中空圓柱樣取土器的制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種中空圓柱樣取土器。本實用新型的目的是提供一種結構簡單、制作方便的中空圓柱樣取土器。本實用新型的技術方案是：該取土器具有上接頭，其上端連接鉆桿，下端螺紋連接導向桿，導向桿的上、下部位均開有徑向通孔，該導向桿下端為實心圓錐臺，上接頭與導向桿內部形成一個軸向的中空通道并與徑向通孔連通，所述導向桿上套裝可沿導向桿上下移動的取土機構，所述上接頭套有下端可與取土機構螺紋連接的雙向螺母，其特征在于：所述實心圓錐臺底面沿其軸向鉆設盲孔，盲孔經徑向孔眼連通實心圓錐臺側壁外，該盲孔孔壁制內螺紋；所述導向桿下端經盲孔螺紋連接內取土管。本實用新型適用于特種土工試驗，可用于淤泥、淤泥質軟土等地層。
【專利說明】中空圓柱樣取土器
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種中空圓柱樣取土器。適用于進行單軸扭剪和三軸-扭轉耦合循環剪切試驗等控制復雜應力路徑和復雜應力狀態的特種土工試驗，可用于淤泥、淤泥質軟土、一般粘性土、粉土等地層。
【背景技術】
[0002]復雜應力路徑和復雜應力狀態對地層的強度與變形特性具有顯著影響，特別是海洋工程，一般遭受波浪荷載、潮流荷載、地震荷載、機器振動荷載等，地層承受復雜應力狀態以及主應力方向往復旋轉的復雜應力路徑。復雜應力狀態和復雜應力路徑等條件下地層的破壞與變形特性研究，需要采用先進的土工試驗設備和現代測控技術。動三軸儀可施加動偏應力在試樣45°斜面上模擬地震水平向剪切作用，動扭剪儀可施加扭矩模擬純剪狀態。而三軸-扭轉多功能剪切儀可實現主應力軸往復旋轉等多種復雜應力路徑和復雜應力狀態，其單調扭剪和三軸-扭轉耦合循環剪切試驗目前已在國內外廣泛采用。
[0003]三軸-扭轉多功能剪切儀需采用薄壁中空圓柱形土樣以實現多種復雜應力路徑的模擬，其土樣尺寸一般為:外徑X內徑X高度=70X 30X IOOmm或100X60X 200mm，壁厚一般為20_。目前一般采用常規土樣進行加工，對土樣結構及其狀態的擾動十分顯著，特別是對海相沉積的軟黏土和粉土等高靈敏性土樣的擾動，往往造成土樣原始結構的破壞和重塑，導致很大的試驗誤差，不能反映地層的真實特性。
[0004]本 申請人:于2012年12月19日申請了“一種敞口式取原狀土樣的取土器”，專利號為201220705551.4，該專利具有上接頭，上接頭上端連接鉆桿，上接頭下端螺紋連接導向桿，導向桿的上、下部位均開有徑向通孔，該導向桿下端為實心圓錐臺，上接頭與導向桿內部形成一個軸向的中空通道并與徑向通孔連通，導向桿上套裝可沿導向桿上下移動的取土機構。然而該取土器所取土樣無法直接滿足三軸-扭轉多功能剪切儀的試驗要求。
實用新型內容
[0005]本實用新型要解決的技術問題是:針對上述存在的問題，提供一種結構簡單、制作方便的中空圓柱樣取土器，以按實驗尺寸要求將中空土樣從原位地層中取出，使試驗土樣接近原狀地層，為三軸-扭轉多功能剪切試驗提供原狀中空試樣。
[0006]本實用新型所采用的技術方案是:一種中空圓柱樣取土器，該取土器具有上接頭，該上接頭上端連接鉆桿，下端螺紋連接導向桿，導向桿的上、下部位均開有徑向通孔，該導向桿下端為實心圓錐臺，上接頭與導向桿內部形成一個軸向的中空通道并與徑向通孔連通，所述導向桿上套裝可沿導向桿上下移動的取土機構，所述上接頭套有下端可與取土機構螺紋連接的雙向螺母，其特征在于:所述實心圓錐臺底面沿其軸向鉆設盲孔，盲孔經徑向孔眼連通實心圓錐臺側壁外，該盲孔孔壁制內螺紋；所述導向桿下端經盲孔螺紋連接內取土管。
[0007]所述取土機構包括套于導向桿上的外管接頭，外管接頭下端螺紋連接殘土管，殘土管經鎖緊螺母連接取樣管。
[0008]所述雙向螺母中空，其內部分為上下兩段，上段與上接頭螺紋連接，下段設有與所述外管接頭上端外螺紋匹配的內螺紋。
