一種有效防止粗粒土側壁滲漏的原狀取樣方法

2023-09-17 14:18:30 3

一種有效防止粗粒土側壁滲漏的原狀取樣方法
【專利摘要】本發明公開了一種有效防止粗粒土側壁滲漏的原狀取樣方法；包括如下步驟：a、將取樣內筒豎直放置在野外待取土層上方，向下錘擊取樣內筒，使得取樣內筒入土2-4cm；b、挖除取樣內筒周圍的土體；c、依次重複步驟a和步驟b，直至取樣內筒內的空間被土樣全部填滿；d、沿取樣內筒的筒底根部將土樣截斷，把土樣連同取樣內筒一起取出；e、取掉取樣內筒上的箍環，將筒片連同土樣整體放入錐形外筒內，錐形外筒與內筒之間形成空間；所述錐形外筒的筒底與內筒筒底之間沒有間隙；f、將熔融蠟液澆注到空間內，上提內筒1-2cm；g、重複步驟f，直至內筒取出，蠟液密實充填滿整個空間；h、待蠟液冷凝後將樣品整體放入室內滲透儀中用於滲透試驗。
【專利說明】一種有效防止粗粒土側壁滲漏的原狀取樣方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種有效防止粗粒土側壁滲漏的原狀取樣方法，是用於解決顆粒間接觸粗糙不平、粘結性較低的一類粗粒土室內滲透時常遇的側壁滲漏難題；亦適宜解決顆粒間雖接觸緊密但顆粒與側壁較難密實，其間留有潛在滲流通道的一類砂性土室內滲透結果偏差較大的問題。
【背景技術】
[0002]採用筒狀取樣器獲取原狀土開展室內滲透是土體滲透特性研究最為普遍的一種試驗手段。然而對粘結性較低的粗粒土而言，顆粒的大小不一使其跟器壁接觸時無法充分密實，留有較大孔徑的滲漏通道，試驗水流經樣品截面時總是沿最大流量的路徑優先通過而非完全在土樣內部流通，因此所得數據難以客觀反映考察對象的真實特徵。以往試驗人員取樣前常將乳膠、油泥等柔性材料塗抹於取樣器內壁進行密封堵水，然而偏差依然較大的試驗數據證明此法效果不甚理想。本發明靈活組配內外兩層取樣筒，通過內筒的先裝配後脫離步驟，帶來側壁蠟液充填機會，進而發揮錐形外筒的止漏優勢阻止熔融蠟液流失，最終蠟液以隨抽隨填的形式充入內筒所留空隙，待蠟液冷凝便可裝配至室內滲透系統展開測試。此種組合裝配式取樣法可為粗粒土側壁滲漏問題的解決提供有力技術保障。

【發明內容】

[0003]本發明所要解決的技術問題是:針對現有技術中的原狀粗粒土室內滲透時樣品與套筒內壁間滲漏引起數據偏差，使得結果難以反映土樣真實滲流特性的問題，本發明提供一種有效防止粗粒土側壁滲漏的原狀取樣方法。
[0004]本發明採取的技術方案是:一種有效防止粗粒土側壁滲漏的原狀取樣方法:包括如下步驟:
[0005]a、將取樣內筒豎直放置在野外待取土層上方，向下錘擊取樣內筒，使得取樣內筒入土 2-4cm ;所述取樣內筒包括內筒和箍環；
[0006]b、挖除取樣內筒周圍的土體；
[0007]C、依次重複步驟a和步驟b，直至取樣內筒內的空間被土樣全部填滿；
[0008]d、沿取樣內筒的筒底根部將土樣截斷，把土樣連同取樣內筒一起取出；
[0009]e、取掉取樣內筒上的箍環，將取樣內筒上的內筒連同土樣整體放入錐形外筒內，錐形外筒與取樣內筒的內筒之間形成空間；所述錐形外筒的筒底與取樣內筒的內筒筒底之間沒有間隙；
[0010]f、將熔融蠟液澆注到空間內，上提內筒l-2cm;
[0011]g、重複步驟f，直至內筒取出，蠟液密實充填滿整個空間及取走內筒後流出的間隙；
