一種大埋深土壤取樣裝置的製作方法
2023-05-24 17:44:06 2
本實用新型涉及土壤學實驗研究設備領域，特別是涉及一種大埋深土壤取樣裝置。
背景技術：
土壤物理參數及其水動力特徵參數是研究土壤水文過程的重要依據。為了獲取土壤物理參數及其水動力特徵參數，一般採用原裝土取樣。目前，隨著地下水的大規模開採，華北平原的地下水位埋深由20世紀70年代的2～15m降至現在的8～30m，局部地區甚至達到了56m。那麼，地下水位的下降使得土壤水文過程的研究深度從原來的幾米拓展到了二十多米甚至更大的範圍。
而隨著研究深度的增加，土壤受到的土壓力也在增大。土壓力的增大使得土壤水分傳輸過程中的結構調整受限，從而反過來影響土壤的水分傳導等土壤水分特性。
那麼對於大深埋環境下的土壤取樣來說，傳統的原狀土取樣裝置一般為容納在鑽頭內壁的環刀，其中，環刀的上下界面與內壁無間隙完全貼合。採用這種環刀取樣結構，將土壤從較深的環境下取出到地面時，由於環刀是上下無底的中空結構，而環刀的兩端又不會給土體加壓。這樣，一旦取土完成後，原本在土下對採樣的土體造成的壓力將會突然喪失。從而使得取樣到地面的深層土壤發生膨脹等形變，進而使得測量的土壤物理參數、土壤水動力參數等參數失真，不利於土壤分析。
由此可見，將現有技術中的土壤採樣裝置直接應用到大埋深的環境下時，普遍存在著採樣土壤膨脹、土壤參數失真，不利於土壤分析的問題。
技術實現要素：
本實用新型實施例所要解決的技術問題是提供一種大埋深土壤取樣裝置，以解決現有技術中的土壤採樣裝置直接應用到大埋深的環境下時，所存在的採樣土壤膨脹、土壤參數失真，不利於土壤分析的問題。
為了解決上述問題，根據本實用新型的一個方面，本實用新型公開了一種大埋深土壤取樣裝置，包括：
手柄，為中空結構，在所述手柄的上方以及所述中空結構內設有絞盤4；
鑽頭，包括內壁和外壁，所述內壁包括上層凹槽和下層凹槽，其中，所述上層凹槽和所述鑽頭的上截面相間隔形成第一空間、所述下層凹槽與所述鑽頭的下截面相間隔形成第二空間；其中，所述內壁安設有環刀，所述環刀為中空且上、下截面開口的圓形筒狀結構，且卡設在所述上層凹槽和所述下層凹槽之間、且與所述內壁貼合，用於取土；
連接杆，為連接在所述手柄和所述鑽頭之間的中空結構，內設有兩根L型鋼絲；其中，所述兩根L型鋼絲的垂直部分均穿設在所述連接杆中，且所述垂直部分的上截面穿設在所述手柄的中空結構中，且所述上截面與所述絞盤4連接，所述兩根L型鋼絲的水平部分分別設置在所述第一空間和所述第二空間，用於在轉動的所述絞盤4的帶動下切割所述環刀上、下表面的土壤。
與現有技術相比，本實用新型實施例包括以下優點：
藉助於本實用新型上述實施例的技術方案，能夠在取土完成後，由第一空間和第二空間中位於環刀上下截面上的土壤對環刀內的土壤加壓，也就是說，採用本實用新型大埋深土壤取樣裝置入土後，能夠在基本保持大埋深土壤的土壓力條件下就完成土體的切割。從而避免了取自大深埋環境下的土壤因為到達地面而無外界壓力而膨脹，造成土壤參數失真的問題；同時，通過在第一空間和第二空間設置L型鋼絲的水平部分，能夠在需要進行土壤分析前，獲取所需的環刀內的保持有原始壓力的土壤，能夠保證土壤參數分析的準確度。這樣既能避免傳統技術的環刀取土過程中環刀兩側土體易破損，利用環刀測試前需要修補的問題，同時，又能避免土壓力釋放對環刀內的土壤造成的形變。從而保證取得的土壤樣品的相關特徵參數準確，進而準確的測定深層土壤的相關特徵參數。
附圖說明
圖1是本實用新型實施例的一種大埋深土壤取樣裝置的示意圖；
圖2是本實用新型實施例的一種手柄和絞盤的放大示意圖；
圖3是本實用新型實施例的一種鑽頭的放大示意圖；
圖4是本實用新型實施例的一種連接杆的放大示意圖。
具體實施方式