[0009]所述取樣管上端翻邊貼于殘土管下端面。
[0010]所述導向桿為六棱柱。
[0011]所述外管接頭軸向具有六棱柱孔且該六棱柱孔上、下兩端均具有圓形臺階。
[0012]本實用新型的有益效果是:1、本實用新型利用原有鉆進所用的鉆機、水泵、供水管路以及鉆桿，具有操作簡單、方便的特點；2、本實用新型所采用的取土器，可以按照實驗土樣尺寸要求進行設計取樣，減少了取樣、制樣過程中擾動；3、本實用新型所采用的取土器，取樣管一端直接貼在殘土管底面，并通過鎖緊螺母與殘土管連接在一起，使取樣管的下端懸空在殘土管底端，取樣通過鉆機卡緊立軸鉆桿加壓完成，起鉆后，只要把取土器松開鎖緊螺母螺紋，用取土刀沿取樣管上端翻邊圓周切割，使取樣管內土與殘土管內的土分離，然后輕拉取樣管，并隨著輕巧拉動土樣管，同時把與取樣管等長的、同內徑的PVC管放入取樣管內(所取土樣人工搬運及途中運輸時，保護的需要)，以防止所取試樣變形，最后把取樣管內土二端用專用端蓋保護即可；4、殘土管內的土，可以通過雙用螺母下端螺紋與外管接頭上端公螺紋連接，使上接頭與導向桿與殘土管內之間形成通水通道，上接頭上端螺紋與水泵管路連接，通過水泵水壓，把殘土管內殘土 (包含內取土管的土)壓出殘土管外即可，該操作方法具有操作方便、結構簡單、構思巧妙、實用的特點。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013]圖1是本實用新型在未受壓取土狀態下的結構示意圖。
[0014]圖2是本實用新型在取土完成且起鉆狀態下的結構示意圖。
[0015]圖3、圖4為本實用新型拆卸取樣管和用水把殘土管內的土壓出管外的示意圖。
[0016]圖5為本實用新型中導向桿剖視圖。
【具體實施方式】
[0017]本實施例為中空土樣取土器，它包含取得二種不同尺寸的土樣，土樣具體尺寸為:外徑X內徑X高度=70X 30X IOOmm或100X60X 200mm。本例中取土器包括上接頭1、六棱柱形的導向桿4和取土機構，其中上接頭I上端制有可與鉆桿相連的螺紋，上接頭I下端為圓錐臺1-1并與導向桿4螺紋連接，導向桿4的上、下部位均開有徑向通孔4-1，該導向桿下端為實心圓錐臺4-2。上接頭I與導向桿4內部形成一個軸向的中空通道并與徑向通孔4-1連通，導向桿4上套有取土機構，取土機構可沿導向桿4上下移動。本例中上接頭I外套設有雙向螺母2，該雙向螺母下端可與取土機構螺紋連接的。導向桿4底面沿其軸向設有盲孔4-3，盲孔內設有內螺紋絲扣，并且該盲孔與實心圓錐臺4-2側壁外之間設有一個徑向孔眼4-4。導向桿4下端通過盲孔4-3處的內螺紋絲扣連接內取土管8。
[0018]本例中取土機構包括外管接頭3、殘土管5和取樣管7，外管接頭3軸向具有六棱柱孔眼且孔眼上、下兩端均為圓形臺階3-1，外管接頭3套于導向桿4外，該外管接頭下端與殘土管5螺紋連接。取樣管7上端翻邊貼在殘土管5下端面，鎖緊螺母6穿過取樣管7，并利用內螺紋把取樣管7固定在殘土管5的下端面上。本實施例中外管接頭3的上、下圓形臺階3-1可分別與上接頭I的圓錐臺1-1或導向桿4的實心圓錐臺4-2接觸形成環線封閉。
[0019]本實施例中雙用螺母2中空，內部分為上下兩段，上段與上接頭I螺紋連接，下段設有與外管接頭3上端的外螺紋相匹配的內螺紋。
[0020]本實施例中各部件的具體尺寸如下:
[0021]上接頭I長143mm，其中外部表面尺寸至上而下依次為:與鉆桿螺紋連接端長55mm ;設有外徑為M60X2-左旋螺紋，長IOmm ;設有大徑64臟、小徑62mm，牙型半角為5度的左旋螺紋，長20mm ;設有外徑為60mm圓柱長43mm ;設有外徑為70mm長IOmm圓柱；設有大徑65mm、小徑56mm,長為5mm圓錐臺1-1 ;其上接頭軸內長78mm,設有直徑為20mm的通水目艮，其余長65mm內螺紋與導向桿4外螺紋相連接。
