一种原状砂性土取样方法及其取样装置与流程

本发明属于岩土勘探工程领域，具体涉及一种砂性土取样方法及其取样装置。

背景技术：

随着建筑、市政、交通等行业大型工程建设的不断发展，勘测设计水平得到了很大提高，对采取土体试样的要求也随之提高。目前对于取样土体，往往要求其保持原状。但是土体是由固体物质、水和气体组成的三相体系，土体结构相对较为松散，尤其对于砂性土，由于粘聚力非常小，在取样操作、试样封装、贮存、运输过程中，极易扰动破坏其原有结构体系，造成土体原状取样困难，甚至取样失败。

公开号为CN105547743A的中国专利公开了一种原状土体取样装置以及取样方法。但是对于砂性土，由于其粘聚力非常小，采用该装置与方法进行取样会对土样产生很大的扰动，所取得的土样不能代表取样地区土壤的原始特性。因此，有必要在此基础上进行优化改进。本申请提出了一种适合于砂性土取样的原状砂性土取样方法及其取样装置。

技术实现要素：

为克服现有技术的上述不足，本发明提供一种对取样砂性土扰动小，不易造成取样砂性土松散，便于原状砂性土取样、封装、运输、转移的原状砂性土取样方法及其取样装置。

为了解决上述技术问题，本发明采用以下的技术方案：

一种原状砂性土取样方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）将施力器、取样套筒、取土刃口组装在一起；

（2） 对于要取样的砂性土，先清理掉其上方覆盖的土层，清理面积不小于

所要取样的面积，砂性土上方覆盖的土层根据地质不同而有所不同；

（3）将所要取样的砂性土区域进行冰冻处理，待砂性土达到冰冻后，便将该区域内的砂性土凝固在一起，以达到“定形”的功能，这样在后续取样过程中可避免砂性土受扰动而变形，能很好的保持土样的原状性；

（4）待取样区域达到冰冻要求后，将组装好的砂性土取样装置的取土刃口

置于所要取样的区域，操作人员通过施力器施力，缓慢地将砂性土取样装置压入土层中，直到土样填满整个取样装置，即土样顶面达到与砂性土取样装置顶面同样的高度；

（5）清除砂性土取样装置周围的土体，清除深度大于或等于取样装置的总

深度，使得砂性土取样装置周围形成环形的空槽；

（6）轻轻地晃动砂性土取样装置，使砂性土取样装置底端的砂性土较容易被破坏从而与砂性土取样装置脱离，此时便可将砂性土取样装置从土体内取出；

（7）拆下施力器，再去除取样套筒顶端多余的土体，该多余的土体原来位于施力器内，然后在取样套筒的顶端安装上封口盖；

（8）拆下取土刃口，再去除取样套筒底端多余的土体，该多余的土体原来位于取土刃口内，然后在取样套筒的底端安装下封口盖，整个取样过程完成。

在步骤（3）中，冰冻处理的方法为，将冰冻管埋入待处理的地层内，并将冰冻管围绕所要取样的砂性土区域形成一圈，在冰冻管中输入冷冻液，以此将冰冻管所围绕的砂性土区域冰冻成型；

所述冰冻管布置成方形折管连接的栅栏状，形成一定高度的同时提高与待取样土壤的接触面积。

进一步，步骤（3）开始后，在步骤（4）之前，还包括如下步骤：冰冻开始实施后，注意保护好所要取样的区域的周围土体，以尽量减小其对所取样的区域的砂性土产生干扰。

进一步，在步骤（7）中，使用铲刀铲除取样套筒顶端多余的土体；在步骤（8）中，使用铲刀铲除取样套筒底端多余的土体。

实施上述取样方法的一种原状砂性土取样装置，包括冰冻管、施力器、取样套筒、取土刃口、上封口盖、下封口盖，所述冰冻管围绕所要取样的砂性土区域形成一圈，所述取样套筒为两端开口结构，所述施力器的下端与取样套筒的上端可拆卸式固接，所述取样套筒的下端与取土刃口的上端可拆卸式固接，所述取土刃口包括向下呈削尖状的环形刃部，取土刃口与取样套筒相通；

所述上封口盖与取下施力器后的取样套筒的上端配合，所述下封口盖与取下取土刃口后的取样套筒的下端配合。

进一步，所述冰冻管连接冷冻液储存箱，冷冻液储存箱通过阀门控制冷冻液的供给。

进一步，所述冰冻管布置成方形折管连接的栅栏状，形成一定高度的同时提高与待取样土壤的接触面积。

作为一种优选，所述施力器的下端与取样套筒的上端可拆卸式卡接，所述取样套筒的下端与取土刃口的上端可拆卸式卡接，并使施力器、取样套筒、取土刃口三者的内腔内径相同，以减少进土挤压和对土体的扰动；

具体地，所述取样套筒的上、下端的内壁上均沿周向间隔布置有卡口，所述施力器的下端以及取土刃口的上端的外壁上分别设有与所述卡口配合的卡块，所述取样套筒的上端和下端的内壁上于卡口的里端分别具有台阶结构，台阶结构的厚度和施力器、取土刃口的插入部分的厚度相同，以使施力器、取样套筒、取土刃口三者的内腔内径相同，进而减少进土挤压和对土体的扰动。

