專利名稱：一種雙層筒壁水下泥沙采樣器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種取土用具，尤其涉及一種容易獲得水下泥沙剖面樣品的雙層筒壁水下泥沙采樣器。
背景技術(shù)：
水下泥沙取樣是工程地質(zhì)勘察、環(huán)境工程、水利水電中的一項基礎(chǔ)工作。在工程勘察設(shè)計中，如橋梁、碼頭、海港、水庫等需在水下建筑基礎(chǔ)的地下勘察設(shè)計，經(jīng)常要在水下淤泥層中鉆孔，取原狀樣(含淤泥樣、砂樣等)，水下泥沙樣品能為工程及研究提供原始基礎(chǔ)資料及試驗數(shù)據(jù)，快速、準(zhǔn)確獲取水下不同深度剖面的泥沙樣品直接影響到工程研究的效率和可靠性。
水下泥沙人工采樣器種類有限?，F(xiàn)有人工采樣器多為水下表層底泥采樣器，取樣量小且難以獲取深層泥沙剖面樣品。由于水下采樣點位難以準(zhǔn)確定位，多次分層采樣達(dá)到采集深層泥沙樣品的目的難以實現(xiàn)，因此，一次性采集水下泥沙剖面樣品是十分必要的。
目前，在水利水電建筑物地基勘探中，常用的取樣器有管鉆和彈簧鉆頭。管鉆的構(gòu)成是鉆桿下端連接活門鉆頭，使用時上下沖擊，取部分?jǐn)_動樣。彈簧鉆頭的構(gòu)成是鉆頭內(nèi)下部裝有若干個彈簧片，通過鉆頭上下沖擊或旋轉(zhuǎn)鉆進，取出的仍是部分?jǐn)_動樣。采用上述取樣工具的不足之處是，不能完整地取出地下泥沙剖面樣，難以準(zhǔn)確判斷和測量地下原始情況和取得科學(xué)的實驗數(shù)據(jù)，在一定程度上影響了工程勘察的質(zhì)量。
而某些可以采集水下泥沙剖面樣品的取樣器由于與泥沙接觸面積隨取樣深度增加而加大，插入阻力隨之增大，存在采樣器在水下泥沙中插入、取出過程耗時費力、采樣部件易受損壞等問題，極大地限制了水下泥沙取樣的深度和效率。發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)中水下泥沙采樣器不能一次性獲取深層剖面樣品且采樣耗時費力的問題，本發(fā)明提供一種可便捷地取得較深層泥沙樣品且插入、取出時阻力較小的雙層筒壁水下泥沙剖面采樣器。
—種雙層筒壁水下泥沙采樣器，包括相互嵌套插接的外筒和內(nèi)筒，所述外筒的外壁底部設(shè)有螺旋布置的引導(dǎo)肋片，外筒和內(nèi)筒的頂部設(shè)有相互配合的定位件，內(nèi)筒延伸出外筒頂端的部分設(shè)有連桿，所述外筒和內(nèi)筒均帶有過水口。
對水下泥沙進行取樣時，將內(nèi)筒插接在外筒內(nèi)，通過定位件將內(nèi)筒和外筒連為一體，向下旋轉(zhuǎn)連桿，通過引導(dǎo)肋片的引導(dǎo)作用，使得內(nèi)筒、外筒同時向下做螺旋運動，處于水下內(nèi)筒內(nèi)側(cè)的泥沙與周圍泥沙分離并進入內(nèi)筒；當(dāng)?shù)竭_(dá)預(yù)期采樣深度后停止旋轉(zhuǎn)連桿，將連桿略微反向回轉(zhuǎn)，使內(nèi)筒與外筒脫離，并向上垂直拔出內(nèi)筒即可獲得所需深度的泥沙垂直剖面樣品。
為方便泥沙采樣器的插入或旋出，所述連桿遠(yuǎn)離內(nèi)筒的一端設(shè)有內(nèi)筒手柄；當(dāng)要插入或旋出采樣器時，只需握住內(nèi)筒手柄正向或反相旋轉(zhuǎn)即可，若要拔出內(nèi)筒，則只需握住3內(nèi)筒手柄反向回轉(zhuǎn)，使內(nèi)筒與外筒脫離，再向上用力拔出。
