一种多深度钻孔土层样品采集系统

1.本发明涉及生态治理保护研究及施工采集技术领域，更具体的说，特别涉及一种适用于含水量高的松软淤泥质土层的多深度钻孔土层样品采集系统。


背景技术：

2.土壤是一种有限的资源和地表生态环境的一个重要组成要素，对人类的生存和发展乃至地球上多种生命形式的生息繁衍至关重要。在地质普查、地球化学勘查，以及小型工程勘察等方面广泛应用取样钻探的土层样品采集方法。无论是对于泥沙运动的研究、污染物水平检测或是土壤理化性质测定，取得接近天然结构的柱状分层土样都是关键的一步。但是，目前取样钻探常用的取土设备存在一定的缺陷，特别是在采取含水量高的松软淤泥质土层样品时，由于土质松软且受到大量水的润滑，土层样品在取样过程中易从钻头中掉落，且钻孔易塌陷，干扰采取土样的分层情况与采样深度控制，严重影响后续研究。
3.因此，现有技术存在的问题，有待于进一步改进和发展。


技术实现要素：

4.（一）发明目的：为解决上述现有技术中存在的问题，本发明提供一种适用于含水量高的松软淤泥质土层的多深度钻孔土层样品采集系统，解决了含水量高的松软淤泥质土层难以完整取得可用于分析的土层样品的问题。
5.（二）技术方案：为了解决上述技术问题，本技术方案提供一种多深度钻孔土层样品采集系统，包括顺次连接的钻杆尾部、钻杆和取土钻头，
6.所述取土钻头一端设置有连接杆，所述连接杆设置有第一销轴孔；所述取土钻头远离所述连接杆一端为开放端，其内壁设置弹簧片，所述弹簧片与取土钻头连接一端的边沿为直线型，远离所述取土钻头的一端为均匀切割的分离状态，当取土钻头未使用时弹簧片由取土钻头底部开口的管壁向取土钻头底部开口的圆心伸展呈花瓣状；所述取土钻头与连接杆相邻的侧壁上设有采样窗口，所述采样窗口上覆盖有采样窗口盖板；
7.所述钻杆与所述取土钻头连接的一端设置第一连接套筒，所述第一连接套筒设有与所述第一销轴孔对应的第二销轴孔；所述钻杆远离所述第一连接套筒的一端设置第三销轴孔；
8.所述钻杆尾部与所述钻杆连接的一端设有第二连接套筒，所述第二连接套筒上设有与所述第三销轴孔对应的第四销轴孔；所述钻杆尾部远离所述第二连接套筒的一端设置拉环。
9.所述一种多深度钻孔土层样品采集系统，其中，所述弹簧片为钢制弹簧片。
10.所述一种多深度钻孔土层样品采集系统，其中，所述采样窗口和所述采样窗口盖板上分别设有相互对应的固定螺丝孔；所述采样窗口盖板固定在所述采样窗口后，所述取土钻头为圆柱状；
11.所述采样窗口盖板远离所述固定螺丝的一端设有限位锁舌。
12.所述一种多深度钻孔土层样品采集系统，其中，所述钻杆远离所述第一连接杆套筒一端的外直径、所述连接杆的外直径、所述第一连接杆套筒内直径、所述第二连接杆套筒外直径均相等。
13.所述一种多深度钻孔土层样品采集系统，其中，所述钻杆与所述取土钻头长度相同。
14.所述一种多深度钻孔土层样品采集系统，其中，所述钻杆的数量为大于等于1的数。
15.所述一种多深度钻孔土层样品采集系统，其中，所述第一销轴孔、所述二销轴孔、所述第三销轴孔、所述第四销轴孔穿有定位销轴。
16.所述一种多深度钻孔土层样品采集系统，其中，所述取土钻头为不锈钢金属材质。
17.（三）有益效果：本发明提供一种多深度钻孔土层样品采集系统在取土钻头设置了花瓣状弹簧片，避免了土层样品在取样过程中从钻头中掉落，取土钻头的长度与直径均大于一般取土钻头，可以一次采取1m深的土样，解决了多次采样钻孔易塌陷，干扰采取土样的分层情况与采样深度控制的问题。取土钻头侧面的采样窗口与采样窗口盖板为钻孔中的地下水提供了流出取土钻头的空隙，减少了地下水对采取土层样品的压力，改善地了下水对采取土层样品分层情况的干扰。
