技术领域
[0001] 本发明涉及地基取样技术领域，尤其涉及一种取样设备及取样方法。
相关背景技术
[0002] 建筑施工场地，在施工作业之前需要对施工场地的岩土层进行钻心取样，并对取样的岩土样本进行检测，用以测定岩土样本的物理、力学等性质，从而对岩土层的地质情况进行判断。
[0003] 现有技术中，通常使用钻头在施工场地的岩土层上进行钻孔，再通过人工将钻头内部的柱状岩土样本取出，然后再对岩土样本进行检测。
[0004] 但是，当钻头的直径较大且岩土层的硬度较大时，钻头内部的岩土样本不易与岩土层断开分离，导致岩土样本无法跟随钻头向外取出，需要对钻头进行晃动，晃动钻头容易导致岩土样本松散破碎，影响岩土样本的完整性，致使岩土样本的测定数据误差较大，从而无法对岩土层的地质情况进行准确判断。
具体实施方式
[0052] 下面详细描述本发明的实施例，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零部件或具有相同或类似功能的零部件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
[0053] 在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，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或两个元件的相互作用关系。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发明中的具体含义。
[0054] 在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一特征和第二特征直接接触，也可以包括第一特征和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
[0055] 下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
[0056] 如图1‑图9所示，本发明提供了一种取样设备，包括钻头1、取样板2、弹性件3和锁止件4。其中，钻头1设置有容置通道，容置通道的一端开口为导入口，钻头1转动时，能够钻取样本，钻取的样本能够通过导入口进入容置通道中，取样板2转动连接于容置通道的内壁，具有避让状态、切割状态和承托状态，取样板2处于避让状态时，样本能够进入容置通道中，取样板2处于切割状态时，钻头1能够带动取样板2切断容置通道中的样本，取样板2处于承托状态时，能够承托容置通道中的样本，弹性件3设置于钻头1，被配置为驱动取样板2止动于承托状态，锁止件4设置于钻头1，能够将取样板2锁止于避让状态。
[0057] 本发明中，在钻头1完成钻孔后，锁止件4将取样板2释放，使得取样板2在弹性件3的驱动下能够抵紧容置通道中的样本，从而在钻探设备带动钻头1转动时，取样板2能够对容置通道中的样本进行环切，直至使得容置通道中的样本与岩土层分离，在此基础上，弹性件3能够驱动取样板2止动于承托状态，使得取样板2能够承托容置通道中完成切断的样本，整个过程操作方便，安全可靠，从而不需要对钻头1进行晃动，即可使得样本完整地跟随钻头1向外取出，保证了样本的完整性，使得样本的测定数据更加精确，从而能够对岩土层的地质情况进行准确判断。
[0058] 具体地，钻头1包括钻筒11和多个钻进凸块12。其中，钻筒11设置有容置通道，一端为作业端，导入口设置于作业端，多个钻进凸块12设置于作业端，沿导入口的周向依次设置，构成钻取结构，钻取结构的内径小于容置通道的内径，钻头1转动时，能够通过钻取结构钻取样本。上述设置，使得容置通道中的样本与容置通道的内壁间隔设置，从而使得取样板2被锁止件4释放时能够有更大的倾斜转动角度，从而使得取样板2能够更加便捷可靠地对样本进行环切。
[0059] 在本实施例中，钻筒11呈圆筒结构，钻进凸块12从钻筒11的外侧延伸至钻筒11的内侧，设置有十个，十个钻进凸块12沿导入口的周向均布设置。
[0060] 具体地，容置通道的内壁设置有避让槽111，取样板2处于避让状态时，位于避让槽111中。上述设置，扩大了容置通道中的样本与避让状态的取样板2的间隔，从而使得取样板
