技术领域

本发明涉及海岸工程一种淤泥质浮泥采集装置 ， 具体说属于采样和测试技术领域。 背景技术

适航水深资源的开发是利用淤泥质港区航道和 呈淤泥特性的沿海航道现行水深以下浮泥 层进行通航， 这样既可增加航深， 又可降低航深的维护费用， 延长港口、 航道及泊位的维护 疏浚周期， 提高港口经济效益。 我国自 20世纪 80年代开始在一些港口进行了适航水深的开 发和应用， 并发布了交通部行业标准《淤泥质海港适航水 深应用技术规范》（JTJ/T325-2006), 从而在我国作为正式标准加以实施。 确定适航浮泥层厚度的特征， 前提是采集到水下回淤层 中不同层次的浮泥样本， 进行颗粒组成分析、 泥沙沉降、 密实、 淤泥流变特性试验等。 目前， 国内外在原状取土器设计与制造方面取得了很 大进展， 具有代表性的有： 固定式活塞薄壁取 土器、 单动三重 （二重） 管取土器等， 它们的取土质量均较高， 基本满足了工程地质勘探的 需求。 但它们适用于软粘性土、 砂砾、 分化岩等地层， 由于适航水深涉及的浮泥层含水率极 大， 使得浮泥呈流动状态， 显然， 上述这些取土器无法适用于采集不同深度呈流 动态浮泥。 另外， 上述取土器采用直压入式、 锤击加压式或压力旋转式取样方式， 也不适用于采集浮泥。

一些采集捞取装置由于处于敞开方式， 提升过程会影响样本质量， 水越深， 影响越大。 比如中国实用新型专利 201020513399.0公开了一种中闭锁式泥土取样器， 为管状结构， 包括上部取土管、 中部闭锁装置和下部取土管三部分， 上部取土管连接中部闭锁装置， 中部 闭锁装置由轴阀座和轴阀组成， 轴阀镶嵌在轴阀座中，中部闭锁装置连接下部 取土管， 上部取 土管为取土内管， 外部装有制动外管， 制动外管下端部有垂直导向槽和弧形制动槽， 导向槽致 使悬挂体仅能垂直向上下移动， 弧形制动槽致使轴阀仅能水平轴向转动。 但中部轴阀的开启 取决于入土的反作用， 而处于流态的浮泥层反作用甚微， 影响开启， 从而降低取样率。

再如中国实用新型专利 201220330329.0公开了一种齿型取样器封口装置， 封口装置包括 卡环式导杆、 可开合阻泥片、 筒体和齿型封口片； 卡环式导杆固定于取土器下端， 卡环式导 杆滑动式机械连接筒体， 筒体上端装有可开合阻泥片， 筒体下端通过弹簧连接齿型封口片。 提取取土器时， 利用泥土的阻力使阻泥片张开， 筒体下移， 封口片封闭土样。

又如中国实用新型专利 201220330330.3公开了一种逆止封闭式取土器， 包括活塞、 土样 管、 逆止封闭管和活动管靴； 活塞依次连接土样管、 逆止封闭管、 活动管靴， 活塞、 土样管、 逆止封闭管固定相连在一起， 活动管靴与逆止封闭管为滑动式机械连接结构 ， 逆止封闭管内 装有活动管靴触动的逆止片。 提取取土器时， 利用泥土的阻力使活动管靴下滑， 带动逆止片 封闭土样。

上述三种取土器虽然都可用于水底淤泥质浮泥 的采集， 但具有局限性， 第 1种取土器适用 于河床表层呈软塑〜可塑状态取样。第 2、 3种取土器会遇到如下问题： 浮、流、淤泥， 及软〜 可塑土中含水量、 比重、 密度、 砂粒含量等存在较大差异， 形成的阻力不同， 浮、 流泥阻力 最小， 而依托阻力控制关闭取土器封口， 难以达到高取样率。

另外， 第 1种取土器下部结构采用真空负压取样， 为现行勘探技术普遍采用， 适用于具有 形态的软〜可塑土取样； 第 2、 3种取土器采用了封口装置， 对成功采集浮泥是一项进步， 但 由于封口装置由若干逆止 （封口） 片组成， 封口片同步关闭及封口片间间隙等因素， 均会造 成具有高含水量浮泥中水的渗漏， 影响试样数据准确性。