[0012]h、待蠟液冷凝後，將填滿蠟液的錐形外筒連同土樣一起放入滲透儀內，用於室內滲透試驗。[0013]本發明中步驟a中所述的取樣內筒包括內筒和箍環；內筒由不少於兩塊的筒片組成的分離式筒體；所述內筒的一端設有刃口；所述箍環設置在內筒的外周，用於緊固內筒使得內筒成一個整體。步驟a中的取樣內筒放置在野外待取土層上方時，需將內筒上設有刃口一端直接與土層接觸，其目的是使得在錘擊時，取樣內筒進入土裡的阻力小。
[0014]同時需要說明的是，本發明中的取樣內筒的內筒由不少於兩塊的筒片組成的分離式筒體，這裡所提到的筒片數量為不少於兩塊。其主要取決於步驟f和步驟g中，蠟液能否密實填充整個空間及取出內筒後留出的間隙；步驟f中在澆注蠟液的過程為，勻速上提內筒到l_2cm的高度，澆注蠟液；再上提內筒l_2cm的高度，再澆注蠟液；依次重複直至蠟液充填滿整個空間及取出內筒後留出的間隙；此步驟中內筒被分成的筒片數量將直接影響蠟液的充填密實度:筒片數量越多，每次提拉後留下的空隙越小，蠟液隨即填充密實的機率便會越大。因此，筒片數量的多少，對本發明不產生實質影響。
[0015]本發明步驟b，挖除取樣內筒周圍與筒片緊密接觸的土體；主要是挖除此入土深度為，取樣內筒周圍的2~3倍內筒2的寬度範圍內的土體；此步驟目的旨在減輕筒體向下推進時的摩擦阻力，並消除箍環接觸土體後產生阻礙的可能。
[0016]本發明步驟e中，需緩慢的取掉取樣內筒上的箍環，必須保持取樣內筒上的內筒與土樣在整體貼合狀態下，放入錐形外筒內。主要是保證土樣的整體性，為滿足後續的滲透性試驗。
[0017]本發明步驟g中所述的滲透儀為現有技術中用於筒狀樣室內滲透試驗的常規滲透儀，其具體結構本發明不做詳細說明。
[0018]本發明所述內筒的高度大於其寬度的兩倍。主要為滿足數據採集精度而設，因為滲流路徑與入滲面積的比值 太小會導致水流快速通過樣品而數據還來不及採集記錄，即便採集到數據也會因水流並未在樣品內充分循環而帶有較大的偏差。因此適當的高寬比能更好滿足精度要求，得出更客觀真實的試驗結果。
[0019]本發明中的筒片採用現有技術中的鋼片製成，本發明優先採用現有技術中的厚度為1-1.5mm的鋼片。
[0020]為使蠟液充分填充筒片抽離後所留空隙，步驟e中所述錐形外筒被製成錐形。保證澆注的蠟液穩定於空間內供持續的隨抽隨填，真正實現空隙的密實填充。另外錐形外筒的錐角A為15-30°的錐角即滿足蠟液充分供應，又儘量減小試樣的佔用空間。
[0021 ] 本發明中所述的錐角，表示為錐形外筒的外壁與錐形外筒自身的豎直中心線所形成的角度。
[0022]從生產、加工工藝的簡單性和操作的可靠性，本發明中的內筒為圓柱形。所述步驟e中所述的錐形外筒的高度與內筒的高度相等。
[0023]因蠟液常溫下的熔融期較短，為防止筒片提拉過程中冷凝的蠟液阻礙空隙充填，本發明在步驟f?中，採用加熱器對錐形外筒持續加熱，保證整個提拉過程中蠟液的熔融。本發明中所述的加熱器，現有技術中的能加熱使得蠟液不能夠及時凝固的加熱器均可以使用。所以本發明對加熱器不予以限定。
[0024]本發明中所述的蠟液為現有技術做滲透性試驗密封堵水用的石蠟溶液，其具體成分本發明不做詳細說明。