2被锁止件4释放时能够有更大的倾斜转动角度，从而使得取样板2能够更加便捷可靠地对样本进行环切。
[0061] 在本实施例中，避让槽111设置于钻筒11的内壁，取样板2转动连接于钻筒11，靠近钻进凸块12设置，取样板2收纳于避让槽111内部时，取样板2的外侧壁与钻筒11的内壁齐平。
[0062] 具体地，取样板2相对于钻头1的转动轴线为支撑轴线，从背离支撑轴线的一端到朝向支撑轴线的一端，取样板2的厚度逐渐增加。上述设置，使得取样板2更加锐利，能够更加高效地对样本进行环切。
[0063] 更为具体地，取样板2的长度方向为从背离支撑轴线的一端到朝向支撑轴线的一端的方向，取样板2的长度大于容置通道的半径，并小于容置通道的直径，使得取样板2处于承托状态时，背离支撑轴线的一端超过容置通道中样本的轴线。上述设置，使得取样板2能够更加可靠地对样本进行切断和支撑。
[0064] 在本实施例中，取样板2通过转轴转动连接于避让槽111的内壁，转轴的轴线即为可支撑轴线，转轴位于避让槽111朝向钻进凸块12的一侧，取样板2与转轴相连的一端与钻进凸块12相邻设置，取样板2背离转轴的一端为切割端，取样板2整体为硬质铜板。
[0065] 具体地，弹性件3为扭簧，设置于转轴上，结构简单，安全可靠。
[0066] 在本实施例中，避让槽111的内壁和取样板2上分别设置有连接块，转轴穿设于连接块实现取样板2和钻筒11的转动连接，并且转轴垂直于钻筒11的轴线布置。
[0067] 在其它实施例中，弹性件3还可以为普通弹簧，夹设于取样板2和避让槽111的槽底之间。
[0068] 具体地，锁止件4为电磁铁，锁止件4能够磁吸锁止取样板2，取样板2贴靠磁吸于锁止件4时，取样板2处于避让状态。上述设置，使得锁止件4能够简单可靠地锁止和释放取样板2。
[0069] 更为具体地，取样板2背离支撑轴线的一端设置有铁块21，电磁铁通过吸附铁块21锁止取样板2。
[0070] 在本实施例中，锁止件4设置于避让槽111中，位于避让槽111背离钻进凸块12的一侧，在钻样过程中，锁止件4通电产生磁力，使取样板2收拢于避让槽111内，取样板2的设置不影响钻头1进行钻孔取样作业。
[0071] 在其它实施例中，锁止件4还可以是卡扣等机械结构，卡扣转动连接于容置通道的内壁，在电机的驱动下能够转动至抵靠于取样板2的一端对取样板2进行锁止。
[0072] 具体地，取样设备还包括涂布组件5，涂布组件5设置于取样板2，取样板2处于承托状态，钻头1带动取样板2转动时，取样板2能够通过涂布组件5在样本的端部涂料形成封装层。通过设置涂布组件5，能够在样本的端部涂布形成封装层，进一步保证了样本的完整性。
[0073] 更为具体地，涂布组件5包括分隔涂料51和挤料机构52。其中，取样板2设置有涂布槽，分隔涂料51设置于涂布槽中，挤料机构52设置于取样板2，被配置为驱动分隔涂料51从涂布槽中移出。上述设置，能够及时准确地将分隔涂料51从取样板2中挤出。
[0074] 更为具体地，挤料机构52包括炸药层521和打火装置522。其中，炸药层521设置于涂布槽中，夹设于分隔涂料51和涂布槽的槽底之间，打火装置522设置于取样板2，位于涂布槽中，与炸药层521相接触，被配置为点燃炸药层521。上述设置，进一步保证了分隔涂料51挤出的及时性和准确性。
[0075] 在本实施例中，炸药层521紧密填充于涂布槽的底部，炸药层521中炸药的用量以能够将分隔涂料51向外爆出为宜，炸药层521爆炸时不会损坏取样板2的结构，炸药层521爆炸后能够使涂布槽内的分隔涂料51迅速向外喷出，打火装置522为本领域中常规的电子打火器，在此对其结构和工作原理不再赘述，涂布槽的槽口在取样板2长度方向的尺寸大于容置通道的半径。
[0076] 在其它实施例中，挤料机构52还可以是鼓气装置，通过冲气将分隔涂料51挤出，还可以是气缸和推板相配合的装置，气缸带动推板平移，由推板将分隔涂料51挤出。
[0077] 具体地，涂布组件5还包括封堵层53，封堵层53连接于取样板2，封堵涂布槽的槽口。上述设置，避免了分隔涂料51的意外流出。
[0078] 在本实施例中，涂布槽的深度方向平行于支撑轴线，槽口开设于取样板2宽度方向的一端，分隔涂料51可为结构胶、密封胶等具有一定延展性的胶体，封堵层53为薄膜结构，能够阻挡分隔涂料51流出，并且在受力达到限值时容易破裂，封堵层53接触分隔涂料51，对分隔涂料51进行保护。
