一种地质钻孔侧壁土体取样装置的制作方法

本发明属于地质钻探技术领域，具体涉及一种地质钻孔侧壁土体取样装置，尤其是一种针对松散地层成孔后侧壁土样的后期取样装置。

背景技术：

土体取样是地质勘察过程中一项重要的任务，是通过土工试验获取岩土工程力学参数的关键环节。地质勘察取样常用手段有开挖取样和钻孔取样，开挖取样由于工作量大，通常只适用于浅表层的取样；工程地质钻探是获取地表下准确地质资料的重要方法，钻探取芯仍是目前深部取样的主要手段。

钻探取芯通过钻头回转或冲击的方法对地层进行钻进，钻进过程中采用提钻或绳索打捞等技术手段获取到岩芯，这个过程中无论是钻头的回转还是冲击，都会对岩芯产生较大的扰动甚至是破坏，尤其是松散地层中的土样，往往会被压密而扰动，导致取样失败。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种地质钻孔侧壁土体取样装置，可以有效的避免在钻探过程中松散地层取样易受扰动或取样失败。

为实现上述目的，本发明的技术方案为一种地质钻孔侧壁土体取样装置，包括控制机构、取样机构以及用于驱动所述取样机构对地质钻孔的侧壁进行取样的驱动机构；所述控制机构包括控制器箱体、正向绕线轮、反向绕线轮、转动手柄、正向拉索和反向拉索；所述转动手柄设置于所述控制器箱体外，所述正向绕线轮和所述反向绕线轮同轴安装于所述控制器箱体中，所述正向绕线轮或所述反向绕线轮与所述转动手柄连接；所述正向拉索的一端卷绕于所述正向绕线轮上，另一端卷绕于驱动机构的反向绕线槽上；所述反向拉索的一端卷绕于所述反向绕线轮上，另一端卷绕于驱动机构的正向绕线槽上；所述取样机构与所述驱动机构连接。

进一步地，所述正向拉索和所述反向拉索上均套设有拉索套管，所述拉索套管的一端扣在所述控制器箱体上，另一端通过拉索卡扣扣在所述驱动机构内。

更进一步地，所述拉索套管包括轴杆、螺旋钢片以及包裹于所述螺旋钢片外的套管防护层，所述螺旋钢片设置于所述轴杆上，所述正向拉索或所述反向拉索沿所述螺旋钢片的螺旋方向盘绕在所述轴杆上。

进一步地，所述驱动机构包括机座和绕线驱动盘，所述绕线驱动盘安装于所述机座内的径向圆孔中，所述绕线驱动盘上设有正向绕线槽和反向绕线槽。

进一步地，所述绕线驱动盘沿轴线设置有用于安装取样机构的t型螺纹孔。

更进一步地，所述取样机构包括取样筒，所述取样筒的一端开口，另一端封闭；所述取样筒的封闭端的外表面设有与所述t型螺纹孔相配合的t型螺纹。

更进一步地，所述取样筒的开口端环面上设有用于切割土样的刃口。

更进一步地，所述取样筒上设有限位槽，所述取样机构还包括限位销，所述限位销的上部嵌入所述机座，下部嵌入限位槽中。

进一步地，所述机座呈圆柱状，所述机座的横截面直径小于地质钻孔的孔径。

进一步地，所述绕线驱动盘的两端分别通过轴承安装于所述机座内的径向圆孔中。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

（1）本发明提供的地质钻孔侧壁土体取样装置采用手摇收放拉索驱动取样机构，通过地质钻孔在钻孔侧壁进行取样，可以有效的避免在钻探过程中松散地层取样易受扰动或取样失败；

（2）本发明提供的地质钻孔侧壁土体取样装置采用纯机械结构，采用转动手柄作动力源，无需附加电源或发动机，便于户外工地或野外便携式作业；

（3）本发明提供的地质钻孔侧壁土体取样装置采用正反向配对的拉索作动力传动部件，同时拉索还是整个取样装置的牵引线，既保证了动力的长距离正反向传输，还保障了在复杂工况下取样装置下放和回收的便捷性；