[0022]雙用螺母2長為62mm,其外表尺寸至上而下依次為:長5mm,小徑為70mm,大徑為90mm的圓錐臺，其余為外徑90mm長為57mm的圓柱；其軸內上段設有長為22mm，大徑為64mm、小徑為62mm,牙型半角為5度的左旋螺紋,其余長40mm,設有大徑為80mm、小徑為78mm，牙型半角為5度的螺紋。該雙用螺母先安裝在上接頭I內，再用長IOmm大徑為70mm，內螺紋為M60X2-左旋螺紋連接并電焊成一個組件。
[0023]外管接頭3長105mm,外面自上而下為長25mm,大徑為80mm、小徑為78mm,牙型半角為5度的螺紋；中間長40mm為直徑90mm圓柱,下端長40mm,大徑為74mm(或104mm)、小徑為72.5mm(或102.5mm),牙型半角為5度的螺紋；外管接頭3里面兩端均設有直徑為60mm,長15mm圓形臺階3-1,其余長最大尺寸為52mm,對邊為45mm的六棱柱孔眼。
[0024]如圖5所示，導向桿4長220mm，其外表尺寸至上而下依次為:與上接頭I連接螺紋長50mm ;其次為長138mm,棱角尺寸為52mm,對邊為45mm的六棱柱；底端外徑為64mm(或74mm)，長為26mm的圓柱，且自底面向上鉆設16mm深的盲孔4-3，并設有M30 X 1.5 (或M60X1.5)螺紋；圓柱與六棱柱之間設長為6mm的錐臺；導向桿外螺紋加六棱柱長，累計188mm,軸心設有直徑為20mm圓孔,另在六棱柱長度中，距上端螺紋20mm和距錐臺15mm處，均選擇一組對面設有直徑為16mm徑向通孔4-1。
[0025]殘土管5長250mm,外徑為79mm (或109mm),中空直徑為71mm (或IOlmm),母扣端與外管接頭3公扣連接(大徑為74mm (或104mm)、小徑為72.5mm (或102.5mm),牙型半角為5度的螺紋)，另一端為公扣，它與鎖緊螺母6連接，其具體配合尺寸為:大徑為79mm (或109mm)、小徑為77.5mm(或107.5mm)，牙型半角為5度的螺紋。
[0026]鎖緊螺母6長45mm,與殘土管7螺紋連接端最大外徑為85mm (或115mm),長為32mm,底端13mm為圓錐臺，小徑為72.5mm (或102.5mm);鎖緊螺母6內徑尺寸，扣除與殘土管螺紋連接長28mm外，其余17mm為直徑71mm (或IOlmm)通孔。
[0027]取樣管7長IOOmm (或200mm)，其材料為74X2 (或104X2)不銹鋼管，其中與殘土管6對接一端翻邊最大外徑尺寸為77.5mm (或107.5mm),另在底端長IOmm加工成管靴錐臺，即大徑為74mm,小徑為70mm,長IOmm的空心錐臺。
[0028]內取土管8長315mm (或415mm)，其材料為30 X 3mm (或60 X 3mm)不銹鋼管，其中與導向接頭絲扣連接部分長16mm，螺紋為M30X 1.5 (或M60X 1.5)，內取土管底端長IOmm加工成內喇機管靴錐臺，即大徑為30mm (或60mm),小徑為24mm (或54mm),長IOmm的空心內喇叭錐臺。[0029]上述部件尺寸中，同一部位具有兩種尺寸的分別對應兩種不同的尺寸，括號內尺寸數據對應土樣尺寸為外徑X內徑X高度=100X60X200mm，反之對應土樣尺寸為外徑X內徑X高度=70X30X 100_。
[0030]本實施例的具體操作方法如下:鉆桿與取土器上接頭I螺紋連接，取土器通過鉆桿下到預定取樣孔底。外管接頭3安裝在導向桿4六棱柱外，其外管接頭3上下行程為33mm。如圖1所示，取樣時外管接頭3處在行程上端，鉆機卡緊立軸鉆桿，通過油壓系統使立軸鉆桿向下加Pm外管接頭3上部直徑為60mm圓形臺階3-1與上接頭I圓錐臺1_1接觸形成環線封閉(導向桿4上端的徑向通孔4-1被封閉，下端徑向通孔4-1導通)，隨著土不斷進入內取土管8、取樣管7和殘土管5內，內取土管8的水通過徑向孔眼4-4匯集到殘土管5，殘土管和取樣管的水先通過導向桿4下端徑向通孔4-1，以及導向桿4中空通道、上接頭I通孔、流入中空的鉆桿內。
