原状岩土体取样装置及方法

1.本发明涉及土体取样技术领域，具体而言，涉及一种原状岩土体取样装置及方法。


背景技术：

2.对结构易散的土体、多结构面易碎的岩体进行原状取样，是对强度参数、变形参数、固结压密参数试验等研究提供基础。目前现有的土体取样方法主要有压入法、击入法与回旋击入法，这类方法对岩土体结构扰动较大，尤其是对易碎易散的岩土体原状取样。消除原状试样在力学试验中的边界效应，对提高岩土体强度参数等的准确性提供可能。
3.目前针对现场获取满足强度力学参数准确性的原状试样仍没有可靠的方法，主要原因是结构易散的土体、多结构面易碎的岩体在取样过程中易扰动且试样边界易产生凹凸不平现象，这使得试样在受力过程中产生边界效应，即凸出部分边界先受力，凹凸现象消失而变平整后，试样边界才整体受力。边界效应不符合工程实际中同一地下深度的土体受力均匀且相等，即不满足强度力学参数试验要求，这对实际岩土体受力状态的准确性研究造成了阻碍。


技术实现要素：

4.为了弥补以上不足，本发明提供了一种原状岩土体取样装置及方法，旨在改善现有的土体取样装置对土体结构扰动较大，对实际土体受力状态的准确性研究造成了阻碍的问题。
5.本发明是这样实现的：本发明提供一种原状岩土体取样装置，包括储样组件和分离组件，其中，分离组件安装在储样组件上，储样组件用于储存土体样本，分离组件用于土体样本与地面间的分离。
6.所述储样组件包括第一取样盒、第二取样盒、第一取样盖和第二取样盖，所述第一取样盒被构造成用于包裹土体样本，所述第二取样盒套接在所述第一取样盒的外侧，所述第一取样盒与所述第二取样盒之间的间隙被构造成用于灌注缓冲砂，所述第一取样盖卡接在所述第二取样盒的一端端部，所述第二取样盖卡接于所述第二取样盒远离所述第一取样盖的一端端部。
7.所述分离组件包括切样钢筋和限位块，所述第二取样盒的一端端部均匀的开设有若干第一插接槽，所述切样钢筋的一端通过所述第一插接槽插接于所述第二取样盒，所述切样钢筋的另一端插接于两个所述限位块之间，所述限位块固定安装于所述第一取样盖。
8.在本发明的一种实施例中，所述第二取样盒远离所述第一取样盖的一端两侧均固定有安装块，所述安装块上开设有第二插接槽，所述第二插接槽的内插接有切样板，所述第二取样盒的中间开设有剪切缝，所述剪切缝两侧设置有连接夹，所述连接夹固定安装于所述第二取样盒。
9.在本发明的一种实施例中，所述切样板的一端端部固定有限位板，所述限位板设置在所述安装块的外侧，所述限位板远离所述切样板的一面固定有第三把手。
10.在本发明的一种实施例中，所述切样板远离所述限位板的一端端部设置有尖角。
11.在本发明的一种实施例中，所述第一取样盒的顶端四角位置均固定有第一起吊环，所述第一起吊环被构造成用于第一取样盒的起吊。
12.在本发明的一种实施例中，所述第二取样盒的外侧对称固定有四个第二起吊环，所述第二起吊环被构造成用于第二取样盒的起吊。
13.在本发明的一种实施例中，所述第一取样盖的四角位置均可安装有支撑座，所述支撑座被构造成用于支撑所述第一取样盖。
14.在本发明的一种实施例中，所述第一取样盖的两侧均固定有第一把手，所述第二取样盖的两侧均固定用第二把手。
15.在本发明的一种实施例中，所述切样钢筋的两端端部均设置有锥形角。
16.本技术实施例另提供一种原状岩土体取样方法，其利用上述的原状岩土体取样装置进行，包括以下步骤：步骤一：首先把第一取样盒竖直放置在清理后较为平整的地基表面，沿第一取样盒四周边界掏挖外侧岩土体并保持垂直下放第一取样盒，直至第一取样盒顶面等于或略低于预取原状试样顶面；步骤二：然后运用钢丝锯对预取原状试样顶面沿第一取样盒顶面边界进行切割锯平，进而第一取样盒内储存了土体样本，然后垂直下放第二取样盒，第二取样盒套接在第一取样盒的外侧，使第二取样盒与第一取样盒呈同一深度与同一中心位置，第二取样盒与第一取样盒之间形成0.5cm的缝隙；步骤三：然后往第一取样盒与第二取样盒之间的缝隙内注满缓冲砂，然后在第一取样盒上安装上第一起吊环，把起吊钢丝固定在第一起吊环上，利用起吊设备缓慢垂直向上抽出第一取样盒，然后在第二取样盒顶面覆盖一层厚为0.