再者,现有技术均未涉及采样时试样上部开口� �盖， 难以保证整个样本原状性。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种采样质量 更高的淤泥质浮泥采集装置，以克服现有技 术的上述缺陷。

为了解决上述技术问题， 本发明采用以下技术方案： 一种淤泥质浮泥采集装置， 包括以下 部件： 驱动缸， 包括缸套、 活塞和活塞杆， 所述活塞与缸套内壁滑动配合， 活塞杆的上端与 活塞固定连接； 外套筒， 固定连接在所述缸套下方； 取样筒， 可拆卸地安装在外套筒内部， 取样筒的上、 下两端均设有开口； 耳朵盖板， 与所述活塞杆的下端固定连接， 并可以封闭所 述取样筒的上端开口； 翻盖， 可翻转地安装在外套筒下端， 并可以封闭所述取样筒的下端开 口； 控制圈， 位于取样筒的下方， 用于挡住呈打开状态的翻盖； 控制杆， 上端与耳朵盖板相 连接， 下端与控制圈相连接。

优选地， 还包括一个钻杆接头与所述缸套的上端螺纹连 接。

优选地， 所述缸套的下端固定连接一个塞盖， 塞盖上设有供活塞杆穿过的中心孔。

优选地， 所述塞盖上还设有排气孔。

优选地， 所述外套筒由中间筒、 半合管和翻板架连接而成， 所述中间筒的上端与缸套的下 端螺纹连接； 所述半合管由两个半圆管拼合而成， 半合管的上端与中间筒的下端螺纹连接， 半合管的下端与翻板架螺纹连接； 所述翻盖安装在翻板架上； 所述取样筒外壁的上、 下两端 各设有凸缘， 所述半合管的两端位于所述凸缘之间。

更优地， 所述中间筒的侧壁上开有通孔， 所述耳朵盖板的两端从通孔中伸出并与所述控 制 杆相连接。

更优地， 所述翻盖通过销轴安装在翻板架上， 销轴上套有扭簧。

优选地， 所述翻盖有两个， 左右对称地安装在外套筒下端， 两个翻盖上各设有半圆形密封 垫。

更优地， 所述两个翻盖的端部通过斜面相搭接。

更优地， 所述控制圈的两侧分别与所述两个翻盖相接触 ， 且其中一侧的上边缘高于另一侧 的上边缘。

与现有技术相比， 本发明具有以下有益效果：

( 1 ) 采集装置到达指定深度后， 通过钻杆内施加压力， 使驱动缸驱动耳朵盖板和翻盖分 别封闭取样筒的上端开口和下端开口， 从而可以很好地保持泥样的原状性， 提高采样率； 并 且不受环境、 水深等影响。

(2) 驱动缸可以由勘察现场所具备的水压、 气压提供动力， 无需另配设备。

(3 ) 整个采集装置模块化设计， 标准化结构， 成本低， 且各零件间螺纹旋紧连接， 拆卸 简便。

(4) 本发明可用于水下浮泥层不同深度的浮泥采样 ， 并使样本处于天然、 密闭、 原始状 态， 依据行业规范 （JTJ/T325-2006) 为室内进行颗粒组成分析、 泥沙沉降、 密实、 淤泥流变 特性试验等提供原始样本， 为航道确定适航水深、 港池维护提供依据。 附图说明

图 1为本发明一种淤泥质浮泥采集装置的剖视结� �示意图。

图 2为本发明淤泥质浮泥采集装置经局部剖切后� �立体示意图。

图 3为本发明淤泥质浮泥采集装置上半部分的结� �分解示意图。

图 4为本发明淤泥质浮泥采集装置下半部分的结� �分解示意图。

图 5为本发明中的翻盖处于打开状态的结构示意� �。

图 6为本发明中的翻盖处于闭合状态的结构示意� �。

图 7为本发明中取样筒的安装方式示意图。

图 8为本发明中两个翻盖在闭合状态下的搭接示� �图。

1、 缸套 2、 活塞 3、 活塞杆 4、 耳朵盖板 5、 中间筒 6、 取样筒

7、 半合管 8、 翻板架 9、 翻盖

10、 控制杆 11、 控制圈 12、 销轴

13、 塞盖 14、 密封圈 15、 钻杆接头

16、 扭簧 20、 外套筒 41、 凸耳

51、 通孔 61、 凸缘 62、 凸缘

91、 斜面 7a、 半圆管 7b、 半圆管

9a、 右侧的翻盖 9b、 左侧的翻盖 111、 控制圈左侧

112、 控制圈右侧 131、 排气孔 具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一 步详细说明，本领域技术人员由此可以更清 楚地了解本发明的其他优点及功效。