作为再一种优选，所述施力器的下端与取样套筒的上端螺纹连接，所述取样套筒的下端与取土刃口的上端螺纹连接，并使施力器、取样套筒、取土刃口三者的内腔内径相同，以减少进土挤压和对土体的扰动；

具体地，所述取样套筒的上、下端的内壁上均设有内螺纹，所述施力器的下端以及取土刃口的上端的外壁上分别设有与所述内螺纹配合的外螺纹，所述取样套筒的上端和下端的内壁上于内螺纹的里端分别具有台阶结构，台阶结构的厚度和施力器、取土刃口的插入部分的厚度相同，以使施力器、取样套筒、取土刃口三者的内腔内径相同，进而减少进土挤压和对土体的扰动。

优选地，所述取样套筒的上端面和下端面均设有卡口，所述施力器的套环的下端面设有与取样套筒的上端面的卡口配合的卡扣，所述取土刃口的上端面设有与取样套筒的下端面的卡口配合的卡扣。

进一步，所述施力器包括用于施力的传力把手以及固定在传力把手下端的套环，所述套环与取样套筒相通，套环的下端与取样套筒的上端可拆卸式固接；施力器的套环、取样套筒、取土刃口三者的内腔内径相同。

本发明的有益效果在于：将冰冻管围绕所要取样的砂性土区域形成一圈，在冰冻管中输入冷冻液，对所要取样的砂性土区域进行冰冻处理，然后取样，这样，在取样之前就已经将砂性土定型，砂性土的原始结构得到保护，于是，在取样的过程中砂性土不易造成扰动，能很好的保持砂性土的原状性。在之后的封装、运输、转移过程中同样不易造成扰动。

附图说明

图1为本发明的一种原状砂性土取样装置实施例一的施力器的结构图。

图2为本发明的一种原状砂性土取样装置实施例一的取样套筒的结构图。

图3为图2所示取样套筒的上端面示意图。

图4为本发明的一种原状砂性土取样装置实施例一的取土刃口的剖视图。

图5为本发明的一种原状砂性土取样装置实施例一的取土刃口的立体图。

图6为本发明的一种原状砂性土取样装置实施例一的冰冻管结构图。

图7为本发明的一种原状砂性土取样装置实施例一的使用状态图。

图8为实施例二的取样套筒的下端面与取土刃口的上端面的配合图。

图9为实施例二的取样套筒纵剖后的内部结构图。

图10为实施例二的取土刃口的结构图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施方式，对本发明作进一步详细说明，应当理解，此处描述的实施方式仅用于具体阐述本发明，并不构成对本发明的限制。

实施例一

一种原状砂性土取样方法，包括以下步骤：

（1）将施力器2、取样套筒3、取土刃口4组装在一起，本实施例中，施力器2、取样套筒3、取土刃口4之间可拆卸式卡接；

（2）对于要取样的砂性土，先使用铁锹清理掉其上方覆盖的土层，清理面积要大于所要取样的面积，砂性土上方覆盖的土层根据地质不同而有所不同；

（3）将所要取样的砂性土区域进行冰冻处理，待砂性土达到冰冻后，便将该区域内的砂性土凝固在一起，以达到“定形”的功能，这样在后续取样过程中可避免砂性土受扰动而变形，能很好的保持土样的原状性；

（4）冰冻开始实施后，注意保护好所要取样的区域的周围土体，以尽量减小其对所取样的区域的砂性土产生干扰；

（5）在待取样区域达到冰冻要求后，将组装好的砂性土取样装置的取土刃口3置于所要取样的区域，操作人员通过施力器2施力，缓慢地将砂性土取样装置压入土层中，直到土样填满整个取样装置，即土样顶面达到与砂性土取样装置顶面同样的高度；图7所示的使用状态图尚未完全伸入土体内,标号6的部分为挖去覆盖土层的砂性土表层；

（6）使用铲刀清除砂性土取样装置周围的土体，清除深度大于或等于取样装置的总深度，使得砂性土取样装置周围形成环形的空槽；

（7）轻轻地左右晃动砂性土取样装置，砂性土取样装置底端的砂性土较容易被破坏从而与砂性土取样装置脱离，此时便可将砂性土取样装置从土体内取出；

（8）拆下施力器，使用铲刀铲除取样套筒3顶端多余的土体，该多余的土体原来位于施力器2内，然后在取样套筒3的顶端安装上封口盖；

（9）拆下取土刃口4，使用铲刀铲除取样套筒3底端多余的土体，该多余的土体原来位于取土刃口4内，然后在取样套筒3的底端安装下封口盖，整个取样过程完成；

（10）将取样套筒3的外表面清理干净。

之后，所取得的土样即可进行运输、转移，以用于土质试验之中。

在步骤（3）中，冰冻处理的方法为，将冰冻管1埋入待处理的地层内，并将冰冻管1围绕所要取样的砂性土区域形成一圈，在冰冻管1中输入冷冻液，以此将冰冻管1所围绕的砂性土区域冰冻成型；

