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    • 专利摘要:
    本实用新型提供一种多功能取土装置，包括取土系统、电阻率测试系统、土体强度测试系统、外壳和控制器；所述取土系统包括取土管；所述取土管设置在外壳内；所述电阻率测试系统设有多个环形电极，多个所述环形电极从上至下通过绝缘塑料层安装在外壳的内壁；所述电阻率测试系统与控制器连接；所述土体强度测试系统包括步进电机、扭力传感器和剪切机构；所述步进电机与外壳的上部连接，所述剪切机构安装在外壳上，所述扭力传感器分别与步进电机和控制器连接。本实用新型既可在原位土上快速测量电阻率和土体的抗剪强度，又可进行土的取样工作，集多个功能于一体，大大提高了地质勘察的效率，且节约试验成本。
    公开号:CN214334272U
    申请号:CN202022420603.0U
    申请日:2020-10-27
    公开日:2021-10-01
    发明作者:周恩全；戚良裕；左熹
    申请人:Jiangsu University；
    IPC主号:G01N1-08
    专利说明:
    [n0001] 本实用新型属于岩土工程技术领域，尤其涉及一种多功能取土装置。
    [n0002] 在岩土工程检测过程中，常需要进行土样采集，进而对不同地层土体取样进行土工试验，了解其物理力学性能。然而各工程区域地质情况不同，不同检测项目对取土深度和土样尺寸都有着不同的要求，土试样质量按可供试验的目的分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级。Ⅰ级土样：不扰动，可进行土类定名、含水量、密度、强度和固结试验；Ⅱ级土样：轻微扰动，可进行土类定名、含水量、密度试验；Ⅲ级土样：显著扰动，可进行土类定名、含水量试验；Ⅳ级土样：完全扰动，尽可进行土类定名。
    [n0003] 土的电阻率是表征土体导电性的基本参数，是土的固有物理性指标，取决于土的孔隙率、孔隙形状、孔隙水电阻率、饱和度、含水量、固体颗粒成分等。在岩土工程勘察及环境岩土工程领域，土层的电阻率参数是一项重要物理指标。在岩土工程勘察领域，为了测定饱和软黏土的不排水抗剪强度、重塑土的不排水抗剪强度和土体的灵敏度，通常采用原位十字板剪切试验。
    [n0004] 取土器在岩土工程勘察及环境岩土工程领域中得到广泛的应用，但功能都比较单一，这使其应用范围受到了很大的局限。
    [n0005] 针对上述技术问题，本实用新型提供一种可测电阻率的取土装置，本实用新型既可在原位土上快速测量电阻率和土体的抗剪强度，又可进行土的取样工作，集多个功能于一体，具有同步测试土体电阻率、土体抗剪强度以及取土的功能，大大提高了地质勘察的效率，且节约试验成本。
    [n0006] 本实用新型通过一下技术方案实现：一种多功能取土装置，包括取土系统、电阻率测试系统、土体强度测试系统、外壳和控制器；
    [n0007] 所述取土系统包括取土管；所述取土管设置在外壳内；
    [n0008] 所述电阻率测试系统设有多个环形电极，多个所述环形电极从上至下通过绝缘塑料层安装在外壳的内壁；所述电阻率测试系统与控制器连接；
    [n0009] 所述土体强度测试系统包括步进电机、扭力传感器和剪切机构；所述步进电机与外壳的上部连接，所述剪切机构安装在外壳上，所述扭力传感器分别与步进电机和控制器连接。
    [n0010] 上述方案中，所述电阻率测试系统包括第一环形电极、第二环形电极、第三环形电极和第四环形电极；所述第一环形电极、第二环形电极、第三环形电极和第四环形电极依次从上至下通过绝缘塑料层安装在外壳的内壁。
    [n0011] 进一步的，所述外壳设有空心夹层；所述空心夹层内设置有线路和信号处理系统；所述信号处理系统通过线路分别和电阻率测试系统与控制器连接。
    [n0012] 进一步的，所述信号处理系统包括A/D信号转换器、电流滤波器、电压滤波器和电压放大器；