為使本實用新型的上述目的、特徵和優點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖和具體實施方式對本實用新型作進一步詳細的說明。
參照圖1，示出了本實用新型的一種大埋深土壤取樣裝置實施例的示意圖，根據本實用新型實施例的大埋深土壤取樣裝置具體包括：
手柄1，為中空結構，圖2為圖1中關於手柄1和絞盤4的放大示意圖，參照圖1和圖2，在所述手柄1的上方以及所述中空結構均內設有絞盤4；並且，手柄1和絞盤4均可以轉動。
鑽頭，圖3為圖1中鑽頭的放大示意圖，參照圖1和圖3，該鑽頭包括內壁6和外壁5，該內壁6和外壁5之間可以是實心結構也可以是中空結構，在不同的實施例中可以根據實際需要靈活設置；
其中，所述內壁6包括上層凹槽(未示出)和下層凹槽(未示出)，其中，所述上層凹槽和所述鑽頭的上截面相間隔形成第一空間、所述下層凹槽與所述鑽頭的下截面相間隔形成第二空間；
其中，所述內壁6還安設有環刀7，所述環刀7為中空且上、下截面開口的圓形筒狀結構，且卡設在所述上層凹槽和所述下層凹槽之間、且與所述內壁6貼合，用於取土；
在本實施例中，該上層凹槽和下層凹槽用於將環刀7卡設在鑽頭的內壁6中，因此，上層凹槽和下層凹槽的形狀可以相同或不同，它們的形狀可以是圓環凹槽也可以是鋸齒凹槽，只要它們能夠將環刀7卡設在內壁6上即可。因此，本實用新型對於上層凹槽和下層凹槽的形狀、結構並不作具體限定。
連接杆2，圖4為圖1中連接杆的放大示意圖，參照圖1和圖4，該連接杆為連接在所述手柄1和所述鑽頭之間的中空結構，內設有兩根L型鋼絲(圖1僅示意出了一根L型鋼絲8)；其中，所述兩根L型鋼絲的垂直部分8a均穿設在所述連接杆中，且所述垂直部分的上截面穿設在所述手柄1的中空結構中，且所述上截面與所述絞盤4連接，所述兩根L型鋼絲的水平部分分別設置在所述第一空間和所述第二空間(這裡示意出了一根位於第一空間A的鋼絲)，用於在絞盤4轉動時，在所述絞盤4的帶動下切割所述環刀7上、下表面的土壤(即位於第一空間、第二空間並超出環刀7的上下截面的土壤)。
而利用上述大埋深土壤取樣裝置進行具體取土的操作時，可以通過轉動手柄1來將鑽頭鑽入大深埋的土壤中，從而使鑽頭內部的環刀7取土；其中，由於環刀7的上下截面與鑽頭的上下截面之間都存在空間，這樣，當鑽頭從大深埋的土壤中取出時，環刀7的上下截面上方均會覆蓋著大深埋的土壤，那麼位於第一空間和第二空間的土壤就會對環刀7內的土壤起到保持壓力的作用。那麼當鑽土完成後，大深埋土壤取樣裝置到達地面上，由於第一空間和第二空間的土壤就會對環刀7內的土壤起到保持壓力的作用，從而會使得環刀7內的土壤還是處於鑽土時所處的大深埋環境下的土壓力，即環刀7內的土壤會被上下截面的多餘的土壤加壓，該壓力值與大深埋環境下的原始壓力相同，這樣就可以避免採樣的土壤到達地面後因為失去壓力而膨脹，造成土壤參數失真，不利於土壤分析的問題。
然後，在環刀7內的土壤基本保持大埋深土壤的土壓力條件下，藉助於上述兩根L型鋼絲來對環刀7上下截面的土壤完成切割，這樣既能避免傳統技術的環刀取土過程中環刀兩側土體易破損，利用環刀測試前需要修補的問題，同時，又能避免土壓力釋放對環刀7內的土壤造成的形變。從而保證取得的土壤樣品的相關特徵參數準確，進而準確的測定深層土壤的相關特徵參數。
另外，由於需要進行分析的土壤為位於環刀7內部的土壤，因此，在進行土壤分析前，還需要去除位於環刀7上下截面上多餘的土壤，這時可以通過轉動絞盤4來使鋼絲8收緊，由於位於第一空間和第二空間的鋼絲為L型的水平部分，這樣就可以將多餘的土壤切割掉，從而得到用於土壤分析的環刀7內的土壤。
