专利名称：一种水文地质参数实验用原状土柱的取样方法
技术领域：
本发明涉及原状土取样方法，特别是一种供水文地质参数实验用原状土柱的取样方法。
背景技术：
原状土是相对于扰动土、回填土而言的，是大地地表土壤颗粒经几十万年乃至更长时间的风化、剥蚀、侵蚀、运移、沉积等运动的结果，形成了特有的层理构造与孔隙构成， 具有特定的给水度、降水入渗补给系数等水文地质参数及干容重等物理特征。原状土是开展水文学、水文地质学、土壤学、农学、环境科学等科学研究的基础要件。土壤取样直接关系到上述科学研究成果的精确度和可靠性。现有原状土柱的取土方法主要有以下三种一种是回填取土法，在盛土器中分层回填压实土壤，并使各层土壤干容重与代表性自然土体干容重接近，从而达到模拟原状土的目的，这种取土方法实际上在回填的过程中已经改变了土壤的原始层理构造与孔隙构成，致使实验结果失真。第二种是外力冲击(挤压)取土法，如申请公布号为CN102175485A的高速高频冲击原状土电动取土器及其取土方法，采取高压强行将取土器压入土体内取土，破坏土体原生裂隙和孔隙，产生土体扰动，影响原状土的真实性。第三种敲击测筒取土法，如授权公告号为CN101256182B 的制备大型原状土柱的方法及其应用，它是通过敲打带有切割边的PVC管向下运动来切割土体，会造成土体向内和向上翻边，导致土体与管壁产生较大缝隙，再通过凡士林来填充缝隙，这时凡士林会渗透到土体中，影响原状土的母质构层，这种取土方式获取的原状土用于种植研究分析还可以，不能满足水文地质参数实验的要求，由于缺乏关键性指标控制，如土体含水量的控制、切削尺寸的配合等，取的土样要么过干过密，实验时，土体遇水膨胀后，通过筒壁的反作用力，使原状土层理构造与孔隙发生挤压破坏，从而使土壤的给水性与渗透性大大降低，要么土柱过松，实验时，形成管壁快速渗透通道，使土壤渗透性能大大提高，从而影响相关实验结果的准确性。
发明内容
针对上述现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种供水文地质参数实验用原状土柱的取样方法，所取原状土柱更接近原始土体的构造和性质，为水文地质参数实验提供精确可靠保证。一种水文地质参数实验用原状土柱的取样方法，包括以下步骤
(1)取土场地的选择首先确定符合实验土壤代表性的地域，选取地势平坦的取土场地，取土场地附近设置用于降低地下水位的抽水机井、明沟，以便控制地下水的埋深，
(2)取土场地地下水位的控制通过抽水机井、明沟控制地下水位始终处于取土深度以下I 2m,(3)取土场地土体含水量的设定取土期间，通过地下水位的控制，保持取土场地土体的含水量< 27%，取样过程中，土体的含水量会降低3 5%，保证取样的原状土柱含水量
<24%,
(4)套土将取土筒垂直扣在地面上，取土期间，始终保持取土筒与地面处于垂直状态，
(5)修整土柱取土筒周围5cm以外土体采用常规方法挖去,取土筒周围5cm以内的土体采用沿取土筒筒壁向下切削的方法修整土柱，使土柱外径小于取土筒内径，保证取土筒能够自由套取所述土柱，
(6)土柱分离取土筒套取土柱的高度达到设计深度时，自取土筒底口边缘锯断土柱， 然后沿锯断口安装筒底托盘，最后通过起吊获得原状土柱，