[0025]本發明與現有技術相比:本發明針對原狀土室內滲透試驗常遇的側壁滲漏難題，從現場取樣環節入手，力求問題的一次性解決，避免了室內再處理時對樣品的二次擾動；常規的筒內壁塗抹黃油、凡士林、油泥等材料防側漏的方法，考慮其全試驗段均勻塗抹的要求，較適用於非原狀的重塑土滲透測試，分段塗抹後重塑填土宜達密實充填的效果。然而對於原狀粗粒土而言，取樣時的一次性整體操作流程決定了難以實現防水材料的全內壁密實填充，留下不均勻滲水空隙依然造成試驗結果誤差較大，本發明隨抽筒片隨填充蠟液的技術手段很好的解決了防水材料充填不密實的難題；本發明採用的錐形外筒便於實現與內筒的無縫連接，有效解決石蠟液體易流失問題；本發明採用蠟液作防水材料，其溶點低、流動快、可塑性強及防水性能好的特點結合外壁持續加熱操作，給筒片提拉提供更富裕的操作時間，因而更易實現防水材料的全側壁密實填充；本發明利用內外筒的有機組合，通過內筒的先裝配後分離留出土樣和外筒壁的間隙供蠟液填充，此種有機、快速、高效的組合方式順利實現防水材料密實填充的同時大幅增強試驗樣品的整體穩固性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]圖1是本發明的取樣內筒的結構示意圖。
[0027]圖2是本發明的澆注蠟液的結構示意圖。
[0028]圖3是本發明的滲透試驗的結構示意圖。
[0029]其中，1、取樣內筒，2、內筒，2-1、筒片，3、箍環，4、錐形外筒，5、空間，6、滲透儀，7、
土樣，8、蠟液。
【具體實施方式】
[0030]為使本發明的內容更加明顯易懂，以下結合附圖1-附圖3和【具體實施方式】做進一步的描述。
[0031]為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。
[0032]本發明的一種有效防止粗粒土側壁滲漏的原狀取樣方法，包括如下步驟:
[0033]a、將取樣內筒I豎直放置在野外待取土層上方，向下錘擊取樣內筒I，使得取樣內筒I入土 2-4cm ;所述取樣內筒I包括內筒2和箍環3 ；
[0034]b、挖除取樣內筒I周圍的土體；
[0035]C、依次重複步驟a和步驟b，直至取樣內筒I內的空間被土樣7全部填滿；
[0036]d、沿取樣內筒I的筒底根部將土樣7截斷，把土樣7連同取樣內筒I 一起取出；
[0037]e、取掉取樣內筒I上的箍環3，將取樣內筒I上的內筒2連同土樣7整體放入錐形外筒4內，錐形外筒4與取樣內筒I的內筒2之間形成截面呈鍥形的空間5 ;所述錐形外筒4的筒底與取樣內筒I的內筒2筒底之間沒有間隙；
[0038]f、將熔融蠟液8澆注到空間5內，上提內筒l_2cm ；
[0039]g、重複步驟f，直至內筒2取出，蠟液8密實充填滿整個空間5及取走內筒2後流出的間隙；
[0040]h、待蠟液8冷凝後，將填滿蠟液8的錐形外筒4連同土樣一起放入滲透儀6內，用於室內滲透試驗。[0041]本發明中步驟a中所述的取樣內筒I包括內筒2和箍環3 ;內筒2由不少於兩塊的筒片2-1組成的分離式筒體；所述內筒2的一端設有刃口 ；所述箍環3設置在內筒2的外周，用於緊固內筒2使得內筒2成一個整體。步驟a中的取樣內筒I放置在野外待取土層上方時，需將內筒2上設有刃口一端直接與土層接觸，其目的是使得在錘擊時，取樣內筒I進入土裡的阻力小。