附图说明
18.图1是本发明一种多深度钻孔土层样品采集系统的取土钻头剖面结构示意图；
19.图2是本发明一种多深度钻孔土层样品采集系统的取土钻头的俯视结构示意图；
20.图3是本发明一种多深度钻孔土层样品采集系统的取土钻头的侧视结构示意图；
21.图4是本发明一种多深度钻孔土层样品采集系统的钻杆剖面结构示意图；
22.图5是本发明一种多深度钻孔土层样品采集系统的钻杆尾部剖面结构示意图；
23.图6是本发明一种多深度钻孔土层样品采集系统的定位销轴侧视结构示意图；
24.1-连接杆；21-第一销轴孔；22-第二销轴孔；23-第三销轴孔；24-第四销轴孔；3-固定螺丝；4-取土钻头；5-采样窗口盖板；6-限位锁舌；7-弹簧片；8-固定螺丝孔；9-钻杆；101-第一连接杆套筒；102-第二连接杆套筒；11-钻杆尾部；12-定位销轴；13-拉环。
具体实施方式
25.下面结合优选的实施例对本发明做进一步详细说明，在以下的描述中阐述了更多的细节以便于充分理解本发明，但是，本发明显然能够以多种不同于此描述的其他方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下根据实际应用情况作类似推广、演绎，因此不应以此具体实施例的内容限制本发明的保护范围。
26.附图是本发明的实施例的示意图，需要注意的是，此附图仅作为示例，并非是按照等比例的条件绘制的，并且不应该以此作为对本发明的实际要求保护范围构成限制。
27.一种多深度钻孔土层样品采集系统包括顺次连接的钻杆尾部11、钻杆9和取土钻头4。
28.所述取土钻头4一端设置有连接杆1，所述连接杆1设置有第一销轴孔21。所述钻杆9与所述取土钻头4连接的一端设置第一连接套筒101，所述第一连接套筒101设有与所述第
一销轴孔21对应的第二销轴孔22，所述第一连接套筒101用于所述钻杆9与取土钻头4或钻杆9的连接。当所述钻杆9的第一连接套筒101放置在所述取土钻头4的连接杆1上时，所述连接杆1置于所述第一连接套筒101内，所述第一销轴孔21与所述第二销轴孔22对应，定位销轴12依次穿过第二销轴孔22、第一销轴孔21、第二销轴孔22将钻杆9与所述取土钻头4连接在一起。
29.所述钻杆9远离所述第一连接套筒101的一端设置第三销轴孔23。所述钻杆尾部11与所述钻杆9连接的一端设有第二连接套筒102，所述第二连接套筒102上设有与所述第三销轴孔23对应的第四销轴孔24，所述第二连接套筒102用于所述钻杆尾部11与取土钻头4或钻杆9的连接。当所述钻杆尾部11的第二连接套筒102放置在所述钻杆9远离所述第一连接杆套筒101的一端时的，所述钻杆9远离所述第一连接杆套筒101的一端置于所述第二连接套筒102内，所述第三销轴孔23与所述第四销轴孔24对应，定位销轴12依次穿过第四销轴孔24、第三销轴孔23、第四销轴孔24将钻杆尾部11与所述钻杆9连接在一起。
30.所述钻杆9远离所述第一连接杆套筒101一端的外直径、所述连接杆1的外直径、所述第一连接杆套筒101内直径、所述第二连接杆套筒102外直径均相等。
