本發(fā)明涉及一種原狀土壤取樣裝置，特別是一種雙層結(jié)構(gòu)，具有取芯內(nèi)管的取樣裝置。

背景技術(shù)：

在公知技術(shù)中，常見(jiàn)土壤及巖芯取樣裝置，按推進(jìn)方式，可分為鉆進(jìn)式和直推式。鉆進(jìn)式顧名思義，以旋轉(zhuǎn)的鉆進(jìn)方式，將土壤取樣管鉆入土層。直推式用靜壓力，將土壤取樣管壓入土層。此外，還有鉆進(jìn)和直推結(jié)合的方式，外層鉆進(jìn)，內(nèi)層直推，但不是主流方式。上述所有類(lèi)型的取樣裝置，巖心管構(gòu)造特征均為兩端開(kāi)口的，下端帶有刀口的空心圓管，材質(zhì)多以高強(qiáng)度鋼材為主。當(dāng)?shù)竭_(dá)所需采集的樣品深度時(shí)，采樣裝置整體按原推進(jìn)路徑退出土層，通過(guò)巖心管與樣品的內(nèi)摩擦力將樣品帶回地面。這種技術(shù)方案，廣泛應(yīng)用于鉆探、勘察、研究活動(dòng)過(guò)程中的土壤取樣作業(yè)。

各種土壤取樣裝置，對(duì)不同土壤介質(zhì)的取樣完整程度(取芯率％，即取芯長(zhǎng)度與推進(jìn)深度之比)，取決于土壤介質(zhì)類(lèi)型本身具有的摩擦力。當(dāng)土壤樣品結(jié)構(gòu)松散，或含水率較高，如軟土、液化砂層，介質(zhì)與內(nèi)管摩擦力嚴(yán)重不足，樣品無(wú)法取出或取出的樣品損失較大，樣品取芯率較低，此外樣品原狀結(jié)構(gòu)被破壞。

僅見(jiàn)一種雙層結(jié)構(gòu)的煤田勘探取煤器，可以在采集摩擦力較大的煤層時(shí)，達(dá)到較高取芯率，其內(nèi)管下端帶有彈性抓簧，可以收縮巖心管底部，但收縮程度有限，且僅能阻擋巖心管底部外側(cè)小部分，無(wú)法封閉。因此，在底部不完全封閉狀態(tài)下，也無(wú)法保證完整取得低摩擦力土壤介質(zhì)。

中國(guó)專(zhuān)利cn105823650a公開(kāi)了一種環(huán)刀組合擋板封閉式取土器，取土口，內(nèi)側(cè)壁上設(shè)有多個(gè)呈三角形或扇形的擋板，取土過(guò)程中擋板上揚(yáng)，打開(kāi)取土口，土壤進(jìn)入取土器，取土完畢后旋轉(zhuǎn)取土器，擋板切斷取土取樣頭內(nèi)的土壤，然后上提取土器，在擋板上方土體重力和擋板彈性回復(fù)力的作用下，擋板回落，關(guān)閉取土口，確保土樣不脫落；中國(guó)專(zhuān)利cn102749220a公開(kāi)了一種濕地土壤取樣器，內(nèi)管的管腔通過(guò)隔板分為優(yōu)弧部和劣弧部?jī)刹糠郑瑑?yōu)弧部為空腔或?qū)嶓w，劣弧部為下部開(kāi)口的空腔，使用時(shí)，取樣器的外管先轉(zhuǎn)至內(nèi)管的優(yōu)弧部一側(cè)，不要遮蔽住劣弧部的管腔，將取樣器旋轉(zhuǎn)按壓至土壤層內(nèi)足夠的深度，內(nèi)管劣弧部采集到土樣，轉(zhuǎn)動(dòng)外管，使外管底部的封板將內(nèi)管劣弧腔底部完全封閉，切斷管腔內(nèi)土樣與外部土壤的粘連，將土樣取出。但采用類(lèi)似的方法也不能起到完全封閉取芯管底部的作用，且還會(huì)增加鉆土過(guò)程的阻力。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種原狀土壤取樣裝置，通過(guò)可封閉底部的取芯內(nèi)管，使取得的土壤巖芯樣品最大限度保持完整和無(wú)擾動(dòng)狀態(tài)。