[0042]同時需要說明的是，本發明中的取樣內筒I的內筒2由不少於兩塊的筒片2-1組成的分離式筒體，這裡所提到的筒片2-1數量為不少於兩塊。其主要取決於步驟f和步驟g中，蠟液能否密實填充整個空間5及取出內筒2後留出的間隙；步驟f中在澆注蠟液的過程為，勻速上提內筒2至l-2cm，澆注蠟液；再上提內筒2至l-2cm，再澆注蠟液；依次重複直至蠟液充填滿整個空間5及取出內筒2後留出的間隙；此步驟中內筒2被分成的筒片2-1數量將直接影響蠟液的充填密實度:筒片2-1數量越多，每次提拉後留下的空隙越小，蠟液隨即填充密實的機率便會越大。因此，筒片2-1數量的多少，對本發明不產生實質影響。
[0043]本發明步驟b，挖除取樣內筒I周圍與筒片2-1緊密接觸的土體；主要是挖除此入土深度為，取樣內筒I周圍的2?3倍內筒2的寬度範圍內的土體；此步驟目的旨在減輕筒體向下推進時的摩擦阻力，並消除箍環接觸土體後產生阻礙的可能。
[0044]本發明步驟g中所述的滲透儀為現有技術中用於筒狀樣室內滲透試驗的常規滲透儀，其具體結構本發明不做詳細說明。
[0045]本發明所述內筒2的高度大於其寬度的兩倍。主要為滿足數據採集精度而設，因為滲流路徑與入滲面積的比值太小會導致水流快速通過樣品而數據還來不及採集記錄，即便採集到數據也會因水流並未在樣品內充分循環而帶有較大的偏差。因此適當的高寬比能更好滿足精度要求，得出更客觀真實的試驗結果。
[0046]本發明中的筒片2-1採用現有技術中的鋼片製成，本發明優先採用現有技術中的厚度為1-1.5mm的鋼片。
[0047]為使蠟液充分填充筒片2-1抽離後所留空隙，步驟e中所述錐形外筒4被製成錐形。保證澆注的蠟液穩定於空間5內供持續的隨抽隨填，真正實現空隙的密實填充。另外錐形外筒4的錐角A為15-30°的錐角即滿足蠟液充分供應，又儘量減小試樣的佔用空間。
[0048]從生產、加工工藝的簡單性和操作的可靠性，本發明中的內筒2為圓柱形。所述步驟e中所述的錐形外筒4的高度與內筒2的高度相等。
[0049]因蠟液常溫下的熔融期較短，為防止筒片提拉過程中冷凝的蠟液阻礙空隙充填，本發明在步驟f中，採用加熱器對錐形外筒4持續加熱，保證整個提拉過程中蠟液的熔融。本發明中所述的加熱器，現有技術中的能加熱使得蠟液不能夠及時凝固的加熱器均可以使用。所以本發明對加熱器不予以限定。
[0050]本發明中所述的蠟液為現有技術做滲透性試驗密封堵水用的石蠟溶液，其具體成分本發明不做詳細說明。
[0051]下面舉一個實施例對本發明的方法進行詳細描述:
[0052]野外選準取樣場地後將直徑12cm，高25cm的柱形取樣內筒I內的分離式內筒2(該內筒事先被箍環固定成整體結構)的刃口端置於待取土層上方，內筒2上方墊一塊錘擊時均勻傳力的圓形木板(直徑15cm、厚1cm)。使用鐵錘將內筒2整體錘擊入土 2?4cm,用鐵鍬挖除內筒周圍I?2倍筒徑、3?5cm深度範圍內的土體，達到清除內筒繼續下進時箍環的潛在障礙之目的；如此持續的重複錘擊、挖土進程，直至內筒2入土深度達取樣要求(即筒內空間被土體填實)，任選一面開槽清土使內筒周邊呈現臨空面，用鐵鍬順所開槽道於內筒底部將土樣截斷後整體取出放置於平板上；在保持內筒2筒壁緊貼所取土樣的前提下，小心取掉內筒2外圍所有箍環3，隨即在內筒2外圍套上事先加工成套的錐形外筒4，內筒2與錐形外筒4之間形成一個筒底封閉的錐形空腔5，繼而將熔融蠟液8澆滿整個錐形空腔5，外部加熱器持續工作用以保證蠟液8的熔融狀態，用手或提拉工具緩慢向上提拉筒片2-1，隨著筒片2-1的緩慢提升，土樣周邊自底至上隨即留出環形空隙，液壓作用下熔融狀態的蠟液8隨即填充其中，如此逐片提拉直至各筒片2-1 —一取出，停止外部加熱器待蠟液8冷凝。經上述方法處理的樣品安放至室內滲透儀的樣品盛放箱內便可開展相關滲透測試工作。