（4）本发明提供的地质钻孔侧壁土体取样装置的动力输入为人工转动手柄，执行输出为取样筒侧向的伸缩；操作时，只需正向转动手柄控制取样筒伸出切割土样，待取样完成后反向转动手柄回收土样，操作过程快捷简便。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例提供的地质钻孔侧壁土体取样装置的整体结构图；

图2为本发明实施例提供的地质钻孔侧壁土体取样装置的控制机构的结构图；

图3为本发明实施例提供的地质钻孔侧壁土体取样装置的拆解轴视图；

图4为本发明实施例提供的地质钻孔侧壁土体取样装置的剖视图；

图中：1、控制器箱体，2、正向绕线轮，3、反向绕线轮，4、转动手柄，5、反向拉索，6、拉索套管，61、螺旋钢片，62、套管防护层，7、钻孔侧壁土体，8、机座，9、取样筒，10、地质钻孔，11、正向拉索，12、t型螺纹，13、限位槽，14、拉索卡扣，15、限位销，16、绕线驱动盘，17、轴承。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-图4所示，本发明实施例提供一种地质钻孔侧壁土体取样装置，包括控制机构、取样机构以及用于驱动所述取样机构对地质钻孔的侧壁进行取样的驱动机构；所述控制机构包括控制器箱体1、正向绕线轮2、反向绕线轮3、转动手柄4、正向拉索11和反向拉索5；所述转动手柄4设置于所述控制器箱体1外，所述正向绕线轮2和所述反向绕线轮3同轴安装于所述控制器箱体1中，所述正向绕线轮2或所述反向绕线轮3与所述转动手柄4连接；所述正向拉索11的一端卷绕于所述正向绕线轮2上，另一端卷绕于驱动机构的反向绕线槽上；所述反向拉索5的一端卷绕于所述反向绕线轮3上，另一端卷绕于驱动机构的正向绕线槽上；所述取样机构与所述驱动机构连接。本实施例的控制机构以正向绕线轮2和反向绕线轮3为核心，将转动手柄4输入的旋转运动转换成正向拉索11和反向拉索5的收放运动，正向拉索11和反向拉索5的收放运动使得驱动机构驱动取样机构伸出取样和回缩纳样，采用转动手柄作动力源，无需附加电源或发动机，便于户外工地或野外便携式作业；操作时，只需正向转动手柄控制取样筒伸出切割土样，待取样完成后反向转动手柄回收土样，操作过程快捷简便；此外，本实施例的取样装置对地质钻孔进行二次利用，在钻孔侧壁进行取样，不仅能够避免重复钻孔，从而极大地节省勘察与取样成本，而且可以避免在钻探过程中松散地层取样易受扰动或取样失败。

如图1所示，本实施例中正向绕线轮2和反向绕线轮3都安装于控制器箱体1内的绕线轮转轴上，绕线轮转轴伸长控制器箱体1外的一端与转动手柄4相连接，在转动手柄4的控制下正向绕线轮2和反向绕线轮3可同步转动；正向拉索11和反向拉索5为一正一反，分别缠绕在正向绕线轮2和反向绕线轮3上，当绕线轮转动时，拉索始终保持一放一收状态。本实施例的取样装置采用正反向配对的拉索作动力传动部件，同时拉索还是整个取样装置的牵引线，既保证了动力的长距离正反向传输，还保障了在复杂工况下取样装置下放和回收的便捷性。

进一步地，所述正向拉索11和所述反向拉索5上均套设有拉索套管6，所述拉索套管6的一端扣在所述控制器箱体1上，另一端通过拉索卡扣14扣在所述驱动机构内。本实施例中正向拉索11和反向拉索5类似于自行车刹车线，由里层的拉索和外层的拉索套管6构成，拉索可以在套管6内沿着轴向抽动。拉索套管6的端部紧扣在控制器箱体1上，拉索缠绕在绕线轮上，转动绕线轮时，拉索产生相对于拉索套管6的线运动。

