一种适用于竖井的取土样装置的制作方法

本实用新型涉及岩土勘探工程技术领域，尤其是一种适用于竖井的取土样装置。

背景技术：

随着建筑、市政、交通等行业大型工程建设的加快，勘测设计水平得到了快速发展，对采取土体试样的要求也随之提高。目前对于取样土体，往往要求其保持原状。但是土体是岩石经过风化作用以及剥蚀、搬运、沉积作用等复杂自然环境所生成的各类沉积物，是由固体物质、水和气体组成的三相体系，土体结构相对较为松散，在取样操作、试样封装、贮存、运输过程中，易扰动破坏其原有结构体系，造成原状土取样困难，甚至取样失败。

特别是对于竖井的原状土取样，目前的方式较为复杂，具体为：操作人员穿好安全带，起吊设备通过绳索连接操作人员的安全带，起吊设备将操作人员下放到预定的取样位置；操作人员一只手握住取样管并对准竖井内壁，另一只手使用铁锤敲击取样管，使取样管伸入到竖井内的土体中；待取样完毕后收回取样管，最后通过起吊设备将操作人员调离竖井。上述方式存在以下不足：一、采用锤击方法容易出现取样管倾斜、偏移，并且在锤击过程中，极易造成土体震动，破坏土体原有结构体系，导致原状土体取样失败；二、操作人员必须下到竖井内进行相关操作，存在一定的安全隐患；三、操作人员通过绳索连接起吊设备，导致操作人员在竖井内产生晃动，不便于施力；四、人工操作劳动强度大、效率低。

综上，现有的竖井原状土取样装置都存在着一定的技术缺陷。在取样操作过程中，对取样的原状土体会产生极大的扰动破坏，同时操作流程较为复杂、劳动强度大、取样效率低、取样成功率较低。

技术实现要素：

针对上述竖井原状土取样装置操作流程复杂、取样效率低、对土体扰动破坏大和取样成功率低的技术问题，本实用新型提供一种结构简单、对土体扰动小、自动化程度高的适用于竖井的取土样装置。

本实用新型所采用的技术方案是：一种适用于竖井的取土样装置，包括布置在竖井内的取样机构和布置在竖井顶部用于驱动取样机构在竖直方向上升降的升降机构；所述取样机构包括水平布置在竖井内的支撑杆，支撑杆的一端与竖井的内壁相连，另一端依次通过动力机构和中空的取样管与竖井内壁相连；所述动力机构包括水平方向上间隔一定距离布置的第一支座和第二支座，第一支座和第二支座之间竖向布置有螺杆；螺杆的顶部设置有与螺杆固定连接的连接座，连接座的端部连接电机；螺杆上设置有与螺杆的螺纹匹配的螺纹套；第一支座与支撑杆固定连接，第一支座上铰接有两个第一支撑架，两个第一支撑架分别与螺纹套和连接座铰接；第二支座上铰接有两个第二支撑架，两个第二支撑架分别与螺纹套和连接座铰接；取样管与第二支座相连，电机可驱动取样管在水平方向上轴向移动。取样时，通过升降机构下放取样机构到达预定的取样位置，并通过升降机构调整取样机构的水平度，再通过动力机构驱动取样管伸入到竖井的土体内进行取样。本实用新型的动力机构采用机械千斤顶的原理让取样管缓慢的插入到竖井内的土体中，避免取样管扰动破坏土体，尽可能的保证原状土的完整性，便于后序试验，减小试验误差；同时本实用新型替代了传统的人工操作，降低了劳动强度、提高了取样效率、减小了安全隐患，且本装置简单、拆装方便，省时省力。

进一步的是，升降机构包括布置在竖井顶部的机架，机架上设置有卷扬机，卷扬机通过钢丝绳与第一支座和第二支座相连；所述第一支座和第二支座均为u形结构；所述钢丝绳为四根，分别连接的第一支座和第二支座水平方向的两端。升降机构用于驱动取样机构在竖直方向上升降；此外，通过不同的卷扬机控制不同的钢丝绳，便于取样机构调平。u形的第一支座和第二支座与四根钢丝绳相连，增加了受力点，增强了取样机构的稳定性，也增强了升降机构和取样机构连接的稳定性。

