專利名稱：室內(nèi)淤泥沉降柱試驗原位小擾動取土器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于巖土工程基本試驗與環(huán)境工程試驗中的交叉技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種 室內(nèi)淤泥沉降柱試驗原位小擾動取土器。
背景技術(shù)：
沉降柱試驗是研究河湖相、海相淤泥沉降淤積、自重固結(jié)規(guī)律的重要試驗裝置，利 用現(xiàn)有試驗裝置可以測定不同濃度下沉降淤泥土泥漿的自重固結(jié)系數(shù)cv。沉降柱試驗結(jié)果 也為現(xiàn)階段河道清淤拓寬整治工程、港口清淤治理工程、湖泊清淤治污工程等提供基本工 程參數(shù)，通過室內(nèi)沉降柱試驗為工程治理方案與設(shè)計思路提供必要的技術(shù)支持。同時關(guān)于 土體自重固結(jié)系數(shù)的研究也可應(yīng)用于吹填土吹填造陸工程，研究吹填土重力作用下沉降變 形規(guī)律，因而本試驗在河道、湖泊、港口治理，沿海填海造陸等工程中都有著重要指導(dǎo)意義沉降柱試驗歷時較長，需經(jīng)歷單粒體自由沉降、絮凝體團(tuán)聚沉降集聚體相互碰撞 影響的帶狀沉降、自重固結(jié)沉降各個階段。為得到淤泥土體自重沉降固結(jié)系數(shù)cv，在土樣自 重固結(jié)過程完成后，需得到固結(jié)土體深度方向上不同深度固體顆粒體積密度①。沉降柱試 驗為得到不同深度處體積密度①常采用兩種方式“電導(dǎo)率探頭”直接測定沉積土壤密度 和“直接法”測沉積土壤密度?！半妼?dǎo)率探頭”是將不同深度土體的電導(dǎo)率與土壤密度之間建立關(guān)系，通過測定不 同深度土體電導(dǎo)率簡介反映該深度土體體積密度①，屬于“間接法”范疇。但是“電導(dǎo)率探 頭”設(shè)備價格較高，要求探頭耐海水腐蝕，周圍環(huán)境擾動小，而且由于沉積土樣深度方向上 含水率變化導(dǎo)致測試結(jié)果失真，間接影響測試精度?！爸苯臃ā笔菍⑸疃确较蛏贤翗又苯尤?出，通過測定實際濕密度、含水率等實際指標(biāo)換算該深度土體固體顆粒體積密度①。“直接 法”的主要弊端是對土樣擾動大，嚴(yán)重影響測試結(jié)果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于改進(jìn)“直接法”原位取土裝置，設(shè)計制造出一種對原狀土樣擾動 小、深度方向逐層取土、制作與操作過程相對簡單可靠的室內(nèi)淤泥沉降柱試驗原位小擾動 取土器。本發(fā)明的技術(shù)方案概括如下一種室內(nèi)淤泥沉降柱試驗原位小擾動取土器，其特征在于該取土器包括薄壁環(huán)刀 串、金屬手柄、內(nèi)置擋塞、調(diào)節(jié)固定螺栓、外包熱縮管，其中薄壁環(huán)刀串是將10個單環(huán)刀，用 實心塑膠棒串連固定，然后用加熱的熱縮管外包，熱縮管(7)上端套接在金屬手柄上，熱縮 管冷卻收縮箍緊薄壁環(huán)刀串并與金屬手柄牢固連接，拔出實心塑膠棒，內(nèi)置擋塞置于金屬 手柄內(nèi)，它是由底部金屬盤與細(xì)金屬桿通過金屬盤中央的內(nèi)螺孔固定連接，內(nèi)置擋塞上下 移動的位置由金屬手柄上端的調(diào)節(jié)固定螺栓控制。所述的薄壁環(huán)刀串是由鋁合金材質(zhì)的單環(huán)刀分別稱重編號后，用直徑15_20mm的 實心塑膠棒串連固定，單個環(huán)刀內(nèi)徑15 20mm、高10 20mm，壁厚0. 3 0. 6mm ；所述的金屬手柄內(nèi)徑15 20mm、長度1000 1300mm，壁厚0. 3 0. 6mm。所述的內(nèi)置擋塞的底金屬盤直徑14 19mm，厚度4 8mm ；盤上對稱設(shè)4個直徑 1. 5 2. 5mm排氣孔，細(xì)金屬桿上部有螺紋，穿入調(diào)節(jié)固定螺栓中央的內(nèi)螺紋孔，相互匹配。室內(nèi)淤泥沉降柱試驗原位小擾動取土器主要由三部分組成底端取土薄壁環(huán)刀 串；頂部金屬手柄；內(nèi)置擋塞。