[0031]當鉆機立軸行程接近，殘土管加上取樣管的長度時，鉆機立軸瞬間向上提升，通過鉆機油壓系統使卡緊得立軸鉆桿突然改變用力方向，即有Pb變為Le，如圖2所示，導向桿4瞬間向上提升移動33mm,外管接頭3下部直徑為60mm圓形臺階3-1與導向桿4的實心圓錐臺4-2接觸形成環線封閉(導向桿4上端的徑向通孔4-1導通，下端徑向通孔4-1被封閉)，此時，內取土管8和殘土管5內形成真空狀態，而且鉆桿內水，先通過上接頭I中通孔，再經導向桿4中上端中空通道至導向桿上端的徑向通孔4-1，回流到鉆孔中。
[0032]最后拆除立軸鉆桿，通過鉆機卷揚機把取土器提出孔外，如圖3所示，拆除鎖緊螺母6，用取土刀沿取樣管7上端翻邊圓周切割，使取樣管7內土與殘土管5內的土分離，然后輕拉取樣管7，并隨著輕巧拉動土樣管，同時把與取樣管等長的、同內徑的PVC管放入取樣管7內(所取土樣人工搬運及途中運輸時，保護的需要)，以防止所取試樣變形，中空圓柱試樣留在取樣管7內，取樣管7兩端用專用端蓋蓋好即可。
[0033]如圖4所示，去除殘土管5及內取土管8內土:雙用螺母2下端螺紋與外管接頭3上端的外螺紋連接，此時，導向桿4下端徑向通孔4-1與殘土管5上部空腔連通，通水水泵向上接頭I中通孔中注水，且隨著內取土管8和殘土管5內的水量不斷增多，且壓力加大，內取土管8和殘土管5內土很容易被水擠出殘土管5和內取土管8外。
[0034]由以上內容不難看出，利用本實施例所述的中空土樣取土器，將取樣管7直接安裝在取土器最底端，并通過取土器導向桿自由活動功能，使進入取樣管7和殘土管5內土以及內取土管8的內土與取土器外部隔離，且鉆桿內的水又無法回流到殘土管內，形成管內真空，使取土器管內的土無法掉出管外。
【權利要求】
1.一種中空圓柱樣取土器，該取土器具有上接頭(I)，該上接頭上端連接鉆桿，下端螺紋連接導向桿(4),導向桿(4)的上、下部位均開有徑向通孔(4-1),該導向桿下端為實心圓錐臺(4-2)，上接頭(I)與導向桿(4)內部形成一個軸向的中空通道并與徑向通孔(4-1)連通，所述導向桿(4)上套裝可沿導向桿上下移動的取土機構，所述上接頭(I)外套有下端可與取土機構螺紋連接的雙向螺母(2)，其特征在于:所述實心圓錐臺(4-2)底面沿其軸向鉆設盲孔(4-3)，盲孔(4-3)經徑向孔眼(4-4)連通實心圓錐臺(4-2)側壁外，該盲孔孔壁制內螺紋；所述導向桿(4)下端經盲孔(4-3)螺紋連接內取土管(8)。
2.根據權利要求1所述的中空圓柱樣取土器，其特征在于:所述取土機構包括套于導向桿(4)上的外管接頭(3)，外管接頭(3)下端螺紋連接殘土管(5)，殘土管(5)經鎖緊螺母(6)連接取樣管(7)。
3.根據權利要求2所述的中空圓柱樣取土器，其特征在于:所述雙向螺母(2)中空，其內部分為上下兩段，上段與上接頭(I)螺紋連接，下段設有與所述外管接頭(3 )上端外螺紋匹配的內螺紋。
4.根據權利要求2所述的中空圓柱樣取土器，其特征在于:所述取樣管(7)上端翻邊貼于殘土管(5)下端面。
5.根據權利要求2所述的中空圓柱樣取土器，其特征在于:所述導向桿(4)為六棱柱。
6.根據權利要求5所述的中空圓柱樣取土器，其特征在于:所述外管接頭(3)軸向具有六棱柱孔且該六棱柱孔上、下兩端均具有圓形臺階(3-1)。
【文檔編號】G01N1/08GK203672653SQ201320801203
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2013年12月9日 優先權日:2013年12月9日
【發明者】汪明元, 單治鋼, 許啟云, 狄圣杰, 牛美峰, 錢境林, 張超杰 申請人:中國水電顧問集團華東勘測設計研究院有限公司