所述冰冻管1布置成方形折管连接的栅栏状，形成一定高度的同时提高与待取样土壤的接触面积。

本实施例将冰冻管1围绕所要取样的砂性土区域形成一圈，在冰冻管1中输入冷冻液，对所要取样的砂性土区域进行冰冻处理，将待取样的砂性土和砂性土内的孔隙水冰冻，然后通过砂性土取样装置取样。这样，在取样之前就已经将砂性土定型，砂性土的原始结构得到保护，于是，在取样的过程中砂性土不易造成扰动，能很好的保持砂性土的原状性。在之后的封装、运输、转移过程中同样不易造成扰动。

本实施例中，实施上述取样方法的一种原状砂性土取样装置的结构如下所述，但该取样方法不仅限于使用以下结构的取样装置。

一种原状砂性土取样装置，包括冰冻管1、施力器2、取样套筒3、取土刃口4、上封口盖、下封口盖，图中上、下封口盖未示出，所述冰冻管1围绕所要取样的砂性土区域形成一圈，所述取样套筒3为两端开口结构，所述施力器2的下端与取样套筒3的上端可拆卸式卡接，所述取样套筒3的下端与取土刃口4的上端可拆卸式卡接，所述取土刃口4包括位于上部的圆环41以及自圆环41向下呈削尖状的环形刃部42，取土刃口4与取样套筒3相通；

所述上封口盖与取下施力器2后的取样套筒3的上端配合，所述下封口盖与取下取土刃口4后的取样套筒3的下端配合。

所述冰冻管1连接冷冻液储存箱5，冷冻液储存箱5通过阀门控制冷冻液的供给。本实施例中，如图6所示，所述冰冻管1布置成方形折管连接的栅栏状，形成一定高度的同时提高与待取样土壤的接触面积。

所述施力器2包括传力把手21和套环22，传力把手21呈对称状分布在套环22的两侧，左侧的传力把手21呈“”状，其水平杆211作为施力部，其竖直杆212的下端与套环22固定连接，套环22的上端封闭，套环22的内腔与取样套筒相通，取土时土样顶面达到套环22的顶面的高度，套环22的下端与取样套筒3的上端可拆卸式卡接。

本实施例中，如图2、图3所示，取样套筒3的上端面和下端面均等间隔设有卡口31，施力器2的套环12的下端面设有与取样套筒3的上端面的卡口31配合的卡扣，取土刃口4的上端面设有与取样套筒3的下端面的卡口31配合的卡扣，以形成可拆卸式卡接关系。卡口31和卡扣也可以互换位置。

同时，使所述施力器2的套环22、取样套筒3、取土刃口4三者的内腔内径相同，取土刃口4的圆环41和环形刃部42的内腔内径相同，以减少进土挤压和对土体的扰动。

本实施例中具体尺寸如下：

施力把手2的套环22的内径60mm，外径72mm，厚度6mm，高30mm。

取样套筒3的内径60mm，外径72mm，高120mm。

取土刃口4的内径60mm，外径72mm，高50mm，其圆环41高20mm，从圆环41下端开始削设环形刃部42。

使用时，将冰冻管1埋入待处理的地层内，将冰冻管1围绕所要取样的砂性土区域形成一圈，以将待取样的砂性土和砂性土内的孔隙水冰冻，这样取样前可将砂性土定型，砂性土的原始结构得到保护，于是，在取样的过程中砂性土不易造成扰动，能很好的保持砂性土的原状性。在之后的封装、运输、转移过程中同样不易造成扰动。

实施例二

如图8-10所示，本实施例与实施例一的不同之处在于：所述施力器2的下端与取样套筒3的上端可拆卸式卡接，所述取样套筒3的下端与取土刃口4的上端可拆卸式卡接；

具体地，所述取样套筒3的上、下端的内壁上均沿周向间隔布置有卡口31，所述施力器2的下端以及取土刃口4的上端的外壁上分别设有与所述卡口31配合的卡块7，所述取样套筒2的上端和下端的内壁上于卡口31的里端分别具有台阶结构8，台阶结构8的厚度和施力器2、取土刃口4的插入部分的厚度相同，以使施力器2、取样套筒3、取土刃口4三者的内腔内径相同，进而减少进土挤压和对土体的扰动。

台阶结构8还可对施力器2和取土刃口4伸入的卡块7形成挡面。

实施例三

本实施例与实施例二的不同之处在于：所述施力器2的下端与取样套筒3的上端螺纹连接，所述取样套筒3的下端与取土刃口4的上端螺纹连接；

具体地，所述取样套筒3的上、下端的内壁上均设有内螺纹，所述施力器2的下端以及取土刃口4的上端的外壁上分别设有与所述内螺纹配合的外螺纹，所述取样套筒3的上端和下端的内壁上于内螺纹的里端分别具有台阶结构，台阶结构的厚度和施力器2、取土刃口4的插入部分的厚度相同，以使施力器2、取样套筒3、取土刃口4三者的内腔内径相同，进而减少进土挤压和对土体的扰动。

总之，以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。