    [n0013] 所述第一环形电极、第四环形电极、电流放大器及电流滤波器串联，第二环形电极、第三环形电极、电压放大器及电压滤波器串联，两个串联电路并联并通过A/D信号转换器将电流的信号转换成数字信号发送至控制器。
    [n0014] 上述方案中，相邻的所述环形电极之间的距离均相等。
    [n0015] 上述方案中，所述剪切机构包括四个剪切板；四个剪切板两两相对设置在所述外壳上。
    [n0016] 上述方案中，所述步进电机通过延长杆与外壳上部连接。
    [n0017] 进一步的，还包括液压装置；所述液压装置安装在延长杆上。
    [n0018] 上述方案中，所述外壳上部设有排水通道；所述排水通道内设有球形阀，且排水通道的一端与取土管连通，另一端与外界连通。
    [n0019] 上述方案中，所述取土管能够左右对开。
    [n0020] 与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型在原位测试中能够连续测试土壤电阻率和土体的抗剪强度，并同时可以实现土壤取样，集多个功能于一体，大大提高了地质勘察的效率，且节约试验成本。并在传统取土器上进行了改进，大大减少了取土过程中土体的扰动，对现场土层电阻率进行原位测量，有效提高电阻率测量的精度。
    [n0021] 图1是本实用新型一实施方式的多功能取土装置的横截面示意图。
    [n0022] 图2是本实用新型一实施方式的结构示意图。
    [n0023] 图3是本实用新型一实施方式的取土管结构示意图。
    [n0024] 图4是本实用新型一实施方式的取土管打开示意图。
    [n0025] 图中：1.控制器；2.步进电机；3.扭力传感器；4.液压装置；5.线路；6.延长杆；7.A/D信号转换器；8.排水孔；9.球形阀；10.电流滤波器；11.第一环形电极；12.电压滤波器；13.取土管；14.第二环形电极；15.空心夹层；16.绝缘油漆；17.电流放大器；18.第三环形电极；19. 第四环形电极；20.绝缘塑料层；21.剪切板；22.空心夹层外壁；23.空心夹层内壁；25.取土管内部；26.取土管；27.螺栓Ⅰ；28.螺栓Ⅱ。
    [n0026] 下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
    [n0027] 在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“轴向”、“径向”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
    [n0028] 在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
    [n0029] 图1所示为所述多功能取土装置的一种较佳实施方式，所述多功能取土装置，包括取土系统、电阻率测试系统、土体强度测试系统、外壳和控制器1。
    [n0030] 如图2所示，所述取土系统包括取土管26；所述取土管26设置在外壳内；所述电阻率测试系统设有多个环形电极，多个所述环形电极从上至下依次等距通过绝缘塑料层20安装在外壳的内壁；所述电阻率测试系统与控制器1连接；所述土体强度测试系统包括步进电机2、扭力传感器3和剪切机构；所述步进电机2与外壳上部连接，所述剪切机构安装在外壳上，所述扭力传感器3分别与步进电机2和控制器1连接。
    [n0031] 所述电阻率测试系统包括四个铜制环形电极：第一环形电极11、第二环形电极14、第三环形电极18和第四环形电极19；所述第一环形电极11、第二环形电极14、第三环形电极18 和第四环形电极19依次从上至下通过绝缘塑料层20安装在外壳的内壁。
    [n0032] 所述外壳设有空心夹层15，且包括空心夹层外壁22和空心夹层内壁23；所述空心夹层 15内设置有线路5和信号处理系统；所述信号处理系统通过线路5分别电阻率测试系统与控制器1连接。