[0053]對比例
[0054]為直觀展示本發明對室內滲透數據真實性的提高程度，現對同種土質採用不同取樣方法製成的相同尺寸試驗樣品在同等試驗條件下所得滲透係數加以對比分析:
[0055]表1甘肅某試驗區中粗粒粉粘土室內滲透結果數
[0056]`
【權利要求】
1.一種有效防止粗粒土側壁滲漏的原狀取樣方法，其特徵在於，包括如下步驟: a、將取樣內筒(I)豎直放置在野外待取土層上方，向下錘擊取樣內筒(1)，使得取樣內筒(I)入土 2-4cm ;所述取樣內筒(I)包括內筒(2)和箍環(3)； b、挖除取樣內筒(I)周圍的土體； C、依次重複步驟a和步驟b，直至取樣內筒(I)內的空間被土樣(7)全部填滿； d、沿取樣內筒(I)的筒底根部將土樣(7)截斷，把土樣(7)連同取樣內筒(I)一起取出； e、取掉取樣內筒(I)上的箍環(3)，將取樣內筒(I)上的內筒(2)連同土樣(7)整體放入錐形外筒(4)內，錐形外筒(4)與取樣內筒(I)的內筒(2 )之間形成空間(5 );所述錐形外筒(4)的筒底與取樣內筒(I)的內筒(2)筒底之間沒有間隙； f、將熔融蠟液(8)澆注到空間(5)內，上提內筒(2)l-2cm ； g、重複步驟f，直至內筒(2)取出，蠟液(8)密實充填滿整個空間(5)及取走內筒(2)後流出的間隙； h、待蠟液(8)冷凝後，將填滿蠟液(8)的錐形外筒(4)連同土樣一起放入滲透儀(6)內，用於室內滲透試驗。
2.如權利要求1所述的有效防止粗粒土側壁滲漏的原狀取樣方法，其特徵在於，所述步驟a中所述內筒(2)由不少於兩塊的筒片(2-1)圍成的分離式筒體；所述內筒(2)的一端設有刃口 ；所述箍環(3)設置在內筒(2)的外周，用於緊固內筒(2)使得內筒(2)成一個整體。
3.如權利要求2所述的有效防止粗粒土側壁滲漏的原狀取樣方法，其特徵在於，所述內筒(2)的高度大於兩倍的內筒(2)的寬度。
4.如權利要求2所述的有效防止粗粒土側壁滲漏的原狀取樣方法，其特徵在於，所述筒片(2-1)的厚度為1-1.5_。
5.如權利要求1所述的有效防止粗粒土側壁滲漏的原狀取樣方法，其特徵在於，所述步驟e中所述的錐形外筒(4)的錐角A為15° -30°。
6.如權利要求1所述的有效防止粗粒土側壁滲漏的原狀取樣方法，其特徵在於，所述內筒(2)為圓柱形。
7.如權利要求1所述的有效防止粗粒土側壁滲漏的原狀取樣方法，其特徵在於，所述步驟e中所述的錐形外筒(4)的高度與內筒(2)的高度相等。
8.如權利要求1所述的有效防止粗粒土側壁滲漏的原狀取樣方法，其特徵在於，所述步驟f中，採用加熱器對錐形外筒(4)進行加熱。
【文檔編號】G01N1/08GK103528852SQ201310528873
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年10月31日 優先權日:2013年10月31日
【發明者】李曉昭, 郭亮, 鎖配師, 陳為平 申請人:南京大學