中空圆柱样取土器的制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种中空圆柱样取土器。本实用新型的目的是提供一种结构简单、制作方便的中空圆柱样取土器。本实用新型的技术方案是：该取土器具有上接头，其上端连接钻杆，下端螺纹连接导向杆，导向杆的上、下部位均开有径向通孔，该导向杆下端为实心圆锥台，上接头与导向杆内部形成一个轴向的中空通道并与径向通孔连通，所述导向杆上套装可沿导向杆上下移动的取土机构，所述上接头套有下端可与取土机构螺纹连接的双向螺母，其特征在于：所述实心圆锥台底面沿其轴向钻设盲孔，盲孔经径向孔眼连通实心圆锥台侧壁外，该盲孔孔壁制内螺纹；所述导向杆下端经盲孔螺纹连接内取土管。本实用新型适用于特种土工试验，可用于淤泥、淤泥质软土等地层。
【专利说明】中空圆柱样取土器
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种中空圆柱样取土器。适用于进行单轴扭剪和三轴-扭转耦合循环剪切试验等控制复杂应力路径和复杂应力状态的特种土工试验，可用于淤泥、淤泥质软土、一般粘性土、粉土等地层。
【背景技术】
[0002]复杂应力路径和复杂应力状态对地层的强度与变形特性具有显著影响，特别是海洋工程，一般遭受波浪荷载、潮流荷载、地震荷载、机器振动荷载等，地层承受复杂应力状态以及主应力方向往复旋转的复杂应力路径。复杂应力状态和复杂应力路径等条件下地层的破坏与变形特性研究，需要采用先进的土工试验设备和现代测控技术。动三轴仪可施加动偏应力在试样45°斜面上模拟地震水平向剪切作用，动扭剪仪可施加扭矩模拟纯剪状态。而三轴-扭转多功能剪切仪可实现主应力轴往复旋转等多种复杂应力路径和复杂应力状态，其单调扭剪和三轴-扭转耦合循环剪切试验目前已在国内外广泛采用。
[0003]三轴-扭转多功能剪切仪需采用薄壁中空圆柱形土样以实现多种复杂应力路径的模拟，其土样尺寸一般为:外径X内径X高度=70X 30X IOOmm或100X60X 200mm，壁厚一般为20_。目前一般采用常规土样进行加工，对土样结构及其状态的扰动十分显著，特别是对海相沉积的软黏土和粉土等高灵敏性土样的扰动，往往造成土样原始结构的破坏和重塑，导致很大的试验误差，不能反映地层的真实特性。
[0004]本 申请人:于2012年12月19日申请了“一种敞口式取原状土样的取土器”，专利号为201220705551.4，该专利具有上接头，上接头上端连接钻杆，上接头下端螺纹连接导向杆，导向杆的上、下部位均开有径向通孔，该导向杆下端为实心圆锥台，上接头与导向杆内部形成一个轴向的中空通道并与径向通孔连通，导向杆上套装可沿导向杆上下移动的取土机构。然而该取土器所取土样无法直接满足三轴-扭转多功能剪切仪的试验要求。
实用新型内容
[0005]本实用新型要解决的技术问题是:针对上述存在的问题，提供一种结构简单、制作方便的中空圆柱样取土器，以按实验尺寸要求将中空土样从原位地层中取出，使试验土样接近原状地层，为三轴-扭转多功能剪切试验提供原状中空试样。
[0006]本实用新型所采用的技术方案是:一种中空圆柱样取土器，该取土器具有上接头，该上接头上端连接钻杆，下端螺纹连接导向杆，导向杆的上、下部位均开有径向通孔，该导向杆下端为实心圆锥台，上接头与导向杆内部形成一个轴向的中空通道并与径向通孔连通，所述导向杆上套装可沿导向杆上下移动的取土机构，所述上接头套有下端可与取土机构螺纹连接的双向螺母，其特征在于:所述实心圆锥台底面沿其轴向钻设盲孔，盲孔经径向孔眼连通实心圆锥台侧壁外，该盲孔孔壁制内螺纹；所述导向杆下端经盲孔螺纹连接内取土管。
[0007]所述取土机构包括套于导向杆上的外管接头，外管接头下端螺纹连接残土管，残土管经锁紧螺母连接取样管。
[0008]所述双向螺母中空，其内部分为上下两段，上段与上接头螺纹连接，下段设有与所述外管接头上端外螺纹匹配的内螺纹。
