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(nèi)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(jīng)徑向孔眼連通實心圓錐臺側壁外，該盲孔孔壁制內(nèi)螺紋；所述導向桿下端經(jīng)盲孔螺紋連接內(nèi)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(huán)剪切試驗等控制復雜應力路徑和復雜應力狀態(tài)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(tài)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(tài)以及主應力方向往復旋轉的復雜應力路徑。復雜應力狀態(tài)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(xiàn)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(tài)。而三軸-扭轉多功能剪切儀可實現(xiàn)主應力軸往復旋轉等多種復雜應力路徑和復雜應力狀態(tài)，其單調(diào)扭剪和三軸-扭轉耦合循環(huán)剪切試驗目前已在國內(nèi)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(xiàn)多種復雜應力路徑的模擬，其土樣尺寸一般為:外徑X內(nèi)徑X高度=70X 30X IOOmm或100X60X 200mm，壁厚一般為20_。目前一般采用常規(guī)土樣進行加工，對土樣結構及其狀態(tài)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(nèi)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(nèi)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(nèi)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(jīng)徑向孔眼連通實心圓錐臺側壁外，該盲孔孔壁制內(nèi)螺紋；所述導向桿下端經(jīng)盲孔螺紋連接內(nèi)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(jīng)鎖緊螺母連接取樣管。
[0008]所述雙向螺母中空，其內(nèi)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(nèi)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(nèi)土與殘土管內(nèi)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(nèi)徑的PVC管放入取樣管內(nèi)(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(nèi)土二端用專用端蓋保護即可；4、殘土管內(nèi)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(nèi)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(nèi)殘土 (包含內(nèi)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(tài)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(tài)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(nèi)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(nèi)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(nèi)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(nèi)設有內(nèi)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(nèi)螺紋絲扣連接內(nèi)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(nèi)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(huán)線封閉。
[0019]本實施例中雙用螺母2中空，內(nèi)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(nèi)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(nèi)長78mm,設有直徑為20mm的通水目艮，其余長65mm內(nèi)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(nèi)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(nèi)，再用長IOmm大徑為70mm，內(nèi)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(nèi)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(nèi)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(nèi)取土管底端長IOmm加工成內(nèi)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(nèi)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(nèi)尺寸數(shù)據(jù)對應土樣尺寸為外徑X內(nèi)徑X高度=100X60X200mm，反之對應土樣尺寸為外徑X內(nèi)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(tǒng)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(huán)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(nèi)取土管8、取樣管7和殘土管5內(nèi)，內(nèi)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(nèi)。
[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(tǒng)使卡緊得立軸鉆桿突然改變用力方向，即有Pb變?yōu)長e，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(huán)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(nèi)取土管8和殘土管5內(nèi)形成真空狀態(tài)，而且鉆桿內(nèi)水，先通過上接頭I中通孔，再經(jīng)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(nèi)土與殘土管5內(nèi)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(nèi)徑的PVC管放入取樣管7內(nèi)(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(nèi)，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(nèi)取土管8內(nèi)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(nèi)取土管8和殘土管5內(nèi)的水量不斷增多，且壓力加大，內(nèi)取土管8和殘土管5內(nèi)土很容易被水擠出殘土管5和內(nèi)取土管8外。
[0034]由以上內(nèi)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(nèi)土以及內(nèi)取土管8的內(nèi)土與取土器外部隔離，且鉆桿內(nèi)的水又無法回流到殘土管內(nèi)，形成管內(nèi)真空，使取土器管內(nèi)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(nèi)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(jīng)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(nèi)螺紋；所述導向桿(4)下端經(jīng)盲孔(4-3)螺紋連接內(nèi)取土管(8)。
2.根據(jù)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(jīng)鎖緊螺母(6)連接取樣管(7)。
3.根據(jù)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(nèi)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(nèi)螺紋。
4.根據(jù)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(jù)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(jù)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(yōu)先權日:2013年12月9日
【發(fā)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