滑膜线割式软土取土器及其工作方法技术领域
本发明涉及岩土地质勘查及土力学室内模型试验领域，具体涉及针对软土取土技
术的一种滑膜线割式软土取土器。本发明还涉及这种取土器的工作方法。
背景技术
岩土工程现场勘察以及土力学室内模型试验中，均需要在不同的阶段获取原状土
样进行室内测试，以研究地基土相关特性。软土是岩土工程中经常面对的一类土，由于含水
率高，孔隙比大、压缩性高、抗剪强度低，且多处于流塑状态，很难获取无扰动的原状土样。
取土方式和取土设备直接决定了取样的扰动程度和取土质量，是土性试验分析的关键一
环。
使用取土器取土时，先将取土器装置压入土中，之后拔出取土器，并将进入取土管
中的原状土带出地基。取样过程多靠拔断或扭断的方式使进入取土管中的土样与底土分
离；将取土器拔出地基的过程中，底部存在真空吸力阻碍取土器上移，因此，取土器底部位
置土样扰动较大且容易脱落。取土完毕，将取土器内部土样移出进行后续处理时，由于软土
黏粒含量大，常常附着在取土器内壁，无论采用活塞推出土样的方式还是采用直接打开取
土管的方式，都会因土样与内壁存在摩擦黏滞而使所取土样有较大的二次扰动，并减少取
样率。
发明内容
为解决软土取样中存在的扰动大、取样率低等技术问题，本发明提供了一种滑膜
线割式软土取土器装置，使用薄膜将土样与取样管内壁隔离以减少侧摩阻力，使用钢丝线
切割底土并在上拔时通气减少甚至消除端部阻力，可以显著减小取土扰动，提高取样率。本
发明还将提供这种取土器的工作方法。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种滑膜线割式软土取土器，取样管固定在后座的下方；该取样管下端固定有管靴；该
取样管内设有用于推出土样的活塞，其特征在于：所述管靴上端有管靴空腔，该管靴空腔内
预置薄膜、卡环及切割环；所述后座有后座空腔，该后座空腔内有通气阀门和钢丝收放器；
所述取样管的管壁内对称地分布有四个通气孔，连通所述后座空腔与管靴空腔；其中一个
通气孔内设有钢丝线，该钢丝线的上端固定在钢丝收放器上；所述取样管与管靴连接处在
内壁形成内缝；所述薄膜两端分别连接切割环及活塞。
换言之，本发明的滑膜线割式软土取土器，包括管靴、取样管、后座、活塞，取样管
对称分布有四个通气孔，首末端分别与管靴、后座连接；取土前，管靴后端的管靴空腔内预
置薄膜、切割环及卡环。取样时，活塞被土样推动并将薄膜带出管靴空腔，活塞柄到达限位
插销后，切割环恰好被带出管靴空腔；使用钢丝收放器收紧钢丝线，切割环收缩至消失后，
土样被切断，实现与底土的分离；上提取土器时，打开通气阀门以消除切割断面处的真空阻
力；使用活塞将土样推出取样管时，薄膜可以减少土样与取土管内壁的摩擦引起的扰动。
本发明有以下优化方案：
所述活塞的活塞柄上设有单向通气阀；
所述活塞的活塞柄上端固定有导向杆；该导向杆上端设有两个向外的突起，该两个突
起与后座上的限位插销相对应；限位插销与导向杆上端两个向外突起的设置，使得所述活
塞到达取土极限后，活塞柄恰好被限位插销约束而相对取土器主体固定。
所述薄膜为圆筒状，为延展性较小、强度较高的柔性材质，折叠后置于管靴空腔
内，一端穿出管靴和取样管连接处的内缝后与活塞连接，另一端与切割环连接，取样过程中
薄膜可以将土样与取样管内壁隔离。在取样之前，在取样管内壁涂抹润滑硅脂以减少膜与
内壁的摩擦，将取土器压入土中时薄膜与土相对不动，而膜相对取土器内壁滑动，活塞到达
取土极限位置后，活塞柄恰好被限位插销约束而相对取土器主体固定，膜与取土器不发生
相对滑动，且薄膜与土样间存在较好的挟持力。
