本發(fā)明涉及一種連續(xù)采樣的螺旋式原狀土采樣器。

背景技術(shù)：

土壤環(huán)境介質(zhì)是人類賴以生存的物質(zhì)基礎(chǔ)，為人們源源不斷地提供食物，進(jìn)而維持人類社會的持續(xù)健康發(fā)展。因此，對土壤環(huán)境介質(zhì)的長期監(jiān)測和實(shí)驗(yàn)分析至關(guān)重要，常用的技術(shù)手段就是采集一定量的土壤樣品進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室成分鑒定和有害組分的相關(guān)性分析，判定土壤的肥力及其受污染程度。

目前，有關(guān)土壤采樣器的種類繁多、形式各異，但對原狀土的取樣難度較大，即便可以成功實(shí)現(xiàn)對原狀土的取樣，存在取土樣過程中土壤易被破碎，之后得到的樣品分層不清晰、難以辨別等一系列問題。

尤其是某些采樣器的使用可能對采樣點(diǎn)原來的土壤結(jié)構(gòu)產(chǎn)生擾動，那么會引起每一層土樣混雜其他深度的雜質(zhì)土，影響后續(xù)土壤分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果的真實(shí)性和準(zhǔn)確性。

此外，采樣器一般不具備同時(shí)測量土樣開采深度的功能，需要單獨(dú)采用刻度尺進(jìn)行測量，這樣進(jìn)行間歇式采樣不僅延長取樣時(shí)間，影響采樣的效率，而且在測量過程中極易造成上層土樣傾覆到開采孔穴底部，破壞樣品的純度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為克服間歇式采樣的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種連續(xù)采樣的螺旋式原狀土采樣器，以在減少土壤結(jié)構(gòu)擾動的基礎(chǔ)上對土壤進(jìn)行連續(xù)采樣。

為此，本發(fā)明提供了一種原狀土采樣裝置，包括：外筒，包括筒體和在筒體的外壁上設(shè)置的螺旋刀片，筒體的下端口設(shè)有切刀，筒體的上端口為取樣筒安裝口；取樣筒，與外筒同軸設(shè)置，并且相對于外筒能夠自由轉(zhuǎn)動，取樣筒的下端口為土樣進(jìn)口；鎖定機(jī)構(gòu)，設(shè)置在外筒上，用于將取樣筒鎖定在外筒中；壓桿，設(shè)置在取樣筒的頂部，與取樣筒同步轉(zhuǎn)動；驅(qū)動機(jī)構(gòu)，用于驅(qū)動外筒旋轉(zhuǎn)，其中，外筒的切刀在外筒旋轉(zhuǎn)時(shí)用于對泥土切割以形成圓柱狀土樣，取樣筒用于容納圓柱狀土樣，螺旋刀片在外筒旋轉(zhuǎn)時(shí)向泥土深處掘進(jìn)。

進(jìn)一步地，上述取樣筒的內(nèi)周壁上設(shè)有彈性止回片。

進(jìn)一步地，上述取樣筒包括第一半筒體和第二半筒體。

進(jìn)一步地，上述取樣筒的內(nèi)壁自下而上依次為第一光滑壁面段、粗糙壁面段和第二光滑壁面段，其中，第一光滑壁面段的軸向長度為2cm-4cm，粗糙壁面段的軸向長度為3-6cm，取樣筒內(nèi)徑為20～35mm。

進(jìn)一步地，上述鎖定機(jī)構(gòu)包括在筒體的上端設(shè)置的壓塊，用于鎖定取樣筒的上端面。

進(jìn)一步地，上述驅(qū)動機(jī)構(gòu)為與外筒固定連接的桿架。

進(jìn)一步地，上述外筒和取樣筒上分別設(shè)有取樣刻度。

進(jìn)一步地，上述取樣筒和外筒的筒體均為不銹鋼筒體。

根據(jù)本發(fā)明的原狀土采樣裝置，采用外筒和內(nèi)筒配合的方式，其中，外筒旋轉(zhuǎn)掘進(jìn)，內(nèi)筒在采樣過程中不隨外筒轉(zhuǎn)動，如此，圓柱狀土樣保持在內(nèi)筒中，減少土壤結(jié)構(gòu)擾動，同時(shí)外筒對圓柱狀土樣以外的土壤進(jìn)行切割和掘進(jìn)，進(jìn)而降低掘進(jìn)阻力，獲得較深的連續(xù)采樣深度，在本發(fā)明中連續(xù)不擾動的采樣深度可達(dá)60cm，基本滿足土壤采樣的需要。

除了上面所描述的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)之外，本發(fā)明還有其它的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)。下面將參照圖，對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