底端取土薄壁環(huán)刀串，先由固定塑膠棒依次串聯(lián)經(jīng)編號稱量 后離散薄壁環(huán)刀，再由外包熱縮管加熱收縮裹緊固定成形，形成整體。底層薄壁環(huán)刀切削沉 積土體，環(huán)刀內(nèi)腔用于承納不同深度原狀淤泥土體。頂部金屬手柄與底端薄壁環(huán)刀同直徑， 通過外包熱縮管固定作用將金屬手柄與底端薄壁環(huán)刀串連接成為整體，拔出固定塑膠棒， 室內(nèi)淤泥沉降柱試驗原位小擾動取土器成形。取土前，插設(shè)內(nèi)置擋塞于金屬手柄內(nèi)部，根據(jù)待取土樣實際沉降高度確定內(nèi)置擋 塞插入深度，頂端調(diào)節(jié)固定螺栓控制內(nèi)置擋塞相對位置。內(nèi)置擋塞位于取土器內(nèi)部，由一根 長細(xì)金屬桿和底金屬盤組成，底金屬盤設(shè)對稱圓孔排出腔內(nèi)空氣。取土?xí)r緩慢降低頂端手 柄，底端薄壁環(huán)刀串進(jìn)入沉積淤泥土體，底層薄壁環(huán)刀切削土體，環(huán)刀串內(nèi)空氣通過底金屬 圓盤圓孔排出，減小對原狀土體的擾動。水平向緩慢取出取土器，擦凈薄壁環(huán)刀串表面附 土，然后用薄刀片切開外包熱縮管，依次切下單環(huán)刀及土體分別置于鋁盒中分別稱重，完成 取樣過程。本發(fā)明的創(chuàng)新點1、環(huán)刀串環(huán)時，利用同直徑實心固定塑膠棒串環(huán)固定，便于外包熱縮管受熱收縮 固定，保證底端取土薄壁環(huán)刀串的直立性；2、底端取土薄壁環(huán)刀串采用等高度、同內(nèi)徑薄壁金屬單環(huán)刀(壁厚0.3 0.6mm)， 具有一定剛度，便于土體切削，減少土體擾動；3、內(nèi)置擋塞底金屬盤對稱設(shè)排氣孔，插設(shè)本發(fā)明裝置入土?xí)r排出腔內(nèi)空氣，水平 向緩慢取出取土器，有效防止泥水倒流。本發(fā)明裝置的優(yōu)點是對沉積原狀土樣擾動小，制作過程與取土操作簡單實用，直 接測定目的參數(shù)。該取土器結(jié)合淤泥土沉降柱試驗?zāi)苡行岣呷訑?shù)據(jù)的可靠性和最終試 驗精度。


圖1、為室內(nèi)淤泥沉降柱試驗原位小擾動取土器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2、底金屬盤示意圖。附圖標(biāo)記1薄壁環(huán)刀串，2金屬手柄，3內(nèi)置擋塞，4底金屬盤，5細(xì)金屬桿，6調(diào)節(jié) 固定螺栓，7外包熱縮管，8底盤內(nèi)螺紋，9排氣孔。圖中4為底金屬盤4內(nèi)置透視和底盤仰視示意圖。
具體實施例方式結(jié)合說明書附圖對室內(nèi)淤泥沉降柱試驗原位小擾動取土器進(jìn)一步說明室內(nèi)淤泥沉降柱試驗原位小擾動取土器主要由底端取土薄壁環(huán)刀串1、頂部金屬 手柄2、內(nèi)置擋塞3三部分組成。其制作過程與取土過程為(1)薄壁環(huán)刀串1與金屬手柄2采用同尺寸不銹鋼材料，單個環(huán)刀內(nèi)徑18mm，壁厚0. 5mm,高度10mm ；金屬手柄長1100mm，內(nèi)徑18mm，壁厚0. 5mm。單個薄壁環(huán)刀分別編號稱量，
然后用同直徑的實心塑膠棒依次串環(huán)固定，外包熱縮管7加熱收縮固定形成薄壁環(huán)刀串1， 同時用外包熱縮管7固定薄壁環(huán)刀串1與頂部金屬手柄2，室內(nèi)淤泥沉降柱試驗原位小擾動 取土器成形。(2)內(nèi)置擋塞3，置于金屬手柄2內(nèi)部，包括底金屬盤4和一根長細(xì)金屬桿5。底 金屬盤4直徑17mm，厚度5mm，底金屬盤4對稱設(shè)四個排氣孔9，排氣孔直徑為2mm ；底金屬 盤4通過底盤內(nèi)螺紋8與長細(xì)金屬桿5固定連接；長細(xì)金屬標(biāo)桿5長1100mm，直徑2mm，長 細(xì)金屬桿5頂端為帶螺紋螺桿，通過內(nèi)螺紋與固定螺栓6連接固定；調(diào)節(jié)固定螺栓6外直徑 25mm;中心處為與長細(xì)金屬桿5頂端螺桿相對應(yīng)的貫穿內(nèi)螺紋，調(diào)節(jié)固定螺栓6與長細(xì)金屬 桿5連接后，直接放置在金屬手柄2上，利用固定螺栓較大外直徑直接卡在金屬手柄上。