    [n0033] 所述信号处理系统包括A/D信号转换器7、电流滤波器10、电压滤波器12和电压放大器13；所述第一环形电极11、第四环形电极19、电流放大器17及电流滤波器10串联，第二环形电极14、第三环形电极18、电压放大器13及电压滤波器12串联，两个串联电路并联并通过A/D信号转换器7将电流的信号转换成数字信号发送至控制器1。
    [n0034] 所述取土管26上相邻环形电极之间的距离均相等。
    [n0035] 所述剪切机构包括四个剪切板21；四个剪切板21两两相对设置在外壳上。
    [n0036] 所述步进电机2通过延长杆6与外壳上部螺纹连接。
    [n0037] 还包括液压装置4；所述液压装置4安装在延长杆6上。
    [n0038] 所述外壳上部设有排水通道8；所述排水通道8内设有球形阀9，且排水通道8的一端与取土管26连通，另一端与外界连通。排水通道8用于排出深层土中的地下水，球形阀9本来堵着排水通道8，当地下水进入取土管26，水的压力将球形阀9的球体冲起来，排水通道8打开，水通过排水通道8流出取土器后，球形阀9的球体回到原位堵住排水通道8的出口。
    [n0039] 如图3和4所示，所述取土管26能够左右对开，取土管内部25用于取土。具体的，所述取土管26下部设置有对称的螺栓I27和螺栓II28，当所述取土管26送至实验室后可以进行对开拆卸，此法也有利于土样受较小的扰动，更好的得到土体的参数。
    [n0040] 本实用新型的工作过程：
    [n0041] 首先将要测试的土体通过深孔钻机进行打孔，打孔至测量深度后，使用液压装置4将本装置打入土体至孔底部，插入预定深度后。开启恒定电流的电源，在第一环形电极11和第四环形电极19输入频率为65Hz，有效值为0-5A的正弦波测试电流，电流经过周边土体流入第二环形电极14和第三环形电极18，并在第二环形电极14和第三环形电极18之间形成电压。
    [n0042] 所述取土管26上相邻环形电极之间的距离均为a，环形电极与环形电极之间以及外侧安装绝缘塑料层20。所述电压放大器13将第二环形电极14和第三环形电极18之间电压放大后送给电压滤波器12，电流放大器17将第二环形电极14和第三环形电极18测得的电流信号进行放大后送给电流滤波器10。所述电压滤波器12和电流滤波器10用于滤除干扰信号，只允许有效信号通过，而后传输至A/D信号转换器7，A/D信号转换器7将电压和电流模拟信号变换为数字信号后传输至控制器1。控制器1对取得的电压电流数据计算处理得出电阻率值，测量结果通过LED屏显示。
    [n0043] 土壤电阻率通过以下公式计算：
    [n0044]
    [n0045] ρ——土壤电阻率(Ω·m)，
    [n0046] a——两电极之间的距离(m)，
    [n0047] U为第二环形电极14和第三环形电极18之间的电压V，
    [n0048] I为第二环形电极14和第三环形电极18之间的电流A。
    [n0049] 测量土壤电阻率后，步进电机2通电，带动外壳及剪切板21顺时针转动，延长杆6也是顺时针转动连接，整体转动时不会对延长杆6之间的连接产生影响。随后通过与步进电机2连接的扭力传感器3读出数据传输给地面控制器1，通过计算得出土体的抗剪强度并显示于LED 屏幕上。其中剪切板21的高度为H，剪切板21板头直径为D。
    [n0050] 原状土抗剪切强度通过以下公式计算：
    [n0051] Cu＝10K'ξRy，
    [n0052]
    [n0053] Cu——原状土抗剪强度(kPa)，
    [n0054] K'——与剪切板头尺寸有关的常数(cm-3)，
    [n0055] D——剪切板头直径(cm)，
    [n0056] H——剪切板头高度(cm)，
    [n0057] ξ——剪切板头传感器率定系数，
    [n0058] Ry——原状土剪切破坏时应变的读数(με)。
    [n0059] 所述取土管26的外部涂有绝缘油漆16，顶部螺纹状的设计用于与外壳内部上端连接。取土管26下部设置有对称的螺栓I27和螺栓II28，当所述取土管26送至实验室后可以进行对开拆卸，此法也有利于土样受较小的扰动，更好的得到土体的参数。