附圖說明

構(gòu)成本申請的一部分的說明書附圖用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中：

圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的原狀土采樣裝置的示意圖；

圖2是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的原狀土采樣裝置的取樣筒的示意圖；

圖3是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的原狀土采樣裝置的壓桿的示意圖；

圖4是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的原狀土采樣裝置的示意圖；以及

圖5是根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的原狀土采樣裝置的示意圖。

附圖標(biāo)記說明

10、外筒； 11、筒體；

12、螺旋刀片； 13、切刀；

14、刻度； 20、取樣筒；

21、彈性止回片； 22、第一半筒體；

23、第二半筒體； 24、鉸鏈；

30、壓塊； 40、壓桿；

41、立桿； 42、壓蓋；

50、桿架； 51、橫桿；

52、套筒； 44、伸縮桿；

43、手把； 53、支架；

54、轉(zhuǎn)接套； 55、動力裝置。

具體實(shí)施方式

需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。下面將參考附圖并結(jié)合實(shí)施例來詳細(xì)說明本發(fā)明。

圖1至圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例。

如圖1至圖3所示，在第一實(shí)施例中，原狀土采樣裝置包括外筒10、取樣筒20、壓塊30、壓桿40和桿架50。

其中，外筒10包括筒體11和在筒體11的外壁上設(shè)置的螺旋刀片12，筒體11的下端口設(shè)有切刀13，殼筒11的上端口為取樣筒安裝口。取樣筒20與外筒10同軸設(shè)置，并且相對于外筒10能夠自由轉(zhuǎn)動，取樣筒20的下端口為土樣進(jìn)口。

其中，彈性壓塊30設(shè)置在外筒10上，用于將取樣筒20鎖定在外筒10中，并允許取樣筒20在外力作用下克服壓塊30的彈力向上抽出。壓桿40設(shè)置在取樣筒20的頂部，與取樣筒20同步轉(zhuǎn)動。桿架50用于驅(qū)動外筒10旋轉(zhuǎn)。

在取樣過程中，外筒轉(zhuǎn)動掘進(jìn)，外筒上的切刀對泥土切割以形成圓柱狀土樣，隨著掘進(jìn)，保持不動的圓柱狀土樣進(jìn)入不隨外筒旋轉(zhuǎn)的內(nèi)筒中，螺旋刀片在外筒旋轉(zhuǎn)時(shí)向泥土深處掘進(jìn)，實(shí)現(xiàn)連續(xù)不擾動土壤結(jié)構(gòu)的采樣效果。

根據(jù)本發(fā)明的原狀土采樣器，有效采樣深度可達(dá)60cm，與現(xiàn)有技術(shù)相比，大幅降低了采樣過程中的土層擾動、混雜，提高了采樣的準(zhǔn)確性。當(dāng)采樣完成后更換取樣筒即可繼續(xù)下一次采樣，與提取散樣相比，更換和管理取樣筒更加簡便易行。

在實(shí)施原狀土采樣裝置的過程中，本發(fā)明人設(shè)計(jì)了一款將彈性止回片設(shè)計(jì)在外筒的內(nèi)周壁上以阻止土樣脫落的試驗(yàn)方案，發(fā)現(xiàn)彈性止回片在外筒轉(zhuǎn)動取樣過程中，對土樣的表層進(jìn)行切割疏松，使得土樣脫落更加容易，沒有獲得阻止土樣從取樣筒脫落的效果。本發(fā)明在后續(xù)設(shè)計(jì)中設(shè)法避免彈性止回片等類似結(jié)構(gòu)對圓柱狀土樣的破壞，同時(shí)將彈性止回片設(shè)計(jì)在保持不動的取樣筒中，取得了預(yù)定的提土效果。

優(yōu)選地，彈性止回片的平面形狀為長條形，與豎直方向呈30°設(shè)置，當(dāng)土樣進(jìn)入取樣筒時(shí)彈性止回片避讓土樣，當(dāng)取樣結(jié)束時(shí)，對取樣筒的土樣施加偏壓力，防止采集好的土樣大量掉落或脫離取樣筒。

優(yōu)選地，還對取樣筒的內(nèi)壁面和內(nèi)徑進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，以阻止土樣脫落。具體地，取樣筒的內(nèi)壁沿中心軸線自下而上依次為第一光滑壁面段、粗糙壁面段和第二光滑壁面段，其中，第一光滑壁面段的軸向長度為2cm-4cm，粗糙壁面段的軸向長度為3-6cm，取樣筒內(nèi)徑為20～35mm。