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明公開(kāi)了一種原狀土壤取樣裝置，包括外管，位于外管內(nèi)部的取芯內(nèi)管，以及位于取芯內(nèi)管底部的活動(dòng)環(huán)刀盤(pán)；所述活動(dòng)環(huán)刀盤(pán)在外管內(nèi)往復(fù)旋轉(zhuǎn)從而控制活動(dòng)環(huán)刀盤(pán)的開(kāi)閉；當(dāng)活動(dòng)環(huán)刀盤(pán)打開(kāi)時(shí)，取芯內(nèi)管的底部處于敞口狀態(tài)；當(dāng)活動(dòng)環(huán)刀盤(pán)關(guān)閉時(shí)，取芯內(nèi)管的底部處于封閉狀態(tài)。

其中，所述活動(dòng)環(huán)刀盤(pán)內(nèi)側(cè)設(shè)有兩片以上的刀片，刀片上設(shè)有旋轉(zhuǎn)軸和曲臂刀片端連接軸，刀片通過(guò)曲臂刀片端連接軸連接有聯(lián)動(dòng)曲臂；所述刀片可圍繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)；所述聯(lián)動(dòng)曲臂可圍繞曲臂刀片端連接軸旋轉(zhuǎn)；通過(guò)聯(lián)動(dòng)曲臂的牽引力實(shí)現(xiàn)刀片彼此之間的分開(kāi)與閉合，從而控制活動(dòng)環(huán)刀盤(pán)的打開(kāi)與關(guān)閉。

其中，所述旋轉(zhuǎn)軸固定于環(huán)刀盤(pán)內(nèi)環(huán)架上，所述環(huán)刀盤(pán)內(nèi)環(huán)架與取芯內(nèi)管固定封閉連接。

其中，所述聯(lián)動(dòng)曲臂外端通過(guò)曲臂外環(huán)連接軸固定在環(huán)刀盤(pán)外環(huán)架上，并可以圍繞曲臂外環(huán)連接軸旋轉(zhuǎn)。

其中，所述外管為鉆進(jìn)式或直推式，底端成坡面形成切口。

其中，所述外管內(nèi)部設(shè)有臺(tái)階，臺(tái)階與活動(dòng)環(huán)刀盤(pán)抵接，用于固定活動(dòng)環(huán)刀盤(pán)，保證其與外管之間無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)；外管內(nèi)部靠近臺(tái)階處設(shè)有螺紋，與環(huán)刀盤(pán)外環(huán)架外側(cè)的螺紋匹配。

其中，所述環(huán)刀盤(pán)外環(huán)架外側(cè)設(shè)有螺紋，與外管內(nèi)側(cè)螺紋匹配；當(dāng)活動(dòng)環(huán)刀盤(pán)插入至螺紋處時(shí)，環(huán)刀盤(pán)外環(huán)架旋轉(zhuǎn)，旋進(jìn)方向使刀片彼此分開(kāi)，使活動(dòng)環(huán)刀盤(pán)打開(kāi)，此時(shí)活動(dòng)環(huán)刀盤(pán)與外管內(nèi)部臺(tái)階接觸，固定活動(dòng)環(huán)刀盤(pán)；當(dāng)活動(dòng)環(huán)刀盤(pán)退出時(shí)，環(huán)刀盤(pán)外環(huán)架旋出方向使刀片彼此閉合，使活動(dòng)環(huán)刀盤(pán)關(guān)閉。

其中，刀片為厚背兩面弧度開(kāi)刃的雙刃刀片，從而保證刀片與土樣的所有接觸面都產(chǎn)生切割作用。

其中，取芯內(nèi)管頭部與外管之間以卡口、卡筍、螺口方式中的一種進(jìn)行鎖止，保證取芯內(nèi)管與外管之間無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)。

有益效果：

本發(fā)明可以使采集土壤或巖芯的取芯內(nèi)管底部完全封閉，最大限度保證所取樣品的完整性和原狀性。可適用于直推式、鉆進(jìn)式、或二者相結(jié)合的各種地層進(jìn)入方式。

附圖說(shuō)明

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明做更進(jìn)一步的具體說(shuō)明，本發(fā)明的上述和/或其他方面的優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更加清楚。

圖1是本發(fā)明的總體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明的取芯內(nèi)管及活動(dòng)環(huán)刀盤(pán)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是活動(dòng)環(huán)刀盤(pán)內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是刀片與聯(lián)動(dòng)曲臂連接結(jié)構(gòu)示意圖的正視圖