[0079] 具体地，取样设备还包括控制器6、角度传感器7和电源，打火装置522、控制器6和角度传感器7均与电源电连接，角度传感器7设置于取样板2和钻筒11的转动连接处，与控制器6通信连接，用于检测取样板2的即时位向状态，控制器6用于控制打火装置522打火以引燃炸药层521。
[0080] 在本实施例中，取样板2相对于钻头1转动时，在避让状态时处于上止动位向，在承托状态时处于下止动位向，取样板2在切割状态时的位向，位于避让状态和承托状态之间，取样板2在避让状态和承托状态时的位向呈90°夹角，取样板2处于承托状态时，垂直于钻头1的轴线，角度传感器7检测到取样板2处于承托状态，向控制器6发送控制信号，控制器6收到控制信号后，控制打火装置522打火。
[0081] 本发明还提供了一种取样方法，使用上述的取样设备，包括如下步骤：
[0082] 步骤一、锁止件4将取样板2锁止于避让状态，钻头1转动钻取样本；
[0083] 步骤二、容置通道中的样本到达设定长度时，锁止件4释放取样板2；
[0084] 步骤三、弹性件3驱动取样板2抵靠容置通道中样本的侧壁；
[0085] 步骤四、钻头1带动取样板2转动，取样板2逐步环切样本；
[0086] 步骤五、取样板2切断容置通道中的样本时，弹性件3驱动取样板2止动于承托状态；
[0087] 步骤六、取样板2承托容置通道中的样本。
[0088] 本发明的取样方法中，在钻头1完成钻孔后，锁止件4将取样板2释放，使得取样板2在弹性件3的驱动下能够抵紧容置通道中的样本，从而在钻探设备带动钻头1转动时，取样板2能够对容置通道中的样本进行环切，直至使得容置通道中的样本与岩土层分离，在此基础上，弹性件3能够驱动取样板2止动于承托状态，使得取样板2能够承托容置通道中完成切断的样本，整个过程操作方便，安全可靠，从而不需要对钻头1进行晃动，即可使得样本完整地跟随钻头1向外取出，保证了样本的完整性，使得样本的测定数据更加精确，从而能够对岩土层的地质情况进行准确判断。
[0089] 基于本发明取样设备的具体结构，取样方法具体包括如下步骤：
[0090] 步骤一、锁止件4将取样板2锁止于避让状态，钻头1转动钻取样本。
[0091] 在此步骤中，锁止件4通电，通过磁吸将取样板2吸附于避让状态，钻探设备带动钻头1转动，在岩地层上钻孔。
[0092] 步骤二、容置通道中的样本到达设定长度时，锁止件4释放取样板2。
[0093] 在此步骤中，钻头1钻进至指定深度后，锁止件4断电，释放取样板2。
[0094] 步骤三、弹性件3驱动取样板2抵靠容置通道中样本的侧壁。
[0095] 在此步骤中，如图8所示，由于容置通道的直径大于其内的样本的直径，样本的外壁和容置通道的内壁间隔设置，因而当取样板2向内释出后，取样板2的上端与样本抵紧。
[0096] 步骤四、钻头1带动取样板2转动，取样板2逐步环切样本。
[0097] 在此步骤中，通过钻探设备继续带动钻头1旋转，取样板2的上端对样本进行切割，并使样本保持向远离岩土层方向移动的趋势，在对样本进行环切的过程中，逐步提拉钻头1，使得取样板2逐步朝向承托状态的位向转动，从而保证样本的切割端面为平面。
[0098] 步骤五、取样板2切断容置通道中的样本时，弹性件3驱动取样板2止动于承托状态。
[0099] 在此步骤中，使取样板2卡紧切割样本，直至样本与岩土层之间分离，此时，如图9所示，弹性件3驱动取样板2止动于承托状态。
[0100] 步骤六、取样板2承托容置通道中的样本。
[0101] 在此步骤中，此时向远离岩土层的方向微微拉动钻头1，使样本与取样板2之间抵紧。
[0102] 步骤七、取样板2通过涂布组件5在样本的端部涂料形成封装层。
[0103] 在此步骤中，当角度传感器7检测到取样板2相对于钻头1转动至承托状态时，通过控制器6控制打火装置522运转，通过打火装置522对炸药层521进行点燃，炸药层521爆燃后使涂布槽内部的分隔涂料51突破封堵层53释放到样本与岩土层之间，随着取样板2的旋转，取样板2将分隔涂料51均匀涂覆于样本底部的切割端面形成封装层，并且通过取样板2对封装层进行支撑，即可实现对样本的完整提取。
[0104] 显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