(7)原状土柱的后处理在装有原状土柱的取土筒底部安装过滤器，关闭过滤器排水阀，向所述取土筒内注水浸泡原状土柱，使原状土柱吸水后膨胀并与取土筒内壁密切结合， 然后打开过滤器排水阀放出多余水分，此时的原状土柱即可作为水文地质参数实验使用。步骤(3)中保持取土场地土体的含水量为22% 26%。步骤(3)中保证取样的原状土柱含水量为18% 22%。步骤(5)中修整后土柱外径小于取土筒内径2 5mm。本发明的创造性在于取样时土体含水量设定、控制以及土柱修整尺寸的控制，修整时使土柱外径小于取土筒内径2 5_，待土柱取回实验前进行含水量回复处理，让原状土柱吸收一定水分后自然膨胀，达到与取土筒内壁密切结合，原状土柱与取土筒内壁之间不会形成渗透通道发生侧渗，此时的原状土柱与原始土体十分接近，为水文地质参数实验数据的准确性提供了有力的保障。本发明的有益效果本发明提供的原状土柱取样方法对土壤的扰动非常小，所取原状土柱十分接近原始土体，较好地保持了土壤的原始构造和层次，为水文地质参数实验提供了精确可靠的保证，本方法取样过程操作简单，无需专用取土器具，利于行业内推广应用。
具体实施例方式实施例I
(I)取土场地的选择符合科学实验土壤代表性需要，地势平坦、排水方便，最好附近有抽水机井、明沟，以便控制地下水埋深，
(2)取土场地下水位的控制通过抽水机井、明沟控制地下水位始终处于取土深度以下
(3)取土场地土体含水量的设定取土期间，通过地下水位的控制，保持取土场地土体的含水量为26%左右，取样过程中，土体的含水量会降低4%左右，保证取样的原状土柱含水量为22%左右，
(4)套土将取土筒垂直扣在地面上，取土期间，始终保持取土筒与地面处于垂直状态，
(5)修整土柱取土筒周围5cm以外土体采用常规方法挖去,取土筒周围5cm以内的土体采用沿取土筒筒壁向下切削的方法修整土柱，使土柱外径小于取土筒内径2mm左右，保证取土筒能够自由套取所述土柱，
(6)土柱分离取土筒套取土柱的高度达到设计深度时，采用钢丝锯自取土筒底口边缘锯断土柱，然后沿锯断口安装筒底托盘，最后通过起吊获得原状土柱，
(7)原状土柱的后处理在装有原状土柱的取土筒底部安装过滤器，关闭过滤器排水阀，向所述取土筒内注水浸泡原状土柱，使原状土柱吸水后膨胀并与取土筒内壁密切结合， 然后打开过滤器排水阀放出多余水分，此时的原状土柱即可作为水文地质参数实验使用。实施例2
(1)取土场地的选择符合科学实验土壤代表性需要，地势平坦、排水方便，最好附近有抽水机井、明沟，以便控制地下水埋深，
(2)取土场地下水位的控制通过抽水机井、明沟控制地下水位始终处于取土深度以下 I. 5m，
(3)取土场地土体含水量的设定取土期间，通过地下水位的控制，保持取土场地土体的含水量为24%左右，取样过程中，土体的含水量会降低4%左右，保证取样的原状土柱含水量为20%左右，
(4)套土将取土筒垂直扣在地面上，取土期间，始终保持取土筒与地面处于垂直状态，
(5)修整土柱取土筒周围5cm以外土体采用常规方法挖去,取土筒周围5cm以内的土体采用沿取土筒筒壁向下切削的方法修整土柱，使土柱外径小于取土筒内径3mm左右，保证取土筒能够自由套取所述土柱，
(6)土柱分离取土筒套取土柱的高度达到设计深度时，采用钢丝锯自取土筒底口边缘锯断土柱，然后沿锯断口安装筒底托盘，最后通过起吊获得原状土柱，
(7)原状土柱的后处理在装有原状土柱的取土筒底部安装过滤器，关闭过滤器排水阀，向所述取土筒内注水浸泡原状土柱，使原状土柱吸水后膨胀并与取土筒内壁密切结合， 然后打开过滤器排水阀放出多余水分，此时的原状土柱即可作为水文地质参数实验使用。实施例3
(I)取土场地的选择符合科学实验土壤代表性需要，地势平坦、排水方便，最好附近有抽水机井、明沟，以便控制地下水埋深，
(2)取土场地下水位的控制通过抽水机井、明沟控制地下水位始终处于取土深度以下
(3)取土场地土体含水量的设定取土期间，通过地下水位的控制，保持取土场地土体的含水量为22%左右，取样过程中，土体的含水量会降低4%左右，保证取样的原状土柱含水量为18%左右，