进一步的是，第二支座上设置有连接筒，第二支座通过连接筒与取样管相连；连接筒上设置有透明的观察窗。连接筒作为连接件，便于第二支座与取样管连接；同时，连接筒上的观察窗也便于操作人员实时观察取样管内的土体情况。

进一步的是，取样管与连接筒螺纹连接，可将取样管从连接筒上拆卸下来，便于后序的封装和运输；螺栓连接的方式具有结构简单、拆装方便快速的特点。

进一步的是，取样管的端部设置有刃口，刃口上设置有刃齿。刃口减小了取样管与土体的接触面积，便于取样管更好的切入到土体内，省时省力；刃齿类似拉锯原理，刃齿可更加顺利的在取样管径向上切入竖井的土体。

进一步的是，支撑杆上设置有水平仪，便于观察取样机构的水平度，以便进行相应的调整。

进一步的是，支撑杆包括至少两个套接的支杆，相邻支杆之间螺纹连接。通过转动相邻支杆可调节支撑杆的整体长度，以满足不同尺寸的竖井使用，提高了装置的适用性和通用性；同时也起到缩小支撑杆尺寸的作用，便于取样机构的存放和运输。

进一步的是，电机上设置有朝向观察窗的第一摄像头和朝向支撑杆的第二摄像头。通过第一摄像头可实时监测取样管内的土体情况；通过第二摄像头可实时监测支撑杆与竖井内壁的接触情况。

进一步的是，支撑杆与竖井内壁相连的一端设置有竖向布置的垫板。垫板增大了支撑杆与竖井内壁的接触面积，提高取样机构与竖井连接的稳定性。

本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型让取样管缓慢的插入到竖井内的土体中，避免取样管扰动破坏土体，尽可能的保证原状土的完整性，便于后序试验，减小试验误差；同时本实用新型替代了传统的人工操作，降低了劳动强度、提高了取样效率、减小了安全隐患，且本装置简单、拆装方便，省时省力。

2、本实用新型通过第一摄像头和第二摄像头可实时监测取样管内的土体情况和支撑杆与竖井内壁的接触情况。

3、本实用新型的刃口减小了取样管与土体的接触面积，便于取样管更好的切入到土体内，省时省力；刃齿可更加顺利的在取样管径向上切入竖井的土体。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图中标记为：

1、竖井；2、地面；3、取样管；4、连接筒；5、观察窗；6、第一摄像头；7、第二摄像头；8、刃口；9、刃齿；10、水平仪；11、垫板；12、第一支杆；13、第二支杆；14、电线；

101、第一支座；102、第二支座；103、螺杆；104、连接座；105、螺纹套；106、电机；107、第一支撑架；108、第二支撑架；201、卷扬机；202、钢丝绳；203、机架。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进一步说明。

参照图1，本实用新型的一种适用于竖井的取土样装置，包括布置在竖井内的取样机构和布置在竖井顶部用于驱动取样机构在竖直方向上升降的升降机构；所述取样机构包括水平布置在竖井内的支撑杆，支撑杆的一端与竖井1的内壁相连，另一端依次通过动力机构和中空的取样管3与竖井内壁相连；所述动力机构包括水平方向上间隔一定距离布置的第一支座101和第二支座102，第一支座101和第二支座102之间竖向布置有螺杆103；螺杆的顶部设置有与螺杆固定连接的连接座104，连接座的端部连接电机106；螺杆上设置有与螺杆的螺纹匹配的螺纹套105；第一支座101与支撑杆固定连接，第一支座101上铰接有两个第一支撑架107，两个第一支撑架107分别与螺纹套105和连接座104铰接；第二支座上铰接有两个第二支撑架108，两个第二支撑架分别与螺纹套105和连接座104铰接；取样管3与第二支座102相连，电机可驱动取样管在水平方向上轴向移动。取样时，通过升降机构下放取样机构到达预定的取样位置，并通过升降机构调整取样机构的水平度，再通过动力机构驱动取样管伸入到竖井的土体内进行取样。动力机构具体为：电机正转带动丝杆转动，丝杆转动带动螺纹套在螺杆上朝向电机的一侧移动，使第一支撑架和第二支撑架撑开，支撑杆抵紧在竖井的内壁，同时取样管缓慢的插入到竖井内的土体中。本实用新型的动力机构采用机械千斤顶的原理让取样管缓慢的插入到竖井内的土体中，避免取样管扰动破坏土体，尽可能的保证原状土的完整性，便于后序试验，减小试验误差；同时本实用新型替代了传统的人工操作，降低了劳动强度、提高了取样效率、减小了安全隐患，且本装置简单、拆装方便，省时省力。