5cm且平整的缓冲砂，缓冲砂把第二取样盒内的土体样本顶端覆盖住；步骤四：然后把第一取样盖卡接在第二取样盒的顶端，然后把切样钢筋的一端插入到第二取样盒底端的第一插接槽内，切样钢筋的另一端插入到第一取样盖上的两个限位块之间，第二取样盒的两侧均插接上切样钢筋，两个切样钢筋底端实现对第二取样盒内部土体样本的切断，实现土体样本与地面的分离，切样钢筋的间距根据土体样本本身结构稳定性而定；当土体样本粘聚力非常小时，不插接切样钢筋而是往第二取样盒底端两侧的安装块内均插入切样板，两个切样板插入到第二取样盒内部，实现对第二取样盒内土体样本的切断，进而实现土体样本与地面的分离；步骤五：然后往第二取样盒的外侧安装上第二起吊环，把起吊钢丝固定在第二起吊环上，利用起吊设备缓慢垂直向上拉出第二取样盒，进而第二取样盒内的土体样本同时被拉出，安装第一取样盖上的支撑座，然后把第二取样盒整体翻转，进而第二取样盒顶端的第一取样盖朝下，第一取样盖上的支撑座与地面抵触，实现支撑第二取样盒，此时第二取样盒内的土体样本倒置放于平面上；步骤六：然后从第二取样盒上取下切样钢筋或切样板，进而第二取样盒内土体样本露出第二取样盒，在第二取样盒此时的顶面用钢丝锯切割锯平，然后覆盖一层厚为0.5cm且平整的缓冲砂，然后把第二取样盖卡接在第二取样盒上，进而第一取样盖、第二取样盒和第二取样盖形成密闭空间把缓冲砂和土体样本包裹起来，进而完成土体样本的取样。
17.本发明的有益效果是：1、本装置针对结构易散的土体、多结构面易碎的岩体提供了获取其原状试样的保证；2、整个装置结构简单、便于携带、取样过程中扰动与挤土效应小且省时省力、成本低、操作简便，提高工作效率；3、所制备的原状试样可避免凹凸不平的边界表面受力产生边界效应，使得试样受力更接近于实际工程状态，从而满足强度力学参数测试要求；4、所制备原状试样结构稳定且形状、体积可根据取样盒尺寸自由控制；5、所制备原状试样连同储样组件、缓冲砂可直接进行现场或室内的力学试验，尤其是直接剪切试验。
附图说明
18.为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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他相关的附图。
19.图1是本发明实施方式提供的第二取样盒、第一取样盖和切样钢筋位置关系示意图；图2为本发明中图1的a处放大图；图3为本发明实施方式提供的第一取样盒和第二取样盒位置关系示意图；图4为本发明实施方式提供的第二取样盒与第一取样盖和第二取样盖位置关系示意图；图5为本发明实施方式提供的取样完成后结构示意图；图6为本发明实施方式提供的第二取样盖立体结构示意图；图7为本发明实施方式提供的第二取样盒和切样钢筋翻转后立体示意图；图8为本发明实施方式提供的第二取样盒和切样钢筋翻转后结构示意图；图9为本发明实施方式提供的第一取样盖立体结构示意图；图10为本发明实施方式提供的切样板插入到第二取样盒状态示意图；图11为本发明实施方式提供的切样板与第二取样盒分离状态示意图；图12为本发明中图11的b处放大图；图13为本发明实施方式提供的切样板插入到第二取样盒内部结构示意图；图14为本发明实施方式提供的切样板立体结构示意图。
20.图中：100-储样组件；110-第一取样盒；111-第一起吊环；120-第二取样盒；121-第一插接槽；122-安装块；1221-第二插接槽；123-切样板；1231-限位板；1232-第三把手；1233-尖角；124-第二起吊环；125-剪切缝；130-第一取样盖；131-支撑座；132-第一把手；140-第二取样盖；141-第二把手；150-连接夹；200-分离组件；210-切样钢筋；211-锥形角；220-限位块；300-土体样本；400-缓冲砂。
具体实施方式
21.为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施
方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