(4)套土将取土筒垂直扣在地面上，取土期间，始终保持取土筒与地面处于垂直状态，
(5)修整土柱取土筒周围5cm以外土体采用常规方法挖去,取土筒周围5cm以内的土体采用沿取土筒筒壁向下切削的方法修整土柱，使土柱外径小于取土筒内径5mm左右，保证取土筒能够自由套取所述土柱，
(6)土柱分离取土筒套取土柱的高度达到设计深度时，采用钢丝锯自取土筒底口边缘锯断土柱，然后沿锯断口安装筒底托盘，最后通过起吊获得原状土柱，
(7)原状土柱的后处理在装有原状土柱的取土筒底部安装过滤器，关闭过滤器排水阀，向所述取土筒内注水浸泡原状土柱，使原状土柱吸水后膨胀并与取土筒内壁密切结合， 然后打开过滤器排水阀放出多余水分，此时的原状土柱即可作为水文地质参数实验使用。
权利要求
1.一种水文地质参数实验用原状土柱的取样方法，其特征在于，包括以下步骤(1)取土场地的选择首先确定符合实验土壤代表性的地域，选取地势平坦的取土场地，取土场地附近设置用于降低地下水位的抽水机井、明沟，以便控制地下水的埋深，(2)取土场地地下水位的控制通过抽水机井、明沟控制地下水位始终处于取土深度以下I 2m,(3)取土场地土体含水量的设定取土期间，通过地下水位的控制，保持取土场地土体的含水量< 27%，取样过程中，土体的含水量会降低3 5%，保证取样的原状土柱含水量<24%,(4)套土将取土筒垂直扣在地面上，取土期间，始终保持取土筒与地面处于垂直状态，(5)修整土柱取土筒周围5cm以外土体采用常规方法挖去,取土筒周围5cm以内的土体采用沿取土筒筒壁向下切削的方法修整土柱，使土柱外径小于取土筒内径，保证取土筒能够自由套取所述土柱，(6)土柱分离取土筒套取土柱的高度达到设计深度时，自取土筒底口边缘锯断土柱， 然后沿锯断口安装筒底托盘，最后通过起吊获得原状土柱，(7)原状土柱的后处理在装有原状土柱的取土筒底部安装过滤器，关闭过滤器排水阀，向所述取土筒内注水浸泡原状土柱，使原状土柱吸水后膨胀并与取土筒内壁密切结合， 然后打开过滤器排水阀放出多余水分，此时的原状土柱即可作为水文地质参数实验使用。
2.根据权利要求I所述的一种水文地质参数实验用原状土柱的取样方法，其特征在于，步骤(3)中所述保持取土场地土体的含水量为22% 26%。
3.根据权利要求I所述的一种水文地质参数实验用原状土柱的取样方法，其特征在于，步骤(3)中所述保证取样的原状土柱含水量为18% 22%。
4.根据权利要求I所述的一种水文地质参数实验用原状土柱的取样方法，其特征在于，步骤(5)中所述修整后土柱外径小于取土筒内径2 5_。
全文摘要
本发明公开一种供水文地质参数实验用原状土柱的取样方法，经过取土场地的选择、取土场地下水位的控制、取土场地土体含水量的设定、套土、修整土柱、土柱分离和原状土柱的后处理完成，取样过程中通过土体含水量控制、土柱修整尺寸的控制及土柱取回实验前进行含水量回复处理，原状土柱与取土筒内壁密切结合，原状土柱与取土筒内壁之间不会形成渗透通道发生侧渗，此时的原状土柱与原始土体十分接近，为水文地质参数实验数据的准确性提供了有力的保障，本发明提供的原状土柱取样方法对土壤的扰动非常小，较好地保持了土壤的原始构造和层次，本方法取样过程操作简单，无需专用取土器具，利于行业内推广应用。
文档编号G01N1/08GK102607883SQ20121006038
公开日2012年7月25日 申请日期2012年3月9日 优先权日2012年3月9日
发明者尚新红, 王兵, 王发信, 王振龙, 王辉 申请人:安徽省(水利部淮河水利委员会)水利科学研究院