参照图1，本实施例的升降机构包括布置在竖井顶部的机架203，机架203上设置有卷扬机201，卷扬机通过钢丝绳202与第一支座101和第二支座102相连；所述第一支座101和第二支座102均为u形结构；所述钢丝绳202为四根，分别连接的第一支座和第二支座水平方向的两端。升降机构用于驱动取样机构在竖直方向上升降；此外，通过不同的卷扬机控制不同的钢丝绳，便于取样机构调平。u形的第一支座和第二支座与四根钢丝绳相连，增加了受力点，增强了取样机构的稳定性，也增强了升降机构和取样机构连接的稳定性。

参照图1，本实施例在第二支座上设置有连接筒4，第二支座102通过连接筒4与取样管3相连；连接筒上设置有透明的观察窗5。连接筒作为连接件，便于第二支座与取样管连接；同时，连接筒上的观察窗也便于操作人员实时观察取样管内的土体情况。观察窗由塑料制成。

本实施例的取样管3与连接筒4螺纹连接，可将取样管从连接筒上拆卸下来，便于后序的封装和运输；螺栓连接的方式具有结构简单、拆装方便快速的特点。

参照图1，本实施例在取样管3的端部设置有刃口8，刃口上设置有刃齿9。刃口减小了取样管与土体的接触面积，便于取样管更好的切入到土体内，省时省力；刃齿类似拉锯原理，刃齿可更加顺利的在取样管径向上切入竖井的土体。

参照图1，本实施例在支撑杆上设置有水平仪10，便于观察取样机构的水平度，以便进行相应的调整。

参照图1，本实施例的支撑杆包括两个套接的支杆，相邻支杆之间螺纹连接。两个支杆分别为第一支杆12和第二支杆13，第二支杆布置在第一支杆内，水平仪布置在最外侧的支杆上，也就是第一支杆上，第一支杆和第二支杆螺纹连接，通过转动可使第二支杆相对于第一支杆内移动，垫板布置在最内侧支杆的端部，也就是第二支杆的端部。通过转动相邻支杆可调节支撑杆的整体长度，以满足不同尺寸的竖井使用，提高了装置的适用性和通用性；同时也起到缩小支撑杆尺寸的作用，便于取样机构的存放和运输。

参照图1，本实施例在电机上设置有朝向观察窗的第一摄像头6和朝向支撑杆的第二摄像头7。通过第一摄像头可实时监测取样管内的土体情况；通过第二摄像头可实时监测支撑杆与竖井内壁的接触情况。

参照图1，本实施例在支撑杆与竖井内壁相连的一端设置有竖向布置的垫板11。垫板增大了支撑杆与竖井内壁的接触面积，提高取样机构与竖井连接的稳定性。

取样方法，包括以下步骤：

s1、根据竖井的直径，通过转动支杆调节支撑杆的长度，让取样机构的整体长度略小于竖井的直径；

s2、在竖井的顶部架设好升降机构，通过升降机构下放取样机构到达预定的取样位置；

s3、通过水平仪观察取样机构的水平度，调整不同的钢丝绳保持取样机构处于水平状态；再通过第一摄像头和第二摄像头观察取样管和垫板与竖井内壁的接触情况；

s4、通过动力机构驱动取样管平稳、缓慢的压向竖井内的土体，直至通过第一摄像头看到土体露出观察窗为止，停止动力机构施力；

s5、通过升降机构控制取样管在上下或左右方向轻移，折断刃齿部位的土体；再通过动力机构驱动取样管平稳、缓慢的移出土体，直至与竖井的内壁脱离；

s6、通过升降机构将取样机构升回地面，取下取样管，使用盖子将取样管的两端封存。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。