22.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
23.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
24.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
25.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
26.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
27.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
28.实施例请参阅图1，本发明提供一种技术方案：一种原状岩土体取样装置，包括储样组件100和分离组件200，其中，分离组件200安装在储样组件100上，储样组件100用于储存土体样本300（如图4），分离组件200用于土体样本300与地面间的分离。
29.请参阅图3、图4和图5，储样组件100包括第一取样盒110、第二取样盒120、第一取样盖130和第二取样盖140，第一取样盒110被构造成用于包裹土体样本300，第二取样盒120套接在第一取样盒110的外侧，第二取样盒120与第一取样盒110设置在同一深度以及同一中心位置，第二取样盒120与第一取样盒110之间形成0.5cm的缝隙，第一取样盒110与第二取样盒120之间的间隙被构造成用于灌注缓冲砂400，第一取样盖130卡接在第二取样盒120
的一端端部，第二取样盖140卡接于第二取样盒120远离第一取样盖130的一端端部。进而第一取样盖130、第二取样盒120和第二取样盖140形成密闭空间把缓冲砂400和土体样本300包裹起来，进而完成土体样本300的存储。
30.请参阅图3，在具体使用时，第一取样盒110的顶端四角位置均螺纹固定有第一起吊环111，第一起吊环111被构造成用于第一取样盒110的起吊，需要取出第一取样盒110时，把起吊钢丝固定在第一起吊环111上，利用起吊设备缓慢垂直向上抽出第一取样盒110。第二取样盒120的外侧对称螺纹固定有四个第二起吊环124，第二起吊环124被构造成用于第二取样盒120的起吊。需要取出第二取样盒120以及内部的土体样本300时，把起吊钢丝固定在第二起吊环124上，利用起吊设备缓慢垂直向上拉出第二取样盒120，进而第二取样盒120内的土体样本300同时被拉出，方便操作，第一起吊环111和第二起吊环124分别与第一取样盒110和第二取样盒120可拆卸安装，不需要时可把第一起吊环111和第二起吊环124拆卸下来，避免影响第一取样盒110和第二取样盒120的使用。
31.请参阅图1和图7，具体地，在本发明的一种实施例中，第一取样盖130的四角位置均螺接可安装支撑座131，支撑座131被构造成用于支撑第一取样盖130，当第二取样盒120翻转后第一取样盖130朝下，支撑座131随第一取样盖130一起朝下，然后支撑座131与地面抵触，实现对第一取样盖130的支撑，提高整个装置翻转后的稳定性和牢固性。在具体设置时，第一取样盖130的两侧均通过焊接固定有第一把手132（如图9），第二取样盖140的两侧均通过焊接固定用第二把手141（如图6），方便工作人员用手通过第一把手132和第二把手141分别把第一取样盖130和第二取样盖140卡入第二取样盒120或从第二取样盒120上取下，方便工作。
32.请参阅图2、图7和图8，分离组件200包括切样钢筋210和限位块220，第二取样盒120的下端端部两侧均匀的开设有若干第一插接槽121，切样钢筋210的下端通过第一插接槽121插接于第二取样盒120，切样钢筋210的上一端插接于两个限位块220之间，限位块220通过焊接固定安装于第一取样盖130上，需要说明的是，切样钢筋210呈匚型设置，切样钢筋210的下端钢筋长度是第一取样盖130长度的一半，切样钢筋210上端钢筋的长度为5-8cm，切样钢筋210高度和第二取样盒120的高度相等，第二取样盒120两侧相对的切样钢筋210下端钢筋同时插入到第二取样盒120内的土体样本300内，两个切样钢筋210的下端钢筋恰好抵触，进而实现对土体样本300底端的切断，多组切样钢筋210实现对土体样本300与地面间的切断，进而土体样本300实现与地面的分离。在具体设置时，切样钢筋210的两端端部均设置有锥形角211，减少切样钢筋210插入到土体样本300内的阻力，节省力气，方便切样钢筋210的插入。