需要说明的是， 说明书附图所绘示的结构、 比例、 大小等， 仅用以配合具体实施方式， 供 本领域技术人员更清楚地了解本发明的构思， 并非用以限制本发明的保护范围。 任何结构的 修饰、 比例关系的改变或大小的调整， 在不影响本发明的功效及目的达成的情况下， 均应仍 落在本发明的保护范围之内。 为了便于理解， 下文中所称的"上"、 "下"、 "左、 "右"方向是根 据说明书附图的布图方向来进行描述的。

如图 1、 图 2所示， 本发明一种淤泥质浮泥采集装置包括一个驱动 缸， 它包括缸套 1、 活 塞 2和活塞杆 3， 活塞 2的柱面上设有密封圈与缸套 1内壁密封配合， 并可在缸套 1的内腔中 上下运动， 活塞杆 3的上端通过螺纹与活塞 2固定连接， 活塞杆 3的下端延伸到一个外套筒 20中并与一个耳朵盖板 4通过螺纹固定连接； 活塞杆 3的中段可以设置为方形截面或六边形 截面， 以便于利用扳手拧螺纹。 外套筒 20固定连接在所述缸套 1的下方。 在外套筒 20内部 还可拆卸地安装一个取样筒 6， 取样筒 6的上、 下两端均设有开口， 其中取样筒 6的上端开口 与所述耳朵盖板 4正对， 并可以被耳朵盖板 4的底面封闭， 耳朵盖板 4的底面上设有 0型密 封圈 14， 可与取样筒 6的上端开口密封配合。取样筒 6的下端超过外套筒 20的下端， 在外套 筒 20的下端安装有可翻转的翻盖 9。 在本发明的优选实施例中， 翻盖 9有两个， 左右对称地 安装在外套筒 20下端。 当翻盖 9向内翻转时， 可以封闭取样筒 6的下端开口， 两个翻盖 9的 上表面各设有一层半圆形密封垫， 以保证密封效果。 在取样筒 6 的下方、 间隔一定距离设有 一个内径与取样筒 6相同的控制圈 11， 当翻盖 9向外翻开时， 翻盖 9的下端可以被控制圈 11 挡住， 使其保持打开状态； 控制圈 11与控制杆 10的下端相连接， 控制杆 10的上端与耳朵盖 板 4相连接。 缸套 1的上端通过螺纹与一个钻杆接头 15连接， 钻杆接头 15呈中空管状， 与 缸套 1的内腔相通， 可以将外部的气压或水压导入缸套 1的内腔中， 推动活塞 2向下运动。 钻杆接头 15上端设有外螺纹， 可以螺纹连接若干长度的钻杆， 钻杆长度从勘察平台垂直延伸 到水面， 再延伸到采样点。

如图 1、 图 3所示， 为了限制活塞 2的运动范围， 在缸套 1的下端固定连接一个塞盖 13， 塞盖 13与缸套 1的内壁螺纹配合， 塞盖 13上设有供活塞杆 3穿过的中心孔， 还设有排气孔 131， 在活塞 2的运动过程中， 排气孔 131可以起到平衡活塞 2下方压力的作用。

进一步地， 参照图 1-图 4， 外套筒 20可以由中间筒 5、 半合管 7和翻板架 8连接而成， 其 中中间筒 5的上端与缸套 1的下端螺纹连接； 而半合管 7由两片半圆管 7a、 7b (见图 7 ) 拼 合而成， 半合管 7的上端与中间筒 5的下端螺纹连接， 半合管 7的下端与翻板架 8螺纹连接; 所述翻盖 9通过销轴 12安装在翻板架 8上， 销轴 12上套有扭簧 16， 扭簧 16作用于翻盖 9上 一个闭合扭矩， 也就是对翻盖 9施加使其向内翻转 （闭合） 的作用力。 当然， 本发明并不排 除翻盖 9也可以在其它的外力作用下实现翻转。

结合图 4、 图 7， 在取样筒 6外壁的上、 下两端各设有凸缘 61、 62, 而半合管 7的两端位 于所述凸缘 61、 62之间， 从而将取样筒 6轴向限位。