藉助於本實用新型上述實施例的技術方案，能夠在取土完成後，由第一空間和第二空間中位於環刀上下截面上的土壤對環刀內的土壤加壓，避免了取自大深埋環境下的土壤因為到達地面而無外界壓力而膨脹，造成土壤參數失真的問題；同時，通過在第一空間和第二空間設置L型鋼絲的水平部分，能夠在需要進行土壤分析前，獲取所需的環刀內的保持有原始壓力的土壤，能夠保證土壤參數分析的準確度。
繼續參照圖1～4，在上述實施例的基礎上，下面將進一步論述本實用新型實施例的大埋深土壤取樣裝置。
可選地，在一個實施例中，用於切割所述環刀上、下表面的土壤的所述兩根L型鋼絲的水平部分在切割土壤之前可以分別卡設在所述上層凹槽和所述下層凹槽。
相應的，在本實施例中，鋼絲8用於在絞盤4轉動時收緊從而切割環刀7上表面覆蓋的多餘土壤，而在切割土壤之前，該鋼絲8的水平部分8b是卡設在位於第一空間A的上層凹槽內的；對於未示出的另一個用於在絞盤4轉動時收緊從而切割環刀7下表面覆蓋的多餘土壤的鋼絲8，其水平部分則是卡位於第二空間B的下層凹槽內。
這樣，在鋼絲8未使用時，可以使鋼絲8在鑽頭內有能夠卡住的位置，避免在大埋深土壤取樣裝置移動時，該鋼絲在鑽頭內部發生搖晃而損壞能夠碰撞的各個部件。
在本實施例中，對於鋼絲8在未使用時所使用的安放位置採用的是已有的用於卡住環刀7的上下層凹槽，這樣一方面可以節約大埋深土壤取樣裝置的製造成本，另一方面可以避免在容積較小的鑽頭內設置更多的槽口；當然，在不同實施例中，本領域的技術人員也可以根據實際需要在鑽頭內部設置其他可以在鋼絲8不用時來卡住鋼絲8的其他部件，其只要能夠保持鋼絲8不搖晃即可，本實用新型對此並不做具體限定。
可選地，在另一個實施例中，當轉動絞盤拉緊鋼絲對環刀上下截面上的土壤切割完成後，同樣為了避免鋼絲在第一或第二空間內晃動，根據本實用新型實施例的鑽頭的內壁還包括：第一內槽和第二內槽，其中，所述第一內槽位於所述上層凹槽和所述鑽頭的上截面之間，所述第二內槽位於所述下層凹槽和所述鑽頭的下截面之間；並且用於切割所述環刀上、下表面的土壤的所述兩根L型鋼絲的水平部分在切割土壤之後分別卡設在所述第一內槽和所述第二內槽。
相應的，在本實施例中，參照圖1和圖3，這裡示出了位於上層凹槽和鑽頭上截面之間的第一內槽9a和位於下層凹槽和鑽頭下截面之間的第二內槽9b，這樣，當鋼絲8對多餘的土壤切割完成後，就可以自動卡設在對應的內槽內。
可選地，在另一個實施例中，所述兩根L型鋼絲的L拐角部分為圓弧型，所述L拐角部分具有光滑表面，這樣當鋼絲的水平部分在切割土壤時，由於水平部分與環刀的上、下截面的土壤直接接觸，如果該L拐角部分為直角型，那麼該直角很容易磨損從而使得鋼絲斷裂。因此，在本實施例中將L拐角部分做成圓弧型，從而使該拐角避免與切割的土壤或者其他部分直接接觸，延長鋼絲的使用壽命。
相應的，參照圖1和圖3所示的實施例中，該L型鋼絲8的L型拐角部分8b為圓弧型，這樣可以延長鋼絲8的使用壽命。
當然，雖然在本實施例中僅僅限定了L拐角部分為圓弧型以及具有光滑的表面，但是在不同實施例中，根據實際需要可以將鋼絲8在轉動過程中容易接觸其他部件或土壤的各個部分都做成圓弧型並具有光滑表面，從而進一步提高鋼絲8的使用壽命。
另外，在一個實施例中，可以將環刀與鑽頭直接進行一體化設置，即參照上述實施例中所描述的通過設置兩層凹槽來使環刀卡在鑽頭內。
當然，在另一個實施例中，為了能夠隨時更換環刀，也可以將環刀與鑽頭設置成非一體化設置，具體而言，可以在所述內壁和所述外壁的同一側分別設置開口以及與所述開口配套的蓋板，並且該開口的尺寸大於該環刀的尺寸。所述開口用於將所述環刀安設於所述內壁以及將所述環刀從所述內壁6取出；所述蓋板用於將所述環刀固定於所述內壁。
具體而言，通過設置該開口，在需要從地下取土時，將環刀插入至鑽頭的內壁；那麼為了在環刀在地下取土過程中在鑽頭內保持不動，因此，還需要設置與該開口尺寸配套的蓋板，通過蓋上該蓋板能夠使環刀在鑽頭內部保持不動，提高取土效率；同時，也為環刀在鑽頭內達到固定的效果提供進一步的保障。