[0009]所述取样管上端翻边贴于残土管下端面。
[0010]所述导向杆为六棱柱。
[0011]所述外管接头轴向具有六棱柱孔且该六棱柱孔上、下两端均具有圆形台阶。
[0012]本实用新型的有益效果是:1、本实用新型利用原有钻进所用的钻机、水泵、供水管路以及钻杆，具有操作简单、方便的特点；2、本实用新型所采用的取土器，可以按照实验土样尺寸要求进行设计取样，减少了取样、制样过程中扰动；3、本实用新型所采用的取土器，取样管一端直接贴在残土管底面，并通过锁紧螺母与残土管连接在一起，使取样管的下端悬空在残土管底端，取样通过钻机卡紧立轴钻杆加压完成，起钻后，只要把取土器松开锁紧螺母螺纹，用取土刀沿取样管上端翻边圆周切割，使取样管内土与残土管内的土分离，然后轻拉取样管，并随着轻巧拉动土样管，同时把与取样管等长的、同内径的PVC管放入取样管内(所取土样人工搬运及途中运输时，保护的需要)，以防止所取试样变形，最后把取样管内土二端用专用端盖保护即可；4、残土管内的土，可以通过双用螺母下端螺纹与外管接头上端公螺纹连接，使上接头与导向杆与残土管内之间形成通水通道，上接头上端螺纹与水泵管路连接，通过水泵水压，把残土管内残土 (包含内取土管的土)压出残土管外即可，该操作方法具有操作方便、结构简单、构思巧妙、实用的特点。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1是本实用新型在未受压取土状态下的结构示意图。
[0014]图2是本实用新型在取土完成且起钻状态下的结构示意图。
[0015]图3、图4为本实用新型拆卸取样管和用水把残土管内的土压出管外的示意图。
[0016]图5为本实用新型中导向杆剖视图。
【具体实施方式】
[0017]本实施例为中空土样取土器，它包含取得二种不同尺寸的土样，土样具体尺寸为:外径X内径X高度=70X 30X IOOmm或100X60X 200mm。本例中取土器包括上接头1、六棱柱形的导向杆4和取土机构，其中上接头I上端制有可与钻杆相连的螺纹，上接头I下端为圆锥台1-1并与导向杆4螺纹连接，导向杆4的上、下部位均开有径向通孔4-1，该导向杆下端为实心圆锥台4-2。上接头I与导向杆4内部形成一个轴向的中空通道并与径向通孔4-1连通，导向杆4上套有取土机构，取土机构可沿导向杆4上下移动。本例中上接头I外套设有双向螺母2，该双向螺母下端可与取土机构螺纹连接的。导向杆4底面沿其轴向设有盲孔4-3，盲孔内设有内螺纹丝扣，并且该盲孔与实心圆锥台4-2侧壁外之间设有一个径向孔眼4-4。导向杆4下端通过盲孔4-3处的内螺纹丝扣连接内取土管8。
[0018]本例中取土机构包括外管接头3、残土管5和取样管7，外管接头3轴向具有六棱柱孔眼且孔眼上、下两端均为圆形台阶3-1，外管接头3套于导向杆4外，该外管接头下端与残土管5螺纹连接。取样管7上端翻边贴在残土管5下端面，锁紧螺母6穿过取样管7，并利用内螺纹把取样管7固定在残土管5的下端面上。本实施例中外管接头3的上、下圆形台阶3-1可分别与上接头I的圆锥台1-1或导向杆4的实心圆锥台4-2接触形成环线封闭。
[0019]本实施例中双用螺母2中空，内部分为上下两段，上段与上接头I螺纹连接，下段设有与外管接头3上端的外螺纹相匹配的内螺纹。
[0020]本实施例中各部件的具体尺寸如下:
[0021]上接头I长143mm，其中外部表面尺寸至上而下依次为:与钻杆螺纹连接端长55mm ;设有外径为M60X2-左旋螺纹，长IOmm ;设有大径64臟、小径62mm，牙型半角为5度的左旋螺纹，长20mm ;设有外径为60mm圆柱长43mm ;设有外径为70mm长IOmm圆柱；设有大径65mm、小径56mm,长为5mm圆锥台1-1 ;其上接头轴内长78mm,设有直径为20mm的通水目艮，其余长65mm内螺纹与导向杆4外螺纹相连接。