(3)取土前，根據(jù)待取沉積土樣實際高度確定內(nèi)置擋塞3插入深度，旋轉(zhuǎn)長細(xì)金屬 桿5上的調(diào)節(jié)固定螺栓6，固定內(nèi)置擋塞3相對位置。(4)取土?xí)r緩慢插入頂端手柄2，取土器底端薄壁環(huán)刀串1進(jìn)入沉積土內(nèi)部，底層 薄壁環(huán)刀串1切削土體，環(huán)刀串內(nèi)空氣通過底金屬盤4上底盤排氣孔8排出。水平向取出 取土器，擦凈薄壁環(huán)刀串1外表面附土，用薄刀片切開外包熱縮管7，依次切下取土環(huán)刀置 于鋁盒稱濕重，完成取樣過程；取得各層土樣后置各鋁盒置于烘箱內(nèi)烘干，稱量干土樣重， 根據(jù)取樣結(jié)果計算各層土樣含水率與孔隙比。
權(quán)利要求
一種室內(nèi)淤泥沉降柱試驗原位小擾動取土器，其特征在于該取土器包括由薄壁環(huán)刀串(1)、金屬手柄(2)、內(nèi)置擋塞(3)、調(diào)節(jié)固定螺栓(6)、外包熱縮管(7)，其中薄壁環(huán)刀串(1)是將10個單環(huán)刀用實心塑膠棒串連固定，然后用加熱的熱縮管(7)外包，熱縮管(7)上端套接在金屬手柄(2)上，熱縮管冷卻收縮箍緊薄壁環(huán)刀串(1)并與金屬手柄(2)牢固連接，拔出實心塑膠棒，內(nèi)置擋塞(3)置于金屬手柄(2)內(nèi)，它是由底部金屬盤(4)與細(xì)金屬桿(5)通過金屬盤中央的內(nèi)螺孔(8)固定連接，內(nèi)置擋塞(3)上下移動的位置由金屬手柄(2)上端的調(diào)節(jié)固定螺栓(6)控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述室內(nèi)淤泥沉降柱試驗原位小擾動取土器，其特征在于所述的薄 壁環(huán)刀串(1)是由鋁合金材質(zhì)的單環(huán)刀分別稱重編號后，用直徑15_20mm的實心塑膠棒串 連固定，單個環(huán)刀內(nèi)徑15 20mm、高10 20mm，壁厚0. 3 0. 6mm ；所述的金屬手柄(2)內(nèi) 徑 15 20mm、長度 1000 1300mm，壁厚 0. 3 0. 6mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述室內(nèi)淤泥沉降柱試驗原位小擾動取土器，其特征在于所述的 內(nèi)置擋塞⑶的底金屬盤⑷直徑14 19mm，厚度4 8mm ；盤上對稱設(shè)4個直徑1. 5 2. 5mm排氣孔(9)，細(xì)金屬桿(5)上部有螺紋，穿入調(diào)節(jié)固定螺栓(6)中央的內(nèi)螺紋孔，相互 匹配。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種室內(nèi)淤泥沉降柱試驗原位小擾動取土器，它主要由薄壁環(huán)刀串，金屬手柄、固定塑膠棒、外包熱縮管、調(diào)節(jié)固定螺栓、內(nèi)置擋塞所構(gòu)成。其中薄壁環(huán)刀串是將多個單環(huán)刀用實心塑料棒串連固定，然后外包熱縮管，冷卻收縮箍緊環(huán)刀串后，將塑料棒拔出，薄壁環(huán)刀串通過熱縮管與金屬手柄固定連接。內(nèi)置擋塞位于金屬手柄內(nèi)部，由一根長細(xì)金屬桿和底金屬盤組成，底金屬盤上對稱設(shè)排氣圓孔，取土?xí)r排出環(huán)刀腔內(nèi)空氣，細(xì)金屬桿上部有螺紋穿入調(diào)節(jié)固定螺栓中央的螺孔，調(diào)節(jié)固定螺栓置于金屬手柄頂部。本裝置可應(yīng)用于室內(nèi)試驗或現(xiàn)場試驗沉積軟土在深度方向上的取樣工作；取土裝置體積小、操作方便、土樣擾動小、結(jié)果準(zhǔn)確，特別適用于室內(nèi)淤泥沉降柱試驗沉積土樣的取樣試驗工作。
文檔編號G01N1/08GK101839820SQ201010168529
公開日2010年9月22日 申請日期2010年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月11日
發(fā)明者孟慶祥, 張磊, 張福海, 石永超, 郭帥杰 申請人:河海大學(xué)