33.请参阅图10、图11和图12，另外，在本发明的一种实施例中，第二取样盒120远离第一取样盖130的一端两侧均通过螺栓固定有安装块122，安装块122上开设有第二插接槽1221，第二插接槽1221的内插接有切样板123。当土体样本300粘聚力非常小时，不插接切样钢筋210而是往第二取样盒120底端两侧的安装块122内均插入切样板123，两个切样板123插入到第二取样盒120下端内部，实现对第二取样盒120内土体样本300的切断，进而实现土体样本300与地面的分离。
34.请参阅图4，第二取样盒120的中间开设有剪切缝125，剪切缝125两侧设置有连接夹150，连接夹150固定安装于第二取样盒120上，直接取下连接夹150实现剪切试验。
35.请参阅图11、图13和图14，在具体设置时，切样板123的一端端部通过焊接固定有限位板1231，限位板1231设置在安装块122的外侧，实现对切样板123的限位，避免切样板123进入到安装块122的内部，造成取出不便，限位板1231远离切样板123的一面固定有第三把手1232，工作人员通过第三把手1232能够从安装块122内拉出或插入切样板123，方便操作。切样板123远离限位板1231的一端端部设置有尖角1233，减少切样板123插入到土体样本300内时的阻力，方便土体样本300的切断，节省力气。
36.需要说明的是，缓冲砂400主要成分为中国iso标准砂，是使原状岩土体试样受力状态接近于实际工程状态的关键受体。鉴于标准砂的方便易得、易于修整、粒径小、重量轻的特性，可充当填充试样边界凹凸不平的媒介，从而解决试样边界效应。其中标准砂的技术指标特性有：粒度为多级（方孔筛孔径为0.65mm、0.40mm、0.25mm时，累计筛余量分别为＜3％、35~45％、＞94％），粒径0.08~2.00mm，密度约2.67g/cm
³
。
37.本技术实施例另提供一种原状岩土体取样方法，其利用上述的原状岩土体取样装置进行，包括以下步骤：步骤一：首先把第一取样盒110竖直放置在清理后较为平整的地基表面，沿第一取样盒110四周边界掏挖外侧岩土体并保持垂直下放第一取样盒110，直至第一取样盒110顶面等于或略低于预取原状试样顶面；步骤二：然后运用钢丝锯对预取原状试样顶面沿第一取样盒110顶面边界进行切割锯平，进而第一取样盒110内储存了土体样本300，然后垂直下放第二取样盒120，第二取样盒120套接在第一取样盒110的外侧，使第二取样盒120与第一取样盒110呈同一深度与同一中心位置，第二取样盒120与第一取样盒110之间形成0.5cm的缝隙；步骤三：然后往第一取样盒110与第二取样盒120之间的缝隙内注满缓冲砂400，然后在第一取样盒110上安装上第一起吊环111，把起吊钢丝固定在第一起吊环111上，利用起吊设备缓慢垂直向上抽出第一取样盒110，然后在第二取样盒120顶面覆盖一层厚为0.5cm且平整的缓冲砂400，缓冲砂400把第二取样盒120内的土体样本300顶端覆盖住；步骤四：然后把第一取样盖130卡接在第二取样盒120的顶端，然后把切样钢筋210的一端插入到第二取样盒120底端的第一插接槽121内，切样钢筋210的另一端插入到第一取样盖130上的两个限位块220之间，第二取样盒120的两侧均插接上切样钢筋210，两个切样钢筋210底端实现对第二取样盒120内部土体样本300的切断，实现土体样本300与地面的分离，切样钢筋210的间距根据土体样本300本身结构稳定性而定；当土体样本300粘聚力非常小时，不插接切样钢筋210而是往第二取样盒120底端两侧的安装块122内均插入切样板123，两个切样板123插入到第二取样盒120内部，实现对第