    [n0060] 本实用新型将电阻率原位测试技术与抗剪强度的原位测试集成于取土器之上，本实用新型具备同步测试土体电阻率、土体强度以及取土的功能，本实用新型方便对现场土层电阻率进行原位测量并有效的提高电阻率测量的精度。
    [n0061] 上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本实用新型的可行性实施例的具体说明，它们并非用以限制本实用新型的保护范围，凡未脱离本实用新型技艺精神所作的等效实施例或变更均应包含在本实用新型的保护范围之内。
    权利要求:
    Claims (10)
    [0001] 1.一种多功能取土装置，其特征在于，包括取土系统、电阻率测试系统、土体强度测试系统、外壳和控制器(1)；
    所述取土系统包括取土管(26)；所述取土管(26)设置在外壳内；
    所述电阻率测试系统设有多个环形电极，多个所述环形电极从上至下通过绝缘塑料层(20)安装在外壳的内壁；所述电阻率测试系统与控制器(1)连接；
    所述土体强度测试系统包括步进电机(2)、扭力传感器(3)和剪切机构；所述步进电机(2)与外壳的上部连接，所述剪切机构安装在外壳上，所述扭力传感器(3)分别与步进电机(2)和控制器(1)连接。
    [0002] 2.根据权利要求1所述的多功能取土装置，其特征在于，所述电阻率测试系统包括第一环形电极(11)、第二环形电极(14)、第三环形电极(18)和第四环形电极(19)；所述第一环形电极(11)、第二环形电极(14)、第三环形电极(18)和第四环形电极(19)依次从上至下通过绝缘塑料层(20)安装在外壳的内壁。
    [0003] 3.根据权利要求2所述的多功能取土装置，其特征在于，所述外壳设有空心夹层(15)；所述空心夹层(15)内设置有线路(5)和信号处理系统；所述信号处理系统通过线路(5)分别和电阻率测试系统与控制器(1)连接。
    [0004] 4.根据权利要求3所述的多功能取土装置，其特征在于，所述信号处理系统包括A/D信号转换器(7)、电流滤波器(10)、电压滤波器(12)和电压放大器(13)；
    所述第一环形电极(11)、第四环形电极(19)、电流放大器(17)及电流滤波器(10)串联，第二环形电极(14)、第三环形电极(18)、电压放大器(13)及电压滤波器(12)串联，两个串联电路并联并通过A/D信号转换器(7)将电流的信号转换成数字信号发送至控制器(1)。
    [0005] 5.根据权利要求1所述的多功能取土装置，其特征在于，相邻的所述环形电极之间的距离均相等。
    [0006] 6.根据权利要求1所述的多功能取土装置，其特征在于，所述剪切机构包括四个剪切板(21)；四个剪切板(21)两两相对设置在所述外壳上。
    [0007] 7.根据权利要求1所述的多功能取土装置，其特征在于，所述步进电机(2)通过延长杆(6)与外壳上部连接。
    [0008] 8.根据权利要求7所述的多功能取土装置，其特征在于，还包括液压装置(4)；所述液压装置(4)安装在延长杆(6)上。
    [0009] 9.根据权利要求1所述的多功能取土装置，其特征在于，所述外壳上部设有排水通道(8)；所述排水通道(8)内设有球形阀(9)，且排水通道(8)的一端与取土管(26)连通，另一端与外界连通。
    [0010] 10.根据权利要求1所述的多功能取土装置，其特征在于，所述取土管(26)能够左右对开。
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    2021-10-01| GR01| Patent grant|
    2021-10-01| GR01| Patent grant|
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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