上述第一光滑壁面段的作用如下：在取樣掘進(jìn)開始時(shí)，取樣筒插入土壤中允許擺動，如此會便于操作，此時(shí)取樣筒的內(nèi)周壁設(shè)計(jì)成光滑壁面時(shí)，動摩擦阻力小，對圓柱狀土樣的形狀保持性好，當(dāng)取樣結(jié)束時(shí)，第一光滑壁面段中的土壤結(jié)構(gòu)難避會遭到破壞，因此允許其脫落是可行的。土樣有效長度為粗糙壁面段以上部分，該粗糙壁面段對取樣筒內(nèi)的圓柱狀土樣起到阻礙作用，再配合取樣筒內(nèi)徑的選取，可使對土壤的阻力和土壤重力處于平衡狀態(tài)，進(jìn)而使土樣保持在取樣筒中，此外，粗糙壁面段以上為第二光滑壁面段，可降低圓柱狀土樣進(jìn)入取樣筒中的阻力。

在本實(shí)施例中，外筒的筒體呈錐形，取樣筒也呈錐形，當(dāng)然錐度比較小例如8-15°，外筒和取樣筒優(yōu)選設(shè)有刻度，以標(biāo)示掘進(jìn)深度和對應(yīng)的土層采樣深度。

在本實(shí)施例中，如圖2所示，取樣筒20包括第一半筒體22和第二半筒體23，通過鉸鏈24雙向聯(lián)接，并通過鎖扣閉合鎖緊。該結(jié)構(gòu)使得土壤取樣操作十分方便。

在本實(shí)施例中，如圖3所示，上述原狀土采樣裝置采用手動操作，壓桿40包括立桿41和壓蓋42，其中，立桿40與壓蓋42固定連接，壓蓋42與取樣筒20可拆卸連接。

如圖4所示，在第二實(shí)施例中，原狀土采樣裝置包括外筒10、取樣筒20、壓塊30、伸縮桿44和手把43、橫桿51和套筒52。

在本實(shí)施例中，套筒52與外筒10同步轉(zhuǎn)動地配合，橫桿51與套筒52固定連接，壓塊30作為將取樣筒20鎖定在外筒中的鎖緊機(jī)構(gòu)，與套筒52插接配合，并且與取樣筒20的頂部抵接配合，該壓塊采用減磨材料制造，允許外筒相對于取樣筒轉(zhuǎn)動，當(dāng)拔出該壓塊時(shí)，允許取樣筒從套筒的頂部抽出。

在本實(shí)施例中，伸縮桿44與取樣筒20同步轉(zhuǎn)動地連接，手把43與伸縮桿44固定連接，手把43和伸縮桿44作為外力可操作的壓桿，在取樣掘進(jìn)過程中，使取樣筒20獨(dú)立于外筒轉(zhuǎn)動的旋轉(zhuǎn)動作。伸縮桿的作用是：當(dāng)橫桿的高度隨掘進(jìn)下降時(shí)，手把的高度位置保持不變，方便二人協(xié)調(diào)操作。

在本實(shí)施例中，外筒和取樣筒均為圓柱筒，與第一實(shí)施例相比，掘進(jìn)操作省力。

如圖5所示，在第三實(shí)施例中，原狀土采樣裝置包括：外筒10、取樣筒20、壓塊30、壓桿40、支架53、轉(zhuǎn)接套54和動力裝置55。

與第二實(shí)施例不同之處在于，在本實(shí)施例中，轉(zhuǎn)接套54與外筒10的頂部同步轉(zhuǎn)動地連接，該轉(zhuǎn)接套54由動力裝置55驅(qū)動轉(zhuǎn)動，動力裝置55固定安裝在支架53上，壓塊30作為鎖緊機(jī)構(gòu)與轉(zhuǎn)接套54插接配合，支架53可轉(zhuǎn)動地支撐在轉(zhuǎn)接套54上，壓桿40的自由端與支架53插接配合。

在掘土取樣時(shí)，支架53由操作者扶正，開啟動力裝置55，向下掘進(jìn)，如此掘進(jìn)速度快，工作效率高。

在本實(shí)施例中，取樣筒和外筒的筒體均為不銹鋼筒體，以滿足耐腐蝕性要求，并且對外筒的筒體的表面進(jìn)行打磨拋光處理，以滿足取樣后的表面泥土清潔處理。

本發(fā)明的原狀土采樣裝置，結(jié)構(gòu)簡單，操作便捷，能夠連續(xù)不擾動地采樣，可用于實(shí)驗(yàn)測定原狀土的含水率、滲透系數(shù)、壓縮系數(shù)和抗剪強(qiáng)度等一系列理化性質(zhì)及其指標(biāo)。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。