二取样盒120内土体样本300的切断，进而实现土体样本300与地面的分离；步骤五：然后往第二取样盒120的外侧安装上第二起吊环124，把起吊钢丝固定在第二起吊环124上，利用起吊设备缓慢垂直向上拉出第二取样盒120，进而第二取样盒120内的土体样本300同时被拉出，安装第一取样盖130上的支撑座131，然后把第二取样盒120整体翻转，进而第二取样盒120顶端的第一取样盖130朝下，第一取样盖130上的支撑座131与地面抵触，实现支撑第二取样盒120，此时第二取样盒120内的土体样本300倒置放于平面上；步骤六：然后从第二取样盒120上取下切样钢筋210或切样板123，进而第二取样盒
120内土体样本300露出第二取样盒120，在第二取样盒120此时的顶面用钢丝锯切割锯平，然后覆盖一层厚为0.5cm且平整的缓冲砂400，然后把第二取样盖140卡接在第二取样盒120上，进而第一取样盖130、第二取样盒120和第二取样盖140形成密闭空间把缓冲砂400和土体样本300包裹起来，进而完成土体样本300的取样。
38.具体的，该原状岩土体取样装置的工作原理：首先把第一取样盒110竖直放置在清理后较为平整的地基表面，沿第一取样盒110四周边界掏挖外侧岩土体并保持垂直下放第一取样盒110，直至第一取样盒110顶面等于或略低于预取原状试样顶面；然后运用钢丝锯对预取原状试样顶面沿第一取样盒110顶面边界进行切割锯平，进而第一取样盒110内储存了土体样本300，然后垂直下放第二取样盒120，第二取样盒120套接在第一取样盒110的外侧，使第二取样盒120与第一取样盒110呈同一深度与同一中心位置，第二取样盒120与第一取样盒110之间形成0.5cm的缝隙；然后往第一取样盒110与第二取样盒120之间的缝隙内注满缓冲砂400，然后在第一取样盒110上安装上第一起吊环111，把起吊钢丝固定在第一起吊环111上，利用起吊设备缓慢垂直向上抽出第一取样盒110，然后在第二取样盒120顶面覆盖一层厚为0.5cm且平整的缓冲砂400，缓冲砂400把第二取样盒120内的土体样本300顶端覆盖住；然后把第一取样盖130卡接在第二取样盒120的顶端，然后把切样钢筋210的一端插入到第二取样盒120底端的第一插接槽121内，切样钢筋210的另一端插入到第一取样盖130上的两个限位块220之间，第二取样盒120的两侧均插接上切样钢筋210，两个切样钢筋210底端实现对第二取样盒120内部土体样本300的切断，实现土体样本300与地面的分离，切样钢筋210的间距根据土体样本300本身结构稳定性而定；当土体样本300粘聚力非常小时，不插接切样钢筋210而是往第二取样盒120底端两侧的安装块122内均插入切样板123，两个切样板123插入到第二取样盒120内部，实现对第二取样盒120内土体样本300的切断，进而实现土体样本300与地面的分离；然后往第二取样盒120的外侧安装上第二起吊环124，把起吊钢丝固定在第二起吊环124上，利用起吊设备缓慢垂直向上拉出第二取样盒120，进而第二取样盒120内的土体样本300同时被拉出，安装第一取样盖130上的支撑座131，然后把第二取样盒120整体翻转，进而第二取样盒120顶端的第一取样盖130朝下，第一取样盖130上的支撑座131与地面抵触，实现支撑第二取样盒120，此时第二取样盒120内的土体样本300倒置放于平面上；然后从第二取样盒120上取下切样钢筋210或切样板123，进而第二取样盒120内土体样本300露出第二取样盒120，在第二取样盒120此时的顶面用钢丝锯切割锯平，然后覆盖一层厚为0.5cm且平整的缓冲砂400，然后把第二取样盖140卡接在第二取样盒120上，进而第一取样盖130、第二取样盒120和第二取样盖140形成密闭空间把缓冲砂400和土体样本300包裹起来，进而完成土体样本300的取样。
39.以上所述仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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。