并螺纹连接，用以向下钻探岩土层。
50.取样组件230包括样本存储管238，样本存储管238内设置有存储腔室2381，存储腔室2381用以存储取样后的岩土样本。
51.在初始状态时，存储腔室2381未存储岩土样本。
52.在存储状态时，存储腔室2381包括至少两个互相隔绝的子腔室2382，存储腔室2381包括按存储岩土样本的先后次序排布的第一子腔室2382至第n子腔室2382，共n个子腔室2382，其中n≥2，任意两个子腔室2382之间互相隔绝。
53.在取样时，取样单元200的存储腔室2381包括具有至少两个相互隔绝独立的子腔室2382，使本发明的岩土工程钻探取样单元200能够一次钻探多次取样，提高了工作效率，降低岩土取样的成本。
54.在其中一个实施例中，如图3到图7所示，取样单元200还包括隔绝组件231；隔绝组件231设置在样本存储管238的上方；隔绝组件231的数量至少一个。
55.隔绝组件231具有初始位置和存储位置。隔绝组件231在初始位置时，隔绝组件231堆叠设置；在存储位置时，隔绝组件231能够使存储腔室2381隔离出至少两个互相隔绝的子腔室2382，使每次取样的岩土样本隔绝开，防止各种岩土样本混合，影响检测结果。
56.在其中一个实施例中，如图1到图7所示，隔绝组件231还包括第一通道2312，第一通道2312连接第m-1子腔室2382和第m子腔室2382，第一通道2312限制子腔室2382内的岩土样本进入其他子腔室2382，0＜m-1＜m≤n。
57.在使用时，隔绝组件231处于存储位置，隔绝组件231沿样本存储管238内壁下降，第一通道2312能够平衡隔绝组件231上下两个相互隔绝的子腔室2382之间的压强，使隔绝组件231沿样本存储管238下落更顺畅，提高样本存储管238的空间利用率。
58.在其中一个实施例中，如图1到图7所示，隔绝组件231还包括单向阀236，单向阀236限制第m子腔室2382内的气体向第m-1子腔体流动。可以理解的是，单向阀236可以设置在第一通道2312内，也可以设置在第一通道2312外。
59.在其中一个实施例中，如图2到图7所示，取样单元200还包括调节组件234，调节组件234能够使隔绝组件231由初始位置移动至存储位置。调节组件234设置在隔绝组件231的下方，调节组件234包括上调节块2342和下调节块2341，上调节块2342设置在下调节块2341的上方，上调节块2342与下调节块2341的上下距离为一个隔绝组件231的厚度。
60.如图6所示，调节组件234还包括第一铰接轴2343、第二铰接轴2344、第三铰接轴2345和第四铰接轴2346。
61.第一铰接轴2343固接在第二轴体247上，第三铰接轴2345固接在第二轴体247上；第一铰接轴2343与第三铰接轴2345的水平面的夹角为180
°
；第二铰接轴2344一端与第一铰接轴2343铰接，另一端与下调节块2341铰接；第四铰接轴2346一端与第三铰接轴2345铰接，另一端与上调节块2342铰接。
62.在其中一个实施例中，如图1到图10所示，隔绝组件231包括隔板2314，隔板2314为圆形板；在存储状态时，调节组件234能够切换隔绝组件231处于存储位置或者初始位置，在存储位置时，隔绝组件231进入样本存储管238内，且沿样本存储管238内壁下降，隔板2314将存储腔室2381分割成至少两个子腔室2382，各个子腔室2382内的岩土样本都互相隔绝，避免混合。
63.其还包括外壳250，外壳250设置有第一轨道(附图中未标示出)和第二轨道(附图中未标示出)。
64.上调节块2342能够沿第一轨道伸出外壳250或者缩回外壳250；下调节块2341能够沿第二轨迹伸出外壳250或者缩回外壳250；上调节块2342伸出时能够阻挡上调节块2342上方的隔板2314沿重力方向坠入样本存储管238的存储腔室2381内；下调节块2341伸出时能够阻挡位于下调节块2341上方和上调节块2342下方的隔板2314沿重力方向坠入样本存储管238的存储腔室2381内。
65.在其中一个实施例中，第一通道2312设置在隔板2314上。
66.在其中一个实施例中，第一通道2312设置在样本存储管238的内壁上。
67.在其中一个实施例中，如图1到图10所示，其还包括：
68.第一轴体233，第一轴体233沿第一方向设置，第一方向为存储腔室2381入口到存储腔室2381底部的方向。
69.第一轴体233与隔板2314导向配合隔板2314设置有第三通道2318，第三通道2318为通孔；第一轴体233穿设于第三通道2318，与隔板2314导向配合；当隔板2314沿第一方向下落时，第一轴体233起导向作用。
70.第一轴体233的外周面上设置有传动螺纹，隔板2314与第一轴体233通过传动螺纹传动连接。