為適應(yīng)不同深度的泥沙采樣需要，所述連桿與內(nèi)筒同軸布置，由多根加長桿活動連接而成，對于較深層的水下泥沙，只需增加加長桿的數(shù)量，反之，則拆除一定數(shù)量的加長桿來滿足采樣深度的要求。
為了保證相鄰加長桿之間牢固的接合，且受力點在一條直線上，還需設(shè)置相應(yīng)的緊固裝置，作為優(yōu)選，相鄰的兩根加長桿之間通過卡槽配合相互銜接，在卡槽配合處的外圍套設(shè)有套筒，所述加長桿設(shè)有用于防止套筒位移的突起。該結(jié)構(gòu)將相鄰加長桿牢固的接合在一起，不會造成相鄰的加長桿之間脫節(jié)或錯位，利于取樣的進行。
雖然可以通過增加或減少加長桿的數(shù)量來適應(yīng)不同取樣深度的要求，但由于加長桿的長度是固定的，且均較長，這就會造成在某些高度范圍內(nèi)，不適合取樣者施力，即要耗費很大的力氣才能將取樣器插入水下，因此，作為優(yōu)選，所述加長桿上設(shè)有若干插孔，所述內(nèi)筒手柄插接在該插孔中。該結(jié)構(gòu)在將采樣器插入水下的過程中可以靈活更換內(nèi)筒手柄的位置，通過將內(nèi)筒手柄插接在不同的插孔中來滿足取樣者在適合的高度對內(nèi)筒手柄施力。
若內(nèi)筒與外筒之間緊密貼合，則內(nèi)筒與外筒之間存在較大的摩擦力，會使拔出內(nèi)筒時阻力較大，不僅費時費力，嚴(yán)重的還會損壞內(nèi)筒或外筒，因此，優(yōu)選所述內(nèi)筒的外壁與外筒之間留有一定間隙，但如果間隙過大，取樣時一部分土柱樣品會進入該間隙內(nèi)，同樣增加了內(nèi)筒拔出時的阻力，因此，作為優(yōu)選，所述內(nèi)筒的外壁與外筒間隙配合，所述外筒的底端和內(nèi)筒的底端均帶有縮口段，兩個縮口段的底端緊密貼合，避免了取樣時泥沙土柱進入外筒與內(nèi)筒間的間隙，同時實現(xiàn)了內(nèi)筒拔出時零摩擦阻力。
作為優(yōu)選，所述內(nèi)筒的外壁和加長桿上分別設(shè)有刻度；取樣時，將采樣器旋進水下泥沙中，通過觀察加長桿上的刻度從而精確地從水下特定深度取樣；利用內(nèi)筒的外壁刻度， 可以方便泥沙樣品的精確切割及其他處理。
作為優(yōu)選，所述外筒頂端固定有同軸布置的環(huán)形座，所述定位件為沿環(huán)形座圓周方向分布的倒“T”字形的若干鍵槽以及分布在內(nèi)筒外壁的若干定位鍵，所述定位鍵與鍵槽的數(shù)量和位置相對應(yīng)。將定位鍵對準(zhǔn)鍵槽的倒“T”形開口，通過旋轉(zhuǎn)咬合，使內(nèi)筒、外筒組合在一起，定位鍵與鍵槽之間通過圓周向及軸向的配合共同完成取樣過程。若因長期插接導(dǎo)致的鍵槽損壞，只需更換環(huán)形座，而無需更換整個外筒，既達(dá)到方便的目的又會減少更換成本。
所述鍵槽和定位鍵的個數(shù)無嚴(yán)格限制，但數(shù)量過少會造成插接不牢，數(shù)量過多又會增加制作過程的復(fù)雜性及制作成本，因此，作為優(yōu)選，所述鍵槽為四個，繞環(huán)形座圓周向均勻分布。
所述環(huán)形座的頂端、鍵槽的外側(cè)固定有漏斗形的開口槽；一次取樣結(jié)束后，垂直拔出內(nèi)筒即可獲取所需深度的剖面泥沙樣品，然后將內(nèi)筒再次插入浸沒在水中的外筒內(nèi)，此時，借助開口槽可以很方便的找到外筒，并確定外筒的位置，將定位鍵與鍵槽對準(zhǔn)，通過旋轉(zhuǎn)咬合，內(nèi)筒、外筒再次組合在一起，反向旋轉(zhuǎn)內(nèi)筒手柄，即可將內(nèi)筒和外筒一起取出。
本發(fā)明的工作原理如下