[0022]双用螺母2长为62mm,其外表尺寸至上而下依次为:长5mm,小径为70mm,大径为90mm的圆锥台，其余为外径90mm长为57mm的圆柱；其轴内上段设有长为22mm，大径为64mm、小径为62mm,牙型半角为5度的左旋螺纹,其余长40mm,设有大径为80mm、小径为78mm，牙型半角为5度的螺纹。该双用螺母先安装在上接头I内，再用长IOmm大径为70mm，内螺纹为M60X2-左旋螺纹连接并电焊成一个组件。
[0023]外管接头3长105mm,外面自上而下为长25mm,大径为80mm、小径为78mm,牙型半角为5度的螺纹；中间长40mm为直径90mm圆柱,下端长40mm,大径为74mm(或104mm)、小径为72.5mm(或102.5mm),牙型半角为5度的螺纹；外管接头3里面两端均设有直径为60mm,长15mm圆形台阶3-1,其余长最大尺寸为52mm,对边为45mm的六棱柱孔眼。
[0024]如图5所示，导向杆4长220mm，其外表尺寸至上而下依次为:与上接头I连接螺纹长50mm ;其次为长138mm,棱角尺寸为52mm,对边为45mm的六棱柱；底端外径为64mm(或74mm)，长为26mm的圆柱，且自底面向上钻设16mm深的盲孔4-3，并设有M30 X 1.5 (或M60X1.5)螺纹；圆柱与六棱柱之间设长为6mm的锥台；导向杆外螺纹加六棱柱长，累计188mm,轴心设有直径为20mm圆孔,另在六棱柱长度中，距上端螺纹20mm和距锥台15mm处，均选择一组对面设有直径为16mm径向通孔4-1。
[0025]残土管5长250mm,外径为79mm (或109mm),中空直径为71mm (或IOlmm),母扣端与外管接头3公扣连接(大径为74mm (或104mm)、小径为72.5mm (或102.5mm),牙型半角为5度的螺纹)，另一端为公扣，它与锁紧螺母6连接，其具体配合尺寸为:大径为79mm (或109mm)、小径为77.5mm(或107.5mm)，牙型半角为5度的螺纹。
[0026]锁紧螺母6长45mm,与残土管7螺纹连接端最大外径为85mm (或115mm),长为32mm,底端13mm为圆锥台，小径为72.5mm (或102.5mm);锁紧螺母6内径尺寸，扣除与残土管螺纹连接长28mm外，其余17mm为直径71mm (或IOlmm)通孔。
[0027]取样管7长IOOmm (或200mm)，其材料为74X2 (或104X2)不锈钢管，其中与残土管6对接一端翻边最大外径尺寸为77.5mm (或107.5mm),另在底端长IOmm加工成管靴锥台，即大径为74mm,小径为70mm,长IOmm的空心锥台。
[0028]内取土管8长315mm (或415mm)，其材料为30 X 3mm (或60 X 3mm)不锈钢管，其中与导向接头丝扣连接部分长16mm，螺纹为M30X 1.5 (或M60X 1.5)，内取土管底端长IOmm加工成内喇机管靴锥台，即大径为30mm (或60mm),小径为24mm (或54mm),长IOmm的空心内喇叭锥台。[0029]上述部件尺寸中，同一部位具有两种尺寸的分别对应两种不同的尺寸，括号内尺寸数据对应土样尺寸为外径X内径X高度=100X60X200mm，反之对应土样尺寸为外径X内径X高度=70X30X 100_。
[0030]本实施例的具体操作方法如下:钻杆与取土器上接头I螺纹连接，取土器通过钻杆下到预定取样孔底。外管接头3安装在导向杆4六棱柱外，其外管接头3上下行程为33mm。如图1所示，取样时外管接头3处在行程上端，钻机卡紧立轴钻杆，通过油压系统使立轴钻杆向下加Pm外管接头3上部直径为60mm圆形台阶3-1与上接头I圆锥台1_1接触形成环线封闭(导向杆4上端的径向通孔4-1被封闭，下端径向通孔4-1导通)，随着土不断进入内取土管8、取样管7和残土管5内，内取土管8的水通过径向孔眼4-4汇集到残土管5，残土管和取样管的水先通过导向杆4下端径向通孔4-1，以及导向杆4中空通道、上接头I通孔、流入中空的钻杆内。