31.所述取土钻头4、所述钻杆9、所述钻杆尾部11连接固定时，首先将取土钻头4上的连接杆1插入钻杆9上的连接杆套筒10，然后将连接杆1和连接杆套筒10上的第一销轴孔21和第二销轴孔22对齐，然后将定位销轴12插入对齐的第一销轴孔21和第二销轴孔后使用销子固定。该固定方法同样适用于钻杆9与钻杆9之间的固定、钻杆9与钻杆尾部11的固定以及取土钻头4与钻杆尾部11的固定。拆卸时首先去除销子，然后拔出定位销轴12，最后分离连接杆1与连接杆套筒10。
32.所述钻杆尾部11远离所述第二连接套筒102的一端设置拉环13，所述拉环13为高强度环状结构，用作将取土钻头4提升出钻孔的受力点。钻杆尾部11的拉环13为杠杆、捆绑、牵引等施力方式提供受力位置，更便捷的提升该土层样品采集系统的高度，将取土钻头4拉出采样钻孔。所述拉环13可使用人力、杠杆、滑轮组等方式将取土钻头4提升出钻孔。取土钻头4上设置的连接杆1和钻杆9的顶部可以作为将取土钻头4打入钻孔的受力点，可使用人力敲击或汽油镐锤击等方式将取土钻头4打入钻孔。
33.所述取土钻头4远离所述连接杆1一端为开放端，其内壁设置弹簧片7，所述弹簧片7与取土钻头4连接一端的边沿为直线型，远离所述取土钻头4的一端为均匀切割的分离状态。取土钻头4的底部开口的弹簧片7焊接在取土钻头4的底部开口处，当取土钻头未使用时弹簧片7由取土钻头4底部开口的管壁向取土钻头4底部开口的圆心伸展呈花瓣状。取土钻头4打入钻孔取样时，采取的土层样品由取土钻头4的底部开口进入取土钻头4，撑开弹簧片7使之紧贴取土钻头4侧壁。取样完毕后将取土钻头4提升出钻孔的过程中，采取的土层样品受到重力下坠，挤压弹簧片7，使弹簧片7重新向取土钻头4底部开口的圆心伸展，阻止采取的土层样品掉落。所述弹簧片7为钢制弹簧片。
34.取土钻头4头部设置的花瓣状钢制弹簧片有效防止进入取土钻头4的高含水量松软淤泥质土层在取土钻头4被拉出钻孔时从取土钻头4中掉落。
35.所述取土钻头4与连接杆1相邻的侧壁上设有采样窗口，所述采样窗口上覆盖有采样窗口盖板5。所述采样窗口占整个取土钻头4侧面面积的50%。所述采样窗口和所述采样窗口盖板5上分别设有相互对应的固定螺丝孔8。固定螺丝分别依次穿过所述采样窗口盖板5
上的固定螺丝孔、所述采样窗口上的固定螺丝孔将所述采样窗口盖板5固定在所述采样窗口上。所述采样窗口盖板5固定在所述采样窗口后，所述取土钻头4为圆柱状。所述采样窗口盖板5远离所述固定螺丝的一端设有限位锁舌6，所述限位锁舌6同于固定所述采样窗口盖板5。采样窗口盖板5为制作取土钻头4的不锈钢金属筒切割采样窗口后的余料部分。
36.在使用前需要清洁取土钻头4内部残留的土壤，然后使用采样窗口盖板5覆盖取土钻头4上的采样窗口，然后使用3枚固定螺丝3将采样窗口盖板5固定在取土钻头4上，取土钻头4侧面的大面积采样窗口与罩设上述采样窗口盖板5之间为非紧密配合，为钻孔中的地下水提供了流出取土钻头4的空隙，在取土钻头4打入钻孔取样时，被挤入取土钻头4中的地下水可以流出取土钻头4，减少对采取土层样品的压力，改善地下水对采取土层样品分层情况的干扰。取样完成将取土钻头4提升出钻孔后将采样窗口盖板5向上水平放置，拆卸固定螺丝3，分离采样窗口盖板5，通过采样窗口接触土层样品进行后续处理。
37.取土钻头4侧面的大面积采样窗口为获得取土钻头中土层样品完整分层提供了可能，无需在取出前对取土钻头4中的土层样品进行分割，对部分科研用途的采样活动具有决定性的影响。