所述切割环是由钢丝线端部穿过卡环形成的闭环；所述钢丝线为高强、韧性金属
丝，直径为0.3mm~0.8mm，穿过位于取样管内的其中一个通气孔与切割环相连；所述卡环为
镂空球状，管靴与取样管连接后，卡环被限于管靴空腔内部活动，但始终不能通过内缝和通
气孔。
所述活塞可以收集迎土面的空气，经过导向杆上的单向通气阀排出，所述单向通
气阀允许活塞与土样之间的空气排出，且不会反向进气。
所述钢丝收放器在后座空腔内实现集线功能，并控制钢丝线的收放，使用万向软
轴控制钢丝收放器，使用气管连接通气阀门与后座空腔，后座可以与钻杆连接，可以用于不
同深度的钻孔取土。本发明所述装置同时适用于手动取样和钻孔取样。
所述取样管长度为300mm~500mm，内径为80mm~120mm，主体厚度为2.0mm~5.0mm，通
气孔内径1.5mm~2.5mm；所述管靴长度100mm~200mm，刃脚小于10°。
完成本申请第二个发明任务的技术方案是，上述取土器的工作方法，其特征在于，
步骤如下：
⑴.在取样管内壁涂抹润滑硅脂以减少膜与内壁的摩擦；并将后座与取样管连接到位；
⑵.调整钢丝收放器使穿出通气孔的钢丝线合适的长度，钢丝线底部穿过卡环形成切
割环，调整后使切割环能够放于管靴空腔内部；
⑶.将圆筒状薄膜底部与切割环连接，将薄膜折叠后置于管靴空腔内，将该薄膜的另一
端穿过内缝与活塞连接；
将管靴与取样管连接到位，并关闭通气阀门；
⑷.将取土器放至采样点，通过后座施加力将取土器快速、连续、均匀地压入土中；压入
深度为管靴及取样管的长度之和；
⑸.土样进入管靴后，会压缩管靴空间内的空气，气体经导向杆上的单向通气阀排出；
⑹.土样进入取样管的空腔与活塞接触并向后移动，一端与活塞连接的薄膜被带出管
靴空腔，将土样与取土管的内壁隔开，直至活塞柄运动至限位插销的位置并被固定；
⑺.薄膜全部被带出管靴空腔，位于薄膜末端的切割环恰好被带出管靴空腔；
⑻.使用万向软轴控制钢丝收放器；收紧钢丝线，切割环收缩至消失后，土样被切断，实
现与底土的分离；
⑼.打开通气阀门，使空气通过气管、后座空腔、通气孔、管靴空腔及内缝后到达切土断
面，消除切割断面处的真空阻力；
⑽.缓慢、匀速地拔出取土器，同时带出土样；
⑾.将管靴与取样管分离，并解除限位插销对活塞柄的限制，使用活塞将土样及薄膜缓
慢地推出取样管，薄膜的存在可以减少土样与取土管内壁的摩擦引起的土样扰动；
⑿.清洗并整理取土器，再次取样重复⑴~⑾即可。
本发明与现有技术相比，具有的优点和有益效果包括：通过在管靴空腔内置薄膜
及切割环，可以实现取土器下压过程中土样与取样管内壁的隔离，在取土到位后，借助钢丝
收放器及卡环，通过钢丝线收缩并切割土样，实现与底土分离。取土器上提过程中，打开通
气阀门可以消除切割断面处的真空阻力，被限位销钉固定的活塞及薄膜与土样内壁的挟持
力提供土样上移的动力。同时，薄膜将土样与取样管内壁隔离，很大程度上较少了将土样推
出取土器的扰动。因此，本发明所述一种滑膜线割式软土取土器，减少了入土侧摩阻力及上
提时的端阻力，并减少了将土样推出取土器的侧摩阻力，从而减少了取样扰动，提高了采样
质量及采样率；同时，本发明既可以手动操作获取现场浅表层及室内软土模型试样，也可以
连接在钻杆底部，在钻孔中取原装软土试样。
附图说明
图1是本发明滑膜线割式软土取土器装置整体正剖视结构示意图；
图2是本发明滑膜线割式软土取土器装置取样管与后座连接段结构详图；
图3是本发明滑膜线割式软土取土器装置取样管与管靴连接段结构详图；
图4是图1的A-A剖视图；
图5是图1的B-B剖视图；
图6是使用本发明装置取土过程中切割环切土示意图。