如图 4-图 6所示， 在中间筒 5的侧壁上开有矩形的通孔 51， 耳朵盖板 4可以从通孔 51放 入中间筒 5的内部， 耳朵盖板 4两端的凸耳 41从通孔 51中伸到中间筒 5的外部， 并与控制 杆 10相连接。 当耳朵盖板 4在活塞杆的带动下向下运动时， 通孔 51也可以为耳朵盖板 4两 端的凸耳 41提供活动空间。 耳朵盖板 4向下运动时， 一方面可以封闭取样筒 6的上端开口； 另一方面， 耳朵盖板 4又通过控制杆 10带动控制圈 11向下运动， 当控制圈 11与翻盖 9脱离 接触时， 翻盖 9在扭簧的作用下向内翻转闭合， 将取样筒 6的下端开口封闭。

如图 8所示， 在本发明的一个优选实施例中， 两个翻盖的端部都设有斜面 91， 闭合状态 下， 所述两个翻盖 9a、 9b的端部通过斜面 91相搭接， 这样可以增加接触面， 增强密封效果。 但这种搭接，需要控制两个翻盖 9a、 9b先后完成翻转， 即右侧的翻盖 9a需要先翻上去，然后， 左侧的翻盖 9b再翻上去， 使它们的斜面 91相重叠， 形成搭接。 本发明可以通过合理地设置 控制圈的形状， 来达到这种效果。 如图 5所示， 与右侧的翻盖 9a相接触的控制圈右侧 112轴 向长度短一些， 而与左侧的翻盖 9b相接触的控制圈左侧 111轴向长度要长一些， 也就是说， 控制圈左侧 111的上边缘高于右侧 112的上边缘， 这样， 当控制圈在控制杆 10的带动下向下 运动时， 右侧的翻盖 9a先与控制圈右侧 112脱离接触， 会先翻上去； 然后左侧的翻盖 9b再 与控制圈左侧 111脱离接触， 后翻上去， 形成搭接。

下面对本发明的使用方法进行说明。

如图 1、 图 2所示， 采样前， 使翻盖 9张开， 翻盖 9下端支撑在控制圈 11上， 使采集装 置处于待采样状态。 将本装置连接在钻杆下面， 插入水底的淤泥中， 当土质较硬时， 控制圈 可以起到导向作用。 随着采集装置不断下降， 上部浮泥依次经过控制圈 11内壁、 取样筒 6的 下端开口、 上端开口， 由通孔 51排出， 直到指定深度。 然后， 将空气压縮机的气压或高压水 泵的水压通过钻杆内孔导入缸套 1中， 推动活塞 2向下运动， 使耳朵盖板 4向下运动， 封闭 取样筒 6的上端开口； 同时， 控制圈 11随之下移， 控制圈 11与翻盖 9脱离接触， 翻盖 9在 扭簧作用下瞬间关闭， 将取样筒 6下端开口封闭。 这样， 浮泥样本就被密封在取样筒 6中， 提起钻杆， 在勘探平台上完成采集装置中取样筒 6的取出操作。 步骤如下： ①先使控制圈 11 朝上， 钻杆接头 15朝下， 整个采集装置与勘探平台基本垂直； ②卸下控制杆 10下端的两个 螺帽， 往上取出控制圈 11， 旋下翻板架 8; ③在取样筒 6的下端开口处 （当前朝上） 旋上一 个密封盖； ④然后将采集装置倒过来， 使取样筒 6上的密封盖朝下， 钻杆接头 15朝上； ⑤旋 开活塞杆 3， 取出耳朵盖板 4， 旋开中间筒 5; ⑥在取样筒 6的上端开口处也旋上一个密封盖， 然后分开半合管 7的左右两个半圆管； ⑦取出取样筒 6， 写上编号、 入土深度等标识， 贴在取 样筒 6上， 在取样筒 6与密封盖之间的缝隙处绕上密封带并进行蜡� �， 储存在样本箱内， 统 一运送至试验室进行试验。

本发明设计独特， 结构简易、 实用， 用于采集水下浮泥层中不同深度原始状态下的 浮泥 样本， 用于开展颗粒组成分析、 泥沙沉降、 密实、 淤泥流变特征试验等， 为确定适航水深、 港池维护提供依据。