根據(jù)水深連接適當(dāng)數(shù)量的加長桿，連接到合適長度后，將內(nèi)筒手柄插入最上一節(jié)加長桿中，然后將所述內(nèi)筒的定位鍵對準(zhǔn)外筒的鍵槽，通過旋轉(zhuǎn)咬合，使內(nèi)筒、外筒組合在一起，后垂直插入水底。在將采樣器插入水下的過程中可以根據(jù)需要更換內(nèi)筒手柄的位置，插入加長桿上不同位置的插孔中，從而取樣者可以在適合的高度對內(nèi)筒手柄施力。
握住所述的內(nèi)筒手柄，將采樣器緩慢插入水中，當(dāng)采樣器底端觸及水底時向下用力旋轉(zhuǎn)內(nèi)筒手柄，使所述引導(dǎo)肋片切割水下泥沙，內(nèi)筒、外筒同時向下做螺旋運動。內(nèi)筒筒壁內(nèi) 的水分由頂部過水口排出，內(nèi)筒筒壁內(nèi)側(cè)的泥沙與周圍泥沙分離并進入內(nèi)筒筒壁形成柱狀泥沙。
到達(dá)預(yù)期采樣深度后停止旋轉(zhuǎn)內(nèi)筒手柄，反向適當(dāng)旋轉(zhuǎn)內(nèi)筒旋轉(zhuǎn)手柄并向上垂直拔出內(nèi)筒即可獲得所需深度的垂直剖面泥沙，將連接桿和內(nèi)筒筒壁分離后即獲取內(nèi)筒筒壁內(nèi)的柱狀泥沙樣品。
將內(nèi)筒重新插入水中，通過外筒的漏斗形開口槽找到采樣器外筒，將內(nèi)筒的定位鍵對準(zhǔn)外筒的鍵槽，通過旋轉(zhuǎn)咬合，使內(nèi)筒、外筒再次組合在一起。反向向上旋轉(zhuǎn)內(nèi)筒手柄， 使采樣器的外筒退出底泥，之后提升出水面，清理外筒引導(dǎo)肋片上的殘存泥沙，為下次取樣做好準(zhǔn)備。
本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，只需將內(nèi)筒和外筒一起旋轉(zhuǎn)鉆入水下，抽出內(nèi)筒即獲取水底泥沙土柱，再將內(nèi)筒插入水下，與外筒再次合為一體，反向向上旋轉(zhuǎn)內(nèi)筒手柄，即可將外筒與內(nèi)筒一起旋轉(zhuǎn)拔出。本發(fā)明通過雙層筒的插接配合降低了插入、取出采樣器時的阻力，從而降低了采樣器的損耗，提高其使用壽命，同時由于存在外筒的保護，內(nèi)筒可采用透明有機玻璃等材質(zhì)制作，方便更換與觀察土柱情況。


圖I為本發(fā)明雙層筒壁水下泥沙采樣器的結(jié)構(gòu)示意圖2為本發(fā)明雙層筒壁水下泥沙采樣器的外筒結(jié)構(gòu)示意圖3為本發(fā)明雙層筒壁水下泥沙采樣器的內(nèi)筒結(jié)構(gòu)示意圖4為圖I中A-A剖面圖5為本發(fā)明雙層筒壁水下泥沙采樣器中加長桿之間的配合結(jié)構(gòu)圖。
具體實施方式
如圖I所示為本發(fā)明一種雙層筒壁水下泥沙采樣器的結(jié)構(gòu)圖，包括相互嵌套插接的外筒I和內(nèi)筒2，內(nèi)筒外壁與外筒間設(shè)有2 3mm的間隙，且外筒的底端和內(nèi)筒的底端分別帶有縮口段13和23，兩個縮口段的底端緊密貼合，內(nèi)筒延伸出外筒頂端的部分設(shè)有由多根加長桿25活動連接而成的連桿，在最上一節(jié)加長桿25的插孔28中插接有內(nèi)筒手柄21。 內(nèi)筒2的外壁和加長桿25上分別設(shè)有刻度，根據(jù)加長桿25上的刻度可判定采樣器旋進水下泥沙的深度，從而精確地從水下特定深度取樣；利用內(nèi)筒2的外壁刻度，可以方便泥沙樣品的精確切割及其他處理。外筒I和內(nèi)筒2分別帶有過水口 12和過水口 22，將采樣器插入水下泥沙的過程中，進入內(nèi)筒2的水分由過水口 12和過水口 22排出，過水口的個數(shù)可根據(jù)實際需要設(shè)計，過水口 12和過水口 22可以位置對應(yīng)設(shè)置，方便排水；也可不對應(yīng)設(shè)置，通過內(nèi)筒2的外壁與外筒I之間的間隙也可將水排出。