更进一步地，如图2所示，所述拉索套管6包括轴杆、螺旋钢片61以及包裹于所述螺旋钢片61外的套管防护层62，所述螺旋钢片61设置于所述轴杆上，所述正向拉索11或所述反向拉索5沿所述螺旋钢片61的螺旋方向盘绕在所述轴杆上。本实施例中螺旋钢片61能够保障拉索具有较好的挠曲柔性，套管防护层62对螺旋钢片61起到防护和径向变形约束功能。

进一步地，如图4所示，所述驱动机构包括机座8和绕线驱动盘16，所述绕线驱动盘16安装于所述机座8内的径向圆孔中，所述绕线驱动盘16上设有用于缠绕反向拉索5的正向绕线槽和用于缠绕正向拉索11的反向绕线槽。本实施例中驱动机构以绕线驱动盘16为核心，将正向拉索11和反向拉索5的收放运动转换成绕线驱动盘16的旋转运动。绕线驱动盘16在径向圆孔内，可绕轴向转动，不可沿轴向移动，外部拉动正反向拉索时绕线驱动盘16对应产生正反向的转动。

进一步地，所述绕线驱动盘16沿轴线设置有用于安装取样机构的t型螺纹孔。

更进一步地，如图3所示，所述取样机构包括取样筒9，所述取样筒9的一端开口，另一端封闭；所述取样筒9的封闭端的外表面设有与所述t型螺纹孔相配合的t型螺纹12。本实施例中取样机构的取样筒9为带t型螺纹12的筒状结构，与绕线驱动盘16的t型螺纹孔配合，通过螺纹获取伸出和回缩的动力，在绕线驱动盘16的转动驱动下可侧向伸出取样和回缩纳样。

更进一步地，如图3所示，所述取样筒9的开口端环面上设有用于切割土样的刃口。

更进一步地，如图3所示，所述取样筒9上设有限位槽13，所述取样机构还包括限位销15，所述限位销15的上部嵌入所述机座8，下部嵌入限位槽13中，通过限位销15对取样筒9的转动进行限制，使得取样筒9只能做直线运动。

进一步地，如图1所示，所述机座8呈圆柱状，所述机座8的横截面直径小于地质钻孔10的孔径。本实施例中机座8由左右两半圆柱体构成，半圆柱机座内开设用于卡住拉索套管6的端部的槽口和用于安装绕线驱动盘16的径向圆孔。

进一步地，如图4所示，所述绕线驱动盘16的两端分别通过轴承17安装于所述机座8内的径向圆孔中，保障绕线驱动盘16绕轴转动的顺滑性。

采用本发明实施例提供的取样装置进行地质钻孔侧壁土体取样的步骤如下：

1）下放取样装置：检查取样装置的取样筒9处于收拢状态，将取样装置下放到待取样的地质钻孔10中；结合前期钻孔编录资料找准待钻孔侧壁土体7的位置，将取样装置停留在该位置并固定；

2）控制取样：正向转动手柄4，控制取样筒9缓慢匀速伸出，取样筒9伸出时同步切割钻孔侧壁土体7；取样筒9伸出到位后，由于受到限位销15的限制，转动手柄4的反作用力会加大，此时停止转动手柄4，待应力消除后反向转动手柄4，控制取样筒9缓慢回缩至机座8的腔体内；

3）回收土样：拉动拉索套管6将整个取样装置牵引出地质钻孔10，于地表再次转动手柄4控制取样筒9伸出，从取样筒9中将所取土样取出封存；至此一次取样周期结束。

采用本实施例提供的取样装置进行取样时，将取样装置下放钻孔待取样位置，通过手摇收放拉索驱动取样筒进行取样，方便快捷；而且可以弥补松散地层在钻探过程中取样易受扰动或取样失败的缺陷，可以在成孔后期的针对松散地层土样缺失段进行补充取样。

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