一种原位取砂试验装置

本技术涉及工程地质钻探，具体为一种原位取砂试验装置。

背景技术：

1、砂石取样是为查明砂层中组分的含量及其性能而进行的工作，取样的标本可以反应出该处砂石的大致形态，为后续的试验等工作提供理论依据。

2、现有的砂石实验通常是通过室内试验获取物理、力学参数，但室内试验在取砂制样的过程中极大地改变了砂的受力条件以及孔隙结构等特征，导致实验结果出现较大误差，难以在实际工程应用中提供相应的参考标准，另外，传统的砂石采集装置通常需要将砂石样本从原处取出并加以处理，导致难以真实地反映出现场实际情况下的力学参数和结构特性，同时，过度采砂会导致河床淤积，洪水易泛滥，对环境、生态和安全带来严重影响。

技术实现思路

1、针对现有砂石取样工具存在的缺陷和问题，本实用新型提供一种原位取砂试验装置，该试验装置结构独特，使用方便，能够在不破坏砂石的受力条件和孔隙结构等参数的情况下，将砂石样本直接采集并保持其原有状态，从而有效的解决了现有砂石采集装置无法准确反映出现场实际情况下的力学参数和结构特性，并能解决目前室内试验实验结果受扰动、误差大的难题。

2、本实用新型解决其技术问题所采用的方案是：一种原位取砂试验装置，包括取砂机构、旋转控制机构、土体切割机构和胶凝机构，所述取砂机构包括转动手柄、套筒、传力臂、凝胶传输管路和试样环刀，所述传力臂套装在套筒内，传力臂的一端贯穿套筒后与转动手柄固定安装，凝胶传输管路设置在套筒和传力臂之间，传力臂的另一端通过旋转控制机构与试样环刀固定安装，所述旋转控制机构包括转子、主动臂和旋转传动轴，转子与传力臂的另一端固定安装，主动臂的数量有多个且其一端均匀间隔固定安装在转子的外边缘上，主动臂的另一端与旋转传动轴的顶端转动套装，所述试样环刀为双层筒状结构，旋转传动轴在试样环刀内部穿过，试样环刀与旋转传动轴的上部通过齿轮结构转动连接，所述土体切割机构能对取样砂石进行整体切割，所述凝胶传输管路的进口端与胶凝机构固定安装，胶凝机构能包括凝胶溶液箱和输送管，所述输送管与凝胶传输管路连通，凝胶溶液箱内的凝胶通过输送管进入到凝胶传输管路内。

3、优选的，所述土体切割机构包括铰接部、内环槽、切割片、制冷控制器、外环槽和连动曲杆，铰接部、切割片和连动曲杆的数量均有多个，全部所述铰接部的部分铰接部间隔转动安装在内环槽外边缘上，剩余所述铰接部与连动曲杆铰接，所述切割片呈花瓣状，有三个端点，连动曲杆的一端通过铰接部与切割片的第一端点连接，所述切割片第二端点与内环槽上的铰接部铰接，所述切割片的第三端点为自由端，且全部切割片能将试样环刀下部敞口处切割并封堵，制冷控制器位于外环槽的最外侧上部设置，并紧贴套筒的底壁。

4、优选的，所述内环槽的半径与试样环刀的半径长度一致。

5、优选的，所述外环槽的半径与筒壁下半部分的半径长度一致。

6、优选的，所述切割片绕铰接部旋转，旋转后，全部切割片呈关闭状态，以实现试样环刀下部呈闭合状态。

7、本实用新型的有益效果：其一，在使用时，利用钻孔机钻取设定砂层深度，利用本实用新型装置进行原位取砂试样；下压手柄将装置下放到目标深度的砂层中，将凝胶溶液箱内的凝胶溶液通过输送管将凝胶输送至凝胶传输管路中，开启制冷控制器，对切割片制冷，低温使得流到下部的凝胶胶凝，不断泵入的凝胶则流到试样环刀的中心位置，处于中间的凝胶也胶凝，固定砂石，而后旋转转动手柄，转动手柄控制转子、主动臂以及旋转传动轴一起以相同角度旋转，绕着铰接部左旋转运动，旋转到切割片闭合位置，此时试样环刀的下端是闭合状态，完成取砂过程，逆时针旋转手柄，切割片旋转至展开位置；将试样环刀缓慢取出、密封，保持试样的原状结构，该装置通过设置旋转手柄控制切割片打开，使其沿着和沉积层面平行的方向取得原位砂石试样，实现了取出样品后粒径分布、孔隙率几乎不变，在不破坏砂石的受力条件和孔隙结构等参数的情况下，将砂石样本采集，并保持其原有状态，从而实现了更加准确、可靠的采样，同时，本实用新型装置的运用可以有效避免过度采砂对环境、生态和安全造成的影响。