[0031]当钻机立轴行程接近，残土管加上取样管的长度时，钻机立轴瞬间向上提升，通过钻机油压系统使卡紧得立轴钻杆突然改变用力方向，即有Pb变为Le，如图2所示，导向杆4瞬间向上提升移动33mm,外管接头3下部直径为60mm圆形台阶3-1与导向杆4的实心圆锥台4-2接触形成环线封闭(导向杆4上端的径向通孔4-1导通，下端径向通孔4-1被封闭)，此时，内取土管8和残土管5内形成真空状态，而且钻杆内水，先通过上接头I中通孔，再经导向杆4中上端中空通道至导向杆上端的径向通孔4-1，回流到钻孔中。
[0032]最后拆除立轴钻杆，通过钻机卷扬机把取土器提出孔外，如图3所示，拆除锁紧螺母6，用取土刀沿取样管7上端翻边圆周切割，使取样管7内土与残土管5内的土分离，然后轻拉取样管7，并随着轻巧拉动土样管，同时把与取样管等长的、同内径的PVC管放入取样管7内(所取土样人工搬运及途中运输时，保护的需要)，以防止所取试样变形，中空圆柱试样留在取样管7内，取样管7两端用专用端盖盖好即可。
[0033]如图4所示，去除残土管5及内取土管8内土:双用螺母2下端螺纹与外管接头3上端的外螺纹连接，此时，导向杆4下端径向通孔4-1与残土管5上部空腔连通，通水水泵向上接头I中通孔中注水，且随着内取土管8和残土管5内的水量不断增多，且压力加大，内取土管8和残土管5内土很容易被水挤出残土管5和内取土管8外。
[0034]由以上内容不难看出，利用本实施例所述的中空土样取土器，将取样管7直接安装在取土器最底端，并通过取土器导向杆自由活动功能，使进入取样管7和残土管5内土以及内取土管8的内土与取土器外部隔离，且钻杆内的水又无法回流到残土管内，形成管内真空，使取土器管内的土无法掉出管外。
【权利要求】
1.一种中空圆柱样取土器，该取土器具有上接头(I)，该上接头上端连接钻杆，下端螺纹连接导向杆(4),导向杆(4)的上、下部位均开有径向通孔(4-1),该导向杆下端为实心圆锥台(4-2)，上接头(I)与导向杆(4)内部形成一个轴向的中空通道并与径向通孔(4-1)连通，所述导向杆(4)上套装可沿导向杆上下移动的取土机构，所述上接头(I)外套有下端可与取土机构螺纹连接的双向螺母(2)，其特征在于:所述实心圆锥台(4-2)底面沿其轴向钻设盲孔(4-3)，盲孔(4-3)经径向孔眼(4-4)连通实心圆锥台(4-2)侧壁外，该盲孔孔壁制内螺纹；所述导向杆(4)下端经盲孔(4-3)螺纹连接内取土管(8)。
2.根据权利要求1所述的中空圆柱样取土器，其特征在于:所述取土机构包括套于导向杆(4)上的外管接头(3)，外管接头(3)下端螺纹连接残土管(5)，残土管(5)经锁紧螺母(6)连接取样管(7)。
3.根据权利要求2所述的中空圆柱样取土器，其特征在于:所述双向螺母(2)中空，其内部分为上下两段，上段与上接头(I)螺纹连接，下段设有与所述外管接头(3 )上端外螺纹匹配的内螺纹。
4.根据权利要求2所述的中空圆柱样取土器，其特征在于:所述取样管(7)上端翻边贴于残土管(5)下端面。
5.根据权利要求2所述的中空圆柱样取土器，其特征在于:所述导向杆(4)为六棱柱。
6.根据权利要求5所述的中空圆柱样取土器，其特征在于:所述外管接头(3)轴向具有六棱柱孔且该六棱柱孔上、下两端均具有圆形台阶(3-1)。
【文档编号】G01N1/08GK203672653SQ201320801203
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2013年12月9日 优先权日:2013年12月9日
【发明者】汪明元, 单治钢, 许启云, 狄圣杰, 牛美峰, 钱境林, 张超杰 申请人:中国水电顾问集团华东勘测设计研究院有限公司