71.隔绝组件231处于存储位置时，转动第一轴体233，第一轴体233利用传动螺纹使隔板2314沿样本存储管238内壁向下移动，使隔板2314刮除存储腔室2381内壁附着的岩土样本。
72.在其中一个实施例中，如图1到图10所示，第一轴体233单向转动。
73.取样单元200还包括驱动组件240，驱动组件240包括电机241和机盖242，机盖242设置在外壳250上，电机241设置在机盖242内；第一轴体233与电机241通过单向轴承245连接，电机241能够带动第一轴体233单向转动，使隔板2314仅能向下移动并压实存储腔室2381内的岩土样本，提高样本存储管238的空间利用率。
74.在其中一个实施例中，如图1到图7所示，隔绝组件231还包括扭矩卡扣2316。
75.第一轴体233与隔板2314通过扭矩卡扣2316传动连接；当第一轴体233向隔板2314传动的力小于等于扭矩卡扣2316的预设值时，第一轴体233通过扭矩卡扣2316与隔板2314传动连接；当第一轴体233向隔板2314传动的力大于扭矩卡扣2316的预设值时，扭矩卡扣2316使第一轴体233与隔板2314传动连接失效。
76.如图7所示，隔板2314的中心位置设置有第三通道2318，扭矩卡扣2316设置在第三通道2318内，扭矩卡扣2316包括第一弹簧(附图中未标示出)、第二弹簧(附图中未标示出)、第一钢珠(附图中未标示出)、第二钢珠(附图中未标示出)、第一壳体(附图中未标示出)和第二壳体(附图中未标示出)；第一壳体和第二壳体为轴瓦形状且镜像设置，两个壳体组成一个套筒；第一钢珠转动设置在第一壳体的内壁上，第一钢珠的一半体积在第一壳体内部，另一半体积在第一壳体外部，第一弹簧的一端固接在第一壳体的外壁上，第一弹簧的另一端固接在第三通道2318的内壁上；第二钢珠设置在第二壳体的内壁上，第二钢珠的一半体积在第二壳体内部，另一半体积在第二壳体外部，第二弹簧的一端固接在第二壳体的外壁上，第二弹簧的另一端固接在第三通道2318的内壁上。扭矩卡扣2316通过第一钢珠和第二钢珠在第一轴体233的传动螺纹上滑动来传递动力。
77.第一弹簧和第二弹簧的弹力相等，且为预设值，预设值设置的数值越大，第一轴体233能够向隔板2314传递的力就越大。当第一轴体233传动的力小于等于预设值时，第一轴体233与隔板2314传动连接，第一轴体233使隔板2314沿第一方向轴向移动；当第一轴体233传动的力大于预设值时，第一钢珠和第二钢珠就会滑出第一轴体233的传动螺纹，使第一轴体233与隔板2314的传动失效，第一轴体233就不再向隔板2314传递动力；以保护隔板2314被岩土样本阻挡后，隔板2314和第一轴体233的机械结构不受破坏。
78.可以理解的是，第二弹簧能够替换成无弹性的板体(附图中未标示出)；板体设置在第三通道2318内，板体的一端固接在第二壳体的外壁上，板体的另一端固接在第三通道2318的内壁上；如此设置同样能起到保护隔板2314和第一轴体233的机械结构的作用。
79.在其中一个实施例中，如图1到图10所示，取样组件230还包括取样刀具232，取样刀具232能够挖取岩土样本。
80.外壳250还包括第二通道251，取样刀具232挖取的岩土样本通过第二通道251进入样本存储管238，取样刀具232能够伸出或缩回外壳250内。
81.驱动组件240还包括扭簧244、第二轴体247、第一传动齿轮243和第二传动齿246。
82.第二轴体247一端与取样刀具232固接，另一端与第二传动齿246固接；第一传动齿轮243和第二传动齿246啮合，第一传动齿轮243与电机241的输出轴固接；使电机241能够控制取样刀具232伸出或缩回外壳250。
83.扭簧244一端固接在第二轴体247上，另一端固接在外壳250上；使第二传动齿246始终与第一传动齿轮243啮合。
84.驱动组件240驱动第二轴体247转动，使取样刀具232伸出外壳250时，第二通道251开放，样本存储管238的存储腔室2381通过第二通道251与外部空间连通，岩土样本从第二通道251进入存储腔室2381内；驱动组件240驱动第二轴体247转动，使取样刀具232缩回外壳250时，第二通道251关闭，存储腔室2381与外部环境隔绝。
85.当驱动组件240驱动取样刀具232伸出外壳250时，转动取样单元200，取样刀具232能够挖取岩土样本，挖取的岩土样本通过第二通道251进入样本存储管238的存储腔室2381内。
86.隔板2314具有第一位置、第二位置和第三位置；隔板2314处于上调节块2342的上方位置时，为第一位置；隔板2314处于上调节块2342和下调节块2341之间的位置时，为第二位置；隔板2314处于下调节块2341的下方位置时，为第三位置。
87.调节组件234具有第一状态和第二状态；第一状态时，上调节块2342伸出，下调节块2341缩回；第二状态时，下调节块2341伸出，上调节块2342缩回。
