[實用新型]一種用于微觀結構分析的模型試驗取土器

有效

• 申請號: 201120525244.3
• 申請日: 2011-12-15
• 公開（公告）號: CN202362166U
• 公開（公告）日: 2012-08-01
• 發明（設計）人: 曹亮;李曉昭;張文彬;趙曉豹;彭劼;楊榮;彭壽龍;張忠興;虞翔;付安學
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: G01N1/08
• 分類號: G01N1/08
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 樓高潮

技術領域：

????本實用新型涉及一種基于室內模型試驗、可對模型箱內土體進行取土并用于微觀結構分析的室內土工試驗儀器，即用于微觀結構分析的模型試驗取土器。

背景技術：

土工模型試驗是人們認識土體及土與結構相互作用宏觀行為的重要手段，由于實際巖土工程問題規模較大，土工模型試驗通常采用縮尺模型。所謂土的微觀結構一般是指微結構單元體的大小、形狀、表面特征及其定量比例關系，也包括各單元體之間在空間上的排列方式及其相互作用形式。土的各種物理力學性質與微觀結構組成密切相關，認識土的宏觀特性首先必須對土的微觀結構有深刻的了解。在土力學研究中，基于室內模型試驗的土體微觀結構參數研究，對于把握其宏觀物理力學性質，建立及校驗土體的本構模型都有十分重要的意義。

目前國內外的取土器多用于工程地質鉆探，一般多為厚壁敞口和薄壁敞口取土器，這種取土器本身性能就不是很理想，再加上多數工程鉆機無壓入及反力裝置而普遍采用輕錘多擊法取樣，對采集土樣的結構擾動極大。即使取土方式控制較好，也只能取得輕微擾動的土樣進行宏觀物理力學性質試驗。最后，裝于取土器內的鍍鋅鐵皮在取土過程中難免避免出現擠扁、彎曲或卷曲現象。考慮到用于微觀結構分析的樣品應最大限度地減少由于結構不合理引起的擾動，該類取土器的結構與技術參數并不能滿足室內模型試驗的取土要求。

就目前水平而言，用于室內模型試驗，可對模型箱內土體進行取土并用于微觀結構分析的取樣裝置仍是一個薄弱環節。該方面研究主要集中在利用模型箱的透明壁面，拍取土體的橫截面圖像進行處理和分析，從而獲取土體的微細觀結構參數。這種方法試驗操作較為復雜，現場照相機及輔助照明設施的安裝受場地條件所限。另外，土體與壁面存在摩擦及壁面對土體變形具有約束效應，透過模型箱透明壁面攝取的數字圖像并不能真實地反映模型箱內部土體的應力環境。為此，需要研究一種適用于室內模型試驗，能將模型箱內試驗土體盡量無擾動取出的小型取土器，用于微觀結構分析。

實用新型內容：

針對上述常用工程勘察所采用的取土器及取樣方法的缺陷，以及適用條件的局限性，本實用新型提供一種用于微觀結構分析的模型試驗取土器。

為實現上述試驗目的，本實用新型采用了以下技術方案：

一種用于微觀結構分析的模型試驗取土器，該取土器包括管靴、取土管、活塞、連接帽、雙通接頭、橡膠軟管、電動氣泵、電動推桿和插銷；其中，管靴設于取土管的下端，為單傾斜刃口；取土管內設置一活塞，可上下移動；取土管上端與連接帽以螺紋相連接，連接帽上端有一圓柱形凸塊，凸塊上有一圓柱形凹槽，凹槽兩側各有一個插銷孔；電動推桿下端設有一通孔，并通過插銷與連接帽相連；連接帽一側設有一帶有內螺紋的通孔，該通孔與取土管的內腔相連通；通孔與雙通接頭一端的外螺紋相連接，橡膠軟管的一端與雙通接頭套接，另一端與電動氣泵的氣嘴套接；管靴與取土管為整體制作，管靴、取土管為薄壁受壓元件；取土管的內壁光滑，內徑相同，外徑的上端小于下端。

管靴為單傾斜刃口，減少了貫入阻力；管靴、取土管為薄壁受壓元件，減小了下壓過程中對土樣造成的擠壓擾動；管靴、取土管具有較高的整體剛度，能適應上部較大壓力不發生變形；管靴、取土管內光滑，減了摩擦阻力和對取土管內土樣的擾動；取土管上端外徑小于下端外徑，即設有一個小錐度，保證取土管在壓入和拔出過程中與周圍土體保持一定間距，減少了取土管外壁與土體的接觸和摩擦，便于提土前將土樣扭斷；取土管上端與連接帽以螺紋緊固連接，保持密閉；電動推桿通過插銷與連接帽相連，作為貫入和提土的動力裝置；電動氣泵在取土上提時從取土管內抽出氣體，提供向上的吸力，使取土器內腔形成負壓區，活塞和土樣有被拉引的趨勢以便取土；在取土器向上提土過程中，可維持提樣力與掉樣力的平衡關系，使取土器內土樣不易脫落，同時避免了真空吸力直接作用于土樣造成不均勻擾動；取土器取土結束后，電動氣泵往取土管內充氣提供向外的推力，由活塞將土樣從取土管內推出。

一種用于微觀結構分析的模型試驗取土器的取土方法，所述方法包括如下步驟：

1）、試驗前，將試樣土樣放入模型箱中，并將土樣表面整平；

2）、在管靴和取土管的內外壁涂抹少許凡士林；將管靴刃口正好貼于取土位置土體表面，取土管內的活塞因重力而自動下降至取土表面；

3）、將橡膠軟管與雙通接頭的連接斷開，然后開啟電動推桿，電動推桿的下端緩慢勻速下降，將管靴和取土管靜壓入土樣中；