38.所述钻杆9与所述取土钻头4长度相同，所述取土钻头4的内壁高1m，取土钻头4设置连接杆1的一端壁厚为2cm，取土钻头4的内壁直径为10cm，连接杆的长度为8cm，即所述取土钻头4总长为1.1m。所述钻杆9的数量为大于等于1的数，通过改变钻杆9的组装数量控制土层样品采集深度，可根据不同的采样深度准备多个钻杆9，通过将数个钻杆9顺次连接增加采样深度。所述取土钻头4可以是不锈钢金属材质，也可以是其他硬度较高的材质。钻杆9和取土钻头4长度为定值，通过改变钻杆9组装数量控制土层样品采集深度。取土钻头4的大长径比设计可以有效减少土层样品采集次数，减少钻孔塌陷风险，降低钻孔侧壁掉落土壤对取得土层样品产生的采样深度误差影响。
39.钻杆尾部11、钻杆9和取土钻头4之间使用定位销轴12连接的方式进行连接，当使用所述土层样品采集系统时，根据需要将其组装进行使用，当使用结束时，可将其拆卸以减少收纳空间，方便携带。
40.下面对所述土层样品采集系统的使用步骤进行说明：
41.（1）清洁取土钻头4内部残留的土壤，使用采样窗口盖板5覆盖取土钻头4上的采样窗口，使用3枚固定螺丝3将采样窗口盖板5固定在取土钻头4上。
42.（2）取样深度小于或等于取土钻头4长度时，将取土钻头4垂直放置于选定的采样钻孔位置上，使用人力敲击或汽油镐锤击等方式将取土钻头4打入钻孔，至选定深度后停止。将钻杆尾部11与取土钻头4连接，使用人力、杠杆、滑轮组等方式将取土钻头4提升出钻孔。取土钻头4提升出钻孔后将采样窗口盖板5向上水平放置，拆卸固定螺丝3，分离采样窗口盖板5，可通过采样窗口接触土层样品进行后续处理。
43.（3）取样深度大于取土钻头4长度时，首先执行步骤（2）全过程。然后分离钻杆尾部11。再次执行步骤（1）与步骤（2）到“将取土钻头4打入钻孔至选定深度后停止”，此时取土钻头4中并未容纳土层样品，但已被固定在钻孔中。将钻杆9与取土钻头4连接，使用人力敲击或汽油镐锤击等方式将取土钻头4打入钻孔，至选定深度后停止。将钻杆尾部11与钻杆9连接，使用人力、杠杆、滑轮组等方式将取土钻头4提升出钻孔。取土钻头4提升出钻孔后将采样窗口盖板5向上水平放置，拆卸固定螺丝3，分离采样窗口盖板5，可通过采样窗口接触土
层样品进行后续处理。若仍未取得计划深度的土层样品，则增加钻杆9的连接数量，重复以上步骤直至取得计划深度的土层样品。
44.（4）最大采样深度依据取土钻头4、钻杆9和钻杆尾部11的制作材质，采样地区土质以及现场情况进行确定。
45.（5）采样完成后重复步骤（1），对取土钻头4、钻杆9和钻杆尾部11等取样过程中使用的部件进行清洁后收纳，完成整个取样过程。
46.一种多深度钻孔土层样品采集系统在取土钻头设置了花瓣状弹簧片，避免了采取含水量高的松软淤泥质土层样品时，土层样品在取样过程中从钻头中掉落，解决了钻孔易塌陷，干扰采取土样的分层情况与采样深度控制的问题；取土钻头侧面的大面积采样窗口与罩设的采样窗口盖板之间紧密配合，为钻孔中的地下水提供了流出取土钻头的空隙，在取土钻头打入钻孔取样时，被挤入取土钻头中的地下水可以流出取土钻头，减少对采取土层样品的压力，改善地了下水对采取土层样品分层情况的干扰。
47.以上内容是对本发明创造的优选的实施例的说明，可以帮助本领域技术人员更充分地理解本发明创造的技术方案。但是，这些实施例仅仅是举例说明，不能认定本发明创造的具体实施方式仅限于这些实施例的说明。对本发明创造所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干简单推演和变换，都应当视为属于本发明创造的保护范围。