[发明专利]一种射流式原位取土器

说明书

一种射流式原位取土器，用于获取土样并保持其原位特性，其具备：切入机构，其能够沿纵轴线向下移动以切入土样中，并在垂直于所述纵轴线的第一半径上限定形成土样捕集室(S1)，进入土样捕集室(S1)的土样由凝胶溶液包覆外周面以保持其原位特性；以及，钻进机构，其沿所述纵轴线向下施力于所述切入机构，且其配置有绕所述纵轴线旋转的水刀组件(6)，该水刀组件(6)在大于所述第一半径的第二半径上沿圆周切割土样以减小所述切入机构的切入阻力。本发明采用高压射流切割土壤，钻进清孔，在土样进入连接内筒前通过凝胶溶液包裹土样，极大地减小土样与连接内筒侧壁间的摩擦，极大地减小对土样的扰动，能够最大程度地保持土样的原位特性。

技术领域

本发明涉及工程地质钻探领域，具体涉及一种射流式原位取土器，可用于软土和砂土进行I类取样，该标准水平的土样可为土的物理、力学试验或土层划分提供试验样本。

背景技术

工程地质勘察是为查明影响工程建筑物的地质因素而进行的地质调查研究工作，为确定保证建筑物稳定与正常使用的防护措施提供依据。随着我国经济建设需求与发展，以及近年兴建的各种大中型岩土工程项目的增多，对于新型取土器的研发已经成为工程地质勘察领域工作者关心的重要问题。要想取得土的各项物理力学特性指标,目前除了价格昂贵的原位测试外,主要还是采用钻探取样后进行室内土工实验这一手段。取土器是用来采集工程场地土样的工具，取得的土样运回实验室，通过室内试验测定场地的基本物理力学参数，包括密度、孔隙比、含水率、比重、内摩擦角、粘聚力、固结系数、无侧限抗压强度等，为后续工程设计提供参数。其中取土器的取样质量直接决定了这些基本物理力学参数准确与否，如果取样质量很差，测定的基本物理力学参数不准确，会导致设计过于保守，增加工程造价，或者设计偏于危险，容易造成工程事故，因此获得高质量的土样是十分必要的。

工程地质勘察中，主要遇到的是软黏土或者砂土。软黏土是工程地质勘察中经常遇到的一种土类，软黏土的主要特点天然含水量高、天然孔隙比大、压缩性高、抗剪强度低、固结系数小、固结时间长、灵敏度高、扰动性大、透水性差等。在对有软土分布地层的岩土工程勘察中，常常需要对软黏土取样，进行室内土工试验，通过室内测定的物理力学特性指标反映天然土层的物理和力学特性，而取样过程中土样受扰动程度大小，直接影响到室内试验物理力学特性指标的可靠性，即土样受扰动很小时，室内的物理力学指标能够真实反映天然土层物理力学性质；土样受扰动较大时，室内的物理力学指标不能反映天然土层物理力学性质，两者差距过大。而对于砂性土，由于颗粒间几乎不存在粘聚力，导致取样困难。

目前市面上的取土器，在软黏土取样方面表现尚可，但是在砂土取样方面，很难获得高质量的砂样，主要原因如下：①采样过程中砂样体积压缩或膨胀，造成砂样相对密实度的改变，结构性被破坏，这是由于砂样与内管壁之间存在高摩擦而引起的，或者取样管直径大于切割切入靴直径导致土样松弛而引起的；②有效应力的恢复和相关变化，进而导致土样的变形；③砂样在从钻孔中取出时极易脱落，造成土样的缺损。

目前的取土器，在取土过程中，并不能很好的减小对土样的扰动，具体来说，包括取土器穿透土壤时挤土造成的扰动以及土样在进入取样管时与管壁的摩擦造成的扰动。

例如，专利文献CN101140201A设计了一种水压式薄壁取土器。取土器为空心钻杆下端连着分水头，分水头连接着活塞杆和外筒体，一个动活塞密封滑套于活塞杆上并与外筒体的内壁密封滑配，动活塞连接着一个土样筒，活塞杆的下端连接着一个固定活塞。当水压由钻杆通至动活塞上时，将动活塞压下，迫使土样筒压入土内。固定活塞不能活动，土样筒被压下时固定活塞就相对上升，造成封闭，使土样不至脱落，起拔时外筒体与土样筒一起提起。这种取土器在切入靴穿透土层时挤土效应明显，对土样造成较大的扰动，并且土样和取样内管壁之间会产生过大的摩擦力，造成土样扰动，导致土样结构性损伤。