此外，在本實施例中，參照圖1和圖3，根據本實用新型實施例的鑽頭為中空、圓形筒狀結構，且所述鑽頭的所述下截面為開口結構，這樣當轉動手柄1將鑽頭鑽到地下時，土壤才能通過鑽頭的下截面進入環刀7。
可選的，環刀7也為圓形筒狀結構，這樣可以使環刀7更容易貼合與鑽頭的內壁6；此外，本實用新型實施例對於鑽頭和環刀7的筒狀結構的形狀並不作具體限制，它們可以是圓形、也可以是多邊形等其他形狀，只要它們是下截面開口的中空結構即可。
可選的，在本實施例中，參照圖1和圖4，根據本實用新型實施例的連接杆2可以包括多個螺紋連接的子連接杆2a、2b、2c。其中，對於任意一個子連接杆，其一端的連接處具有外表面螺紋，另一端的連接處具有內表面螺紋，這樣可以保證任意兩個子連接杆配套連接。
而在實際取土過程中，隨著深入鑽土的深度不同可以連接不同數量的子連接杆來構成不同長度的連接杆；在取土過程中，如果發現當前連接杆的長度不夠，可以直接在最上端的子連接杆處增加子連接杆來延長連接杆的長度，從而繼續鑽土，而無需將鑽頭從土壤中取出，提高了取土的便利性。
另外，當採用圖1所示的大埋深土壤取樣裝置從大深埋環境下取土完成，同時，也通過鋼絲8對環刀7上下截面的土壤切割完成，那麼在切割土壤完成後立即在環刀7的上下截面夾上透水石，並將夾好透水石的環刀7放入存放盒裡，該盒體為封閉盒體，且盒體內的高度為兩塊透水石的厚度和環刀7的厚度之和，從而保證環刀7內的土壤的壓力與環刀7從鑽頭裡拿出時的壓力相同；另外，在盒體的外部還設有與透水石連接的壓力傳感器，一旦檢測到透水石的壓力小於大深埋環境下取土時地下土的壓力，則對透水石進行加壓。
需要注意的是，圖2、圖3和圖4為圖1中不同部分的放大示意圖，因此，圖2～圖4與圖1中相同的標號表示相同的意義，在本文中不再針對每個附圖的標號作一一說明，互相參考即可。
本說明書中的各個實施例均採用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似的部分互相參見即可。
儘管已描述了本實用新型實施例的優選實施例，但本領域內的技術人員一旦得知了基本創造性概念，則可對這些實施例做出另外的變更和修改。所以，所附權利要求意欲解釋為包括優選實施例以及落入本實用新型實施例範圍的所有變更和修改。
最後，還需要說明的是，在本文中，諸如第一和第二等之類的關係術語僅僅用來將一個實體或者操作與另一個實體或操作區分開來，而不一定要求或者暗示這些實體或操作之間存在任何這種實際的關係或者順序。而且，術語「包括」、「包含」或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者終端設備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者終端設備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句「包括一個……」限定的要素，並不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者終端設備中還存在另外的相同要素。
以上對本實用新型所提供的一種大埋深土壤取樣裝置，進行了詳細介紹，本文中應用了具體個例對本實用新型的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用於幫助理解本實用新型的方法及其核心思想；同時，對於本領域的一般技術人員，依據本實用新型的思想，在具體實施方式及應用範圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內容不應理解為對本實用新型的限制。