图中：1、管靴，2、取样管，3、后座，4、活塞，5、管靴空腔，6、内缝，7、薄膜，8、钢丝线，
9、切割环，10、卡环，11、通气孔，12、后座空腔，13、钢丝收放器，14、万向软轴，15、气管，16、
通气阀门，17、单向通气阀，18、活塞柄，19、限位插销，20、导向杆。
具体实施方式
实施例1，滑膜线割式软土取土器装置及其工作方法，如图1所示，本发明的软土取
土器包括管靴1、取样管2、后座3和活塞4四个主要部分，管靴空腔5内预置薄膜7、切割环9及
卡环10，连同钢丝收放器13、通气孔11及通气阀门16可以实现土样与底土的切割分离，并减
少土样与取样管2内壁的摩擦，从而减少土样扰动，提高取土质量及采样率。具体实施方式
如下：
1）取样前，先将取样管2内壁涂抹凡士林或润滑硅脂，将后座3与取样管2连接到位，并
调整钢丝收放器13使穿出通气孔11的钢丝线8有合适的长度；钢丝线8底部穿过卡环10形成
切割环9，调整后使切割环9能够放于管靴空腔5内部；切割环9与薄膜7底部连接，将薄膜7折
叠后置于管靴空腔5内，使薄膜7的另一端穿过内缝6后与活塞4连接，最后将管靴1与取样管
2连接到位，使通气阀门16处于关闭状态。现场钻孔取土时，还需要将取土器后座3与钻杆相
连接，并根据取土深度使用合适长度的外向软轴14连接钢丝收放器13，使用合适长度的气
管15连接后座空腔12及通气阀门16。
2）将取土器放至采样点，通过后座3施加力将取土器快速、连续、均匀地压入土中，
压入深度为管靴1及取样管2的长度之和。土样进入管靴1后，会压缩管靴空间内的空气，气
体经导向杆20上的单向通气阀17排出；土样进入取样管2的空腔与活塞4接触并向后移动，
一端与活塞4连接的薄膜7被带出管靴空腔5，将土样与取土管2的内壁隔开，直至活塞柄18
运动至限位插销19的位置并被固定，薄膜7全部被带出管靴空腔5，位于薄膜7末端的切割环
9恰好被带出管靴空腔5。
3）取土器压入土中到位后，切割环9恰好位于取样管2与管靴1相接的内缝6处，并
环绕土样一圈，卡环10作为切割环9的末端被限制在管靴空腔5内。图6为本发明装置取土过
程中切割环切土示意图，使用万向软轴14作用于钢丝收放器13，通过钢丝线8收缩切割环9，
卡环10成为钢丝线8的端部固定，圆环周长缩小并切割土样，钢丝收放器13收线结束时，切
割环9消失，完成切割底土，位于内缝6处的土样与底土分离。
4）将取土器及所取软土整体取出地基之前，需要打开通气阀门16，使外部空气可
以通过气管15、通气孔11及内缝6给切割所成断面通气，避免在取土器上提过程中形成真空
端阻力而降低取土率甚至扰动土样。此时，活塞4相对取土器主体固定不动，薄膜7外包土样
且附着在取样管2整个内壁，延展性小且上端由活塞4固定的薄膜7能够提供土样在上提过
程中的挟持力，活塞4顶部单向通气阀17只允许内部空气外溢，不能反向通气，在取土器上
提过程中，为土样提供积极的吸力。取土器上提时宜缓慢、均匀，当通气阀门16进气急促时
宜放慢速度。
5）取样结束，将土样移出取土器前，将管靴1与取样管2分离，解除限位插销19对活
塞柄18的限制，对导杆20缓慢施加均匀的推力，将土样推出取样管2。土样与取样管2之间有
薄膜7隔离，且取样管2内壁事先进行了润滑，因此，将土样推出取样管2时，土样侧壁所受摩
阻力很小，对土样产生的二次扰动可以忽略不计。同时，土样外包薄膜7有助于减少土样水
分散失，能够更好地保护原状样。
清洗并整理取土器，再次取样重复1）~5）即可。本发明所述的一种滑膜线割式软土
取土器装置减少了取样侧摩阻力及端阻力，从而减少取样扰动，提高了采样质量及采样率，
且同时适用于手动取样和钻孔取样。