技术特征：

1.一种原位取砂试验装置，包括取砂机构(1)、旋转控制机构(2)、土体切割机构(3)和胶凝机构(4)，其特征在于，所述取砂机构(1)包括转动手柄(11)、套筒(12)、传力臂(13)、凝胶传输管路(14)和试样环刀(15)，所述传力臂(13)套装在套筒(12)内，传力臂(13)的一端贯穿套筒(12)后与转动手柄(11)固定安装，凝胶传输管路(14)设置在套筒(12)和传力臂(13)之间，传力臂(13)的另一端通过旋转控制机构(2)与试样环刀(15)固定安装，所述旋转控制机构(2)包括转子(21)、主动臂(22)和旋转传动轴(23)，转子(21)与传力臂(13)的另一端固定安装，主动臂(22)的数量有多个且其一端均匀间隔固定安装在转子(21)的外边缘上，主动臂(22)的另一端与旋转传动轴(23)的顶端转动套装，所述试样环刀(15)为双层筒状结构，旋转传动轴(23)在试样环刀(15)内部穿过，试样环刀(15)与旋转传动轴(23)的上部通过齿轮结构转动连接，所述土体切割机构(3)能对取样砂石进行整体切割，所述凝胶传输管路(14)的进口端与胶凝机构(4)固定安装，胶凝机构(4)能包括凝胶溶液箱(41)和输送管(42)，所述输送管(42)与凝胶传输管路(14)连通，凝胶溶液箱(41)内的凝胶通过输送管(42)进入到凝胶传输管路(14)内。

2.根据权利要求1所述的原位取砂试验装置，其特征在于，所述土体切割机构(3)包括铰接部(31)、内环槽(32)、切割片(33)、制冷控制器(34)、外环槽(35)和连动曲杆(36)，铰接部(31)、切割片(33)和连动曲杆(36)的数量均有多个，全部所述铰接部(31)的部分铰接部(31)间隔转动安装在内环槽(32)外边缘上，剩余所述铰接部(31)与连动曲杆(36)铰接，所述切割片(33)呈花瓣状，有三个端点，连动曲杆(36)的一端通过铰接部(31)与切割片(33)的第一端点连接，所述切割片(33)第二端点与内环槽(32)上的铰接部(31)铰接，所述切割片(33)的第三端点为自由端，且全部切割片(33)能将试样环刀(15)下部敞口处切割并封堵，制冷控制器(34)位于外环槽(35)的最外侧上部设置，并紧贴套筒(12)的底壁。

3.根据权利要求2所述的原位取砂试验装置，其特征在于，所述内环槽(32)的半径与试样环刀(15)的半径长度一致。

4.根据权利要求2所述的原位取砂试验装置，其特征在于，所述外环槽(35)的半径与套筒(12)下半部分的半径长度一致。

5.根据权利要求2所述的原位取砂试验装置，其特征在于，所述切割片(33)绕铰接部(31)旋转，旋转后，全部切割片(33)呈关闭状态，以实现试样环刀(15)下部呈闭合状态。

技术总结
本技术涉及工程地质钻探技术领域，且公开了一种原位取砂试验装置，一种原位取砂试验装置，包括取砂机构、旋转控制机构、土体切割机构和胶凝机构，所述取砂机构包括转动手柄、套筒、传力臂、凝胶传输管路和试样环刀，所述传力臂套装在套筒内。该原位取砂试验装置，通过设置旋转手柄控制切割片打开，使其沿着和沉积层面平行的方向取得原位砂石试样，实现了取出样品后粒径分布、孔隙率几乎不变，在不破坏砂石的受力条件和孔隙结构等参数的情况下，将砂石样本采集，并保持其原有状态，从而实现了更加准确、可靠的采样，同时，本技术装置的运用可以有效避免过度采砂对环境、生态和安全造成的影响。

技术研发人员：田佳丽,燕凌云,王锦赟,张宏亮,汤瑞,王惠民
受保护的技术使用者：河海大学
技术研发日：20230825
技术公布日：2024/2/19