為清楚表示外筒I及內(nèi)筒2的結(jié)構(gòu)，還附有外筒I與內(nèi)筒2的拆分圖，即圖2和圖 3。
從圖2可看出，外筒I的外壁底部設(shè)有螺旋布置的引導(dǎo)肋片11，且外筒的底端帶有5縮口段13，外筒頂端固定有同軸布置的環(huán)形座16，沿環(huán)形座16圓周方向分布的倒“T”字形的四個鍵槽14，環(huán)形座16的頂端、鍵槽16的外側(cè)固定有漏斗形的開口槽15，該開口槽的開口大小及槽壁的面積均無嚴(yán)格限制，只需保證內(nèi)筒2插入水底時能夠根據(jù)開口槽15確定外筒I的位置即可。
從圖3可以看出，內(nèi)筒2的頂部外壁設(shè)有四個定位鍵24，該定位鍵與外筒的鍵槽 14的位置相對應(yīng)，定位鍵和鍵槽的數(shù)量無嚴(yán)格要求，從圖4可以看出定位鍵與鍵槽的配合關(guān)系；加長桿25之間通過卡槽配合相互銜接，在卡槽配合處的外圍套設(shè)有套筒26 ;當(dāng)相鄰的加長桿25通過卡槽扣合后，只保證了豎直方向的接合，水平方向的固定還需套筒26的作用，在加長桿25上還設(shè)有用于防止套筒26位移的突起27，防止套筒26因長期使用而在加長桿25上上下滑動，無法起到固定連接的作用，如圖5所示為加長桿之間的配合結(jié)構(gòu)圖。
該雙層筒壁水下泥沙采樣器的工作原理如下
根據(jù)水深連接適當(dāng)數(shù)量的加長桿25，加長桿25之間通過卡槽配合相互銜接，然后套入套筒26，通過突起將套筒26固定在加長桿25的連接處，防止相鄰加長桿25之間脫節(jié)或錯位。每增加一根加長桿25后都立即用一個套筒26將其固定，連接到合適長度后，將內(nèi)筒手柄21插入最上一節(jié)加長桿的插孔28中。然后將內(nèi)筒的定位鍵24對準(zhǔn)外筒的鍵槽14， 通過旋轉(zhuǎn)咬合，使內(nèi)筒2、外筒I組合在一起，后垂直插入水底。在將采樣器插入水下的過程中可以根據(jù)需要更換內(nèi)筒手柄21的位置，插入加長桿25上不同位置的插孔28中，從而取樣者可以在適合的高度對內(nèi)筒手柄21施力。
握住該采樣器的內(nèi)筒手柄21，將采樣器緩慢插入水中，當(dāng)采樣器底端觸及水底時向下用力旋轉(zhuǎn)內(nèi)筒手柄21，使引導(dǎo)肋片11切割水下泥沙，內(nèi)筒2、外筒I同時向下做螺旋運動。進入內(nèi)筒2的水分由頂部過水口 12和過水口 22排出，內(nèi)筒2筒壁內(nèi)側(cè)的泥沙與周圍泥沙分離并進入內(nèi)筒筒壁形成柱狀泥沙。
到達(dá)預(yù)期采樣深度后停止旋轉(zhuǎn)內(nèi)筒手柄21，反向適當(dāng)旋轉(zhuǎn)內(nèi)筒手柄并向上垂直拔出內(nèi)筒2即可獲得所需深度的垂直剖面泥沙。因內(nèi)筒2的外壁和外筒I之間留有縫隙，向上取出內(nèi)筒2時摩擦阻力很小，故可以輕松獲取泥沙樣品，將連接桿和內(nèi)筒筒壁分離后即獲取內(nèi)筒筒壁內(nèi)的泥沙土柱樣品。
將內(nèi)筒2重新插入水中，通過外筒I的漏斗形開口槽15找到采樣器的外筒I，將內(nèi)筒的定位鍵24對準(zhǔn)外筒的鍵槽14，通過旋轉(zhuǎn)咬合，使內(nèi)筒2、外筒I再次組合在一起。反向向上旋轉(zhuǎn)內(nèi)筒手柄21，使采樣器的外筒I退出底泥，然后提升出水面，清理外筒引導(dǎo)肋片上的殘存泥沙，為下次取樣做好準(zhǔn)備。