圖5是刀片與聯(lián)動(dòng)曲臂連接結(jié)構(gòu)示意圖的俯視圖；

圖6是活動(dòng)環(huán)刀盤(pán)底部開(kāi)啟過(guò)程示意圖。

具體實(shí)施方式

如圖1至6所示，本實(shí)施例中，該底部可封閉的原狀土壤取樣裝置包括：

外管1、取芯內(nèi)管2、活動(dòng)環(huán)刀盤(pán)3、刀片4、旋轉(zhuǎn)軸5、曲臂刀片端連接軸6、環(huán)刀盤(pán)內(nèi)環(huán)架7、聯(lián)動(dòng)曲臂8、環(huán)刀盤(pán)外環(huán)架9、曲臂外環(huán)連接軸10、臺(tái)階11。

其中，取芯內(nèi)管2位于外管1內(nèi)部，底部設(shè)有活動(dòng)環(huán)刀盤(pán)3；活動(dòng)環(huán)刀盤(pán)3內(nèi)側(cè)設(shè)有六片雙刃刀片4；雙刃刀片4上設(shè)有旋轉(zhuǎn)軸5和曲臂刀片端連接軸6，雙刃刀片4通過(guò)曲臂刀片端連接軸6連接有聯(lián)動(dòng)曲臂8；旋轉(zhuǎn)軸5固定于環(huán)刀盤(pán)內(nèi)環(huán)架7上；聯(lián)動(dòng)曲臂8外端通過(guò)曲臂外環(huán)連接軸10固定在環(huán)刀盤(pán)外環(huán)架9上；外管1內(nèi)部設(shè)有臺(tái)階11，臺(tái)階11與活動(dòng)環(huán)刀盤(pán)3抵接；外管1內(nèi)部靠近臺(tái)階11處設(shè)有螺紋，與環(huán)刀盤(pán)外環(huán)架9外側(cè)的螺紋匹配。

取芯內(nèi)管2插入外管1中，接近臺(tái)階11處，活動(dòng)環(huán)刀盤(pán)3的環(huán)刀盤(pán)外環(huán)架9外側(cè)的螺紋與外管1內(nèi)側(cè)螺紋咬合，直入式推進(jìn)過(guò)程變?yōu)樾D(zhuǎn)推進(jìn)，環(huán)刀盤(pán)外環(huán)架9開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)聯(lián)動(dòng)曲8運(yùn)動(dòng)，聯(lián)動(dòng)曲臂8帶動(dòng)刀片4圍繞旋轉(zhuǎn)軸5轉(zhuǎn)動(dòng)，刀片4組成的圓形，以類(lèi)似相機(jī)光圈的原理逐漸打開(kāi)，直至打開(kāi)至最大，形成一個(gè)完整的空心圓，與取芯內(nèi)管2同直徑并重合。此時(shí)，活動(dòng)環(huán)刀盤(pán)3恰好運(yùn)動(dòng)至外管1臺(tái)階11處，并與臺(tái)階11緊密結(jié)合形成封閉，取芯內(nèi)管2頭部可以卡口、卡筍、螺口等方式進(jìn)行鎖止，保證其與外管1之間無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)。

當(dāng)取樣裝置推進(jìn)至需要采集樣品的深度時(shí)，外管1保持靜止，取芯內(nèi)管2沿之前進(jìn)入方向的反向螺旋退出，至活動(dòng)環(huán)刀盤(pán)3完全退出與外管1內(nèi)壁咬合的螺紋，活動(dòng)環(huán)刀盤(pán)3恰好完全關(guān)閉，切斷土樣，形成底部封閉的取芯內(nèi)管2。此時(shí)，可將取芯內(nèi)管2連同活動(dòng)環(huán)刀盤(pán)3由外管1中直接抽出，更換其他空的取芯內(nèi)管2繼續(xù)實(shí)施推進(jìn)或鉆進(jìn)作業(yè)，而不必將外管1或鉆頭全部取出。

本發(fā)明提供了一種底部可封閉的原狀土壤取樣裝置的思路及方法，具體實(shí)現(xiàn)該技術(shù)方案的方法和途徑很多，以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。本實(shí)施例中未明確的各組成部分均可用現(xiàn)有技術(shù)加以實(shí)現(xiàn)。