88.初始时，隔板2314位于第一位置，调节组件234处于第一状态，存储腔室2381只有第一子腔室2382。
89.第一次取样开始，调节组件234切换为第二状态，隔板2314进入第二位置。
90.第一次取样结束后，调节组件234切换为第一状态，隔板2314进入第三位置；隔板2314进入第三位置后，没有了上调节块2342和下调节块2341的阻挡，隔板2314沿重力方向坠入样本存储管238并落在第一次取样的岩土样本上方；
91.隔板2314将存储腔室2381分割为第一子腔室2382和第二子腔室2382；第一次取样的岩土样本在第一子腔室2382；每次取样后，调节组件234向存储腔室2381释放一个隔板2314，防止不同的岩土样本混合。
92.为使叙述简洁，上文仅描述了一次取样的工作原理。
93.取样的工作过程如下所示：
94.(一)准备实施阶段：先在施工土层钻取一个探洞，探洞的深度根据工程需要决定；利用钻探取样车100将取样单元200放入准备好的探洞洞口，假设由于取样工作需要，工作人员须在岩土探洞内的三个不同深度位置分别取样，三个深度位置分别为第一深度位置、第二深度位置和第三深度位置；把第一隔板2314、第二隔板2314按次序由下到上叠放入外壳250内部，第一隔板2314在最下方。
95.可以理解的是，第一隔板2314和第二隔板2314均为上述实施例中所述的隔板2314，两个隔板2314结构相同，只是为了区分方便，故在描述时在名称前添加了“第一”、“第二”；本发明的隔板2314的数量不局限于本发明实施例所描述的数量。
96.(二)第一次取样阶段：取样单元200初始状态时，上调节块2342伸出，下调节块2341缩回，即调节组件234处于第一状态；两个隔板2314均在上调节块2342的上方，即两个隔板2314都处于第一位置；取样刀具232在外壳250内。
97.利用钻探取样车100把取样单元200放入探洞中并下降至第一深度位置，再启动电机241，电机241驱动第一传动齿轮243转动，第二传动齿246通过第二轴体247转动带动取样刀具232伸出外壳250，钻探取样车100再驱动取样单元200转动，使取样刀具232挖取探洞内壁的岩土样本，取样刀具232挖取的岩土样本由第一通孔进入样本存储管238内部，此过程中，调节装置切换到第二状态，第一轴体233驱动第一隔板2314到第二位置，第二隔板2314仍在第三位置。
98.第一深度位置的所需岩土样本收集足够数量后，电机241驱动取样刀具232缩回外壳250内部，此过程中，调节装置切换到第一状态，第一轴体233驱动第一隔板2314到第三位置，第二隔板2314在第一位置。
99.(三)第二次取样阶段：利用钻探取样车100把取样单元200下降至第二深度位置。
100.电机241驱动取样刀具232伸出外壳250，此过程中，调节装置切换到第二状态，第二隔板2314下降第二位置，电机241驱动第一轴体233转动，使第一隔板2314压实样本存储管238内的岩土样本，岩土样本被压实到预设程度之后，扭矩卡扣2316使第二轴体247与第一隔板2314的传动连接失效，第二隔板2314不再压缩岩土样本。
101.取样刀具232伸出外壳250后，钻探取样车100驱动取样单元200旋转，取样刀具232刮取探洞内壁的岩土样本，被刮取的岩土样本从第一通孔进入到样本存储管238。
102.第二深度位置的所需岩土样本收集足够数量后，电机241驱动取样刀具232缩回外壳250内部，此过程中，调节装置切换到第一状态，第二隔板2314下降第三位置，第二轴体247驱动第二隔板2314下落。
103.(四)第三次取样阶段：利用钻探取样车100把取样单元200下降至第三深度位置。电机241驱动取样刀具232伸出外壳250，此过程中，调节装置切换到第二状态，电机241驱动第一轴体233转动，使第一隔板2314和第二隔板2314压实样本存储管238内的岩土样本，岩土样本被压实到预设程度之后，扭矩卡扣2316使第一轴体233与第二隔板2314的传动连接失效，第二隔板2314不再压缩岩土样本。
104.取样刀具232伸出外壳250后，钻探取样车100驱动取样单元200旋转，取样刀具232刮取探洞内壁的岩土样本，被刮取的岩土样本从第一通孔进入到样本存储管238。第三深度位置的所需岩土样本收集足够数量后，电机241驱动取样刀具232缩回外壳250内部。
105.(五)样本取回阶段：样本收集完毕后，钻探取样车100将取样单元200从探洞中取出，卸下取样钻头220，拿出取样存储筒。
106.以上各实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
107.以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。