權(quán)利要求
1.一種雙層筒壁水下泥沙采樣器，其特征在于，包括相互嵌套插接的外筒和內(nèi)筒，所述外筒的外壁底部設(shè)有螺旋布置的引導(dǎo)肋片，外筒和內(nèi)筒的頂部設(shè)有相互配合的定位件，內(nèi)筒延伸出外筒頂端的部分設(shè)有連桿，所述外筒和內(nèi)筒均帶有過水口。
2.如權(quán)利要求I所述的雙層筒壁水下泥沙采樣器，其特征在于，所述連桿遠(yuǎn)離內(nèi)筒的一端插接有內(nèi)筒手柄。
3.如權(quán)利要求2所述的雙層筒壁水下泥沙采樣器，其特征在于，所述連桿與內(nèi)筒同軸布置，由多根加長桿活動連接而成。
4.如權(quán)利要求3所述的雙層筒壁水下泥沙采樣器，其特征在于，相鄰的兩根加長桿之間通過卡槽配合相互銜接，在卡槽配合處的外圍套設(shè)有套筒；所述加長桿上設(shè)有防止套筒位移的突起。
5.如權(quán)利要求4所述的雙層筒壁水下泥沙采樣器，其特征在于，所述加長桿上設(shè)有若干插孔，所述內(nèi)筒手柄插接在該插孔中。
6.如權(quán)利要求5所述的雙層筒壁水下泥沙采樣器，其特征在于，所述內(nèi)筒的外壁與外筒間隙配合，所述外筒的底端和內(nèi)筒的底端均帶有縮口段，兩個縮口段的底端緊密貼合。
7.如權(quán)利要求6所述的雙層筒壁水下泥沙采樣器，其特征在于，所述內(nèi)筒的外壁和加長桿上分別設(shè)有刻度。
8.如權(quán)利要求7所述的雙層筒壁水下泥沙采樣器，其特征在于，所述外筒頂端固定有同軸布置的環(huán)形座，所述定位件為沿環(huán)形座圓周方向分布的倒“T”字形的若干鍵槽以及分布在內(nèi)筒外壁的若干定位鍵，所述定位鍵與鍵槽的數(shù)量和位置相對應(yīng)。
9.如權(quán)利要求8所述的雙層筒壁水下泥沙采樣器，其特征在于，所述環(huán)形座的頂端、鍵槽的外側(cè)固定有漏斗形的開口槽。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種雙層筒壁水下泥沙采樣器，包括相互嵌套插接的外筒和內(nèi)筒，所述外筒的外壁底部設(shè)有螺旋布置的引導(dǎo)肋片，外筒和內(nèi)筒的頂部設(shè)有相互配合的定位件，內(nèi)筒延伸出外筒頂端的部分設(shè)有連桿，所述外筒和內(nèi)筒均帶有過水口。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，只需將內(nèi)筒和外筒一起旋轉(zhuǎn)鉆入水下，抽出內(nèi)筒即獲取水底泥沙土柱，再將內(nèi)筒插入水下，與外筒再次合為一體，反向向上旋轉(zhuǎn)內(nèi)筒手柄，即可將外筒與內(nèi)筒一起拔出。本發(fā)明通過雙層筒的插接配合降低了插入、取出采樣器時的阻力，從而降低了采樣器的損耗，提高其使用壽命，同時由于存在外筒的保護，內(nèi)筒可采用透明有機玻璃等材質(zhì)制作，方便更換與觀察土柱情況。
文檔編號G01N1/08GK102928252SQ201210414988
公開日2013年2月13日 申請日期2012年10月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月25日
發(fā)明者劉意立, 徐捷, 李竺霖, 何云峰 申請人:浙江大學(xué)