[发明专利]一种用于软土的主动下压式活阀薄壁取土器

说明书

一种用于软土的主动下压式活阀薄壁取土器，包括头部(3)和取土管(8)，在圆锥形头部(3)的圆锥面上环开设有6个排放孔(10)，将排放孔(10)的直径设为190mm‑210mm；在套入头部(3)内孔的圆台形活阀及连杆(2)的活阀中部加装有一片厚度为6.9mm耐磨硬橡胶(9)，活阀及连杆(2)的连杆部分采用套筒式连接结构，在活阀及连杆(2)的连杆上加装有弹簧(11)，变径接手(1)套设在活阀及连杆(2)的连杆上；本发明取土器头部设置6个对称的直径为20mm的圆形排泥孔，可充分将稀泥、空气和水排除，保证取到的土样不会掉落，尽量减小取土过程中对孔底待取土层的扰动，结构简单可靠，操作简便，对土样扰动小，取土效率高，对土试样没有污染。

技术领域

本发明用于软土的主动下压式活阀薄壁取土器，属于岩土工程勘察中采取原状软土试样的取样装置结构技术领域。

背景技术

工程地质钻探的主要任务之一是在岩土层中采取岩芯和原状土试样。在采取试样的过程中应保持试样的天然结构，在工程地质勘察中土试样严重扰动是不容许的，否则土工试验所得出的土的物理力学性质指标无法得到可靠保证。而土试样很容易被扰动，所谓原状不扰动土样实际只是一个相对的概念，任何土样脱离土体之后总有一定程度的扰动，特别是软土，更容易受到扰动，只有采用薄壁取土器才能采取到Ⅰ级原状土样，因此采取原状土试样是工程地质勘察的一项重要技术。所谓薄壁取土器就是内径为75mm～100mm、面积比不大于10％(内间隙比为0)或面积比为10％～13％(内间隙比为0.5～1.0)的无衬管取土器，目前国内采用的薄壁取土器主要有四种类型，各类型薄壁取土器适用的土类详见表一。

表一 薄壁取土器的类型和适应土类

注：++：适用；+部分适用；-：不适用

影响取样质量的因素有很多，如钻进方法、取样方法、土试样的保管和运输等，但取土器的结构也是主要因素之一。一般取土器结构大致分为头部、取样管、管靴三部分。为使土样保持原状并保证土样采取率，取土器需要结构合理、技术参数满足要求，便于操作和使用。

取土器的结构设计需满足下列要求：取土器进入土层要顺利，尽量减小摩擦阻力和对土试样的扰动；取土器要有可靠的密封性能，使取样时不掉土；结构要简单，便于加工和操作。除上述要求外，还应考虑下列因素：土试样顶端所受的压力：包括钻孔中的水柱压力，大气压力及土试样与取土管内壁摩擦时的阻力所产生的压密；土试样下端所受的吸力，包括真空吸力、土试样本身的黏聚力和土试样的自重；取土器进入土层的方法和深度。

其中，密封性能是影响取样质量的关键因素之一。以球阀式取土器为例，其优点是简单，但常因球与球座之间夹杂泥沙而使球与座不能紧密接触，从而产生漏气和掉样，特别是在软土层，由于土的黏聚力小，若取土器的密封性能差，则容易产生掉样现象。上提式活阀软土取土器的密封较好，取土器压入取土过程中，活阀处于打开状态，排放空气、水、稀泥等，当取土器压入到预定的取土深度后，上提取土器，活阀关闭，封闭大头排泥孔，此时若土样下滑，将在土样上部产生负压，在摩擦力及大气压力的控制下，土样不易掉落。由于在取土器在下放过程中活阀处于关闭状态，不可避免会从孔壁刮削部分土体进入取土器中(钻孔缩颈过大时，进入取土器中的土体大幅度增加)，有可能将排放孔堵塞，导致取土失败。

另外软土取试样时，钻孔底部的少量的残留物对取土质量干扰较大，取土器需预留足够长余土管，收纳钻孔底部的残留物，避免取土器压入取土时残留物堵塞排放通道或者提前将取土桶填满，导致取土失败。

现有软土取土器存在的优缺点：

a)敞口薄壁取土器：优点是结构简单，使用钢球密封，取样操作简单。缺点是在取样时钢球容易被稀泥包裹，回不到密封位置，密封效果差，容易逃土，取样成功率很低。