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泥沙研究
2016年6月
Journal of Sediment Research
第3期
文章编号:0468-155X(2016)03-0067-05
新型河床泥沙采样器研究
谢静如
(江西应用技术职业学院,江西赣州3410000
摘要:河床泥沙测验需要使用专门的泥沙取样器,通过对目前国内市场上常见床沙采样器存在的各种不足进
行了分析,研究了一种钻杆外加防护套管,钻头在套管内获取泥沙样品的新型河床泥沙取样器。这种新型河
床泥沙取样器能适应各类床沙取样,深度可调,拆装方便,性能可靠,能保证泥沙样品的原状和完整。
关键词:泥沙测验;泥沙取样器;床沙
中图分类号:TV149.3
文献标识码:A
DOI:10.16239/j.cnki.0468-155x.2016.03.010
近些年大特型航电枢组及低水头中型水利水电工程的拦河大坝先后建成,库区蓄水流速骤减,使大
量泥沙产生淤积,危及到水力机械和大坝的寿命与安全。研究泥沙测验对控制泥沙淤积、保护水利设施
和控制水土流失都具有重要的现实意义。河床泥沙(即床沙)是停留在河床床面和床面以下一定深度
的泥沙,是造成泥沙淤积的主要因素。天然河流中的泥沙,由于水沙条件自然形成,具有自动调节和适
应功能,泥沙冲淤变化大多基本接近平衡,修建水库之后,很大程度改变了这种自然平衡状态,一部分泥
沙在库区尾部的回水段会逐渐沉积下来,因此在尚未蓄水之前,应对天然河流的河床泥沙进行测验研
究。床沙测验需要按要求对河床断面布点进行泥沙取样,在不破坏天然河床的情况下采集到能满足需
要深度、具有代表性断面的泥沙样品。测验床沙颗粒级配,床面分布情况,以及多年淤积埋置深度,
就可以采用水库泥沙淤积的一维数学模型,按全沙模式和划分时段及河段,逐时段、逐河段进行,找出淤
积量与有效库容的关系,为库区蓄水之后的运行管理提供理论依据。
1河床泥沙新型取样器研究
1.1床沙采样器的发展
目前国内使用的河流床沙采样器有各式各样,浅水区采用人工冲筒钴取,深水床沙有冲击式,但在
提升时泥沙随水流流失,床面以下深度受到限制,且受到砂质类型、固结程度的影响?。挖斗式采样器
在挖斗提升时泥沙随水流溢撒,水深较大也不适用。另有各种重力式采样器,亦经常取不到样品,深度
也难以控制。一些改进型重力式采样器尚未解决采样深度控制问题。尽管多种类型的床沙采样器具各
有其用途,但都存在各自的不足,而床沙测验是硏究泥沙的最基础工作,测验精度很大程度取决于取样
器的性能。
1.2河床泥沙取样器新方案
天然河床的水深、流速、泥沙种类及其积厚埋深千差万别,新方案考虑取样器如何适应各种现场环
境,改进目前床沙采样器在应用中存在的不足,既要能适应各种床沙类型,又能满足测验需要的取样深
收稿日期:2015-07-13
基金项目
作者简介:谢静如(1957-),男,江西瑞金人,副教授,硬土,主要从事航道、路桥工程方面研究。E-nail:xgjr@126.com
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度,还能保持泥沙样品的原状与完整。经过多个方案比较,研究设计了一种能安置在工作船上,由减速
电机提供动力,在钻杆外设防护套管,钻头在套管内钻取沙样的采样器]。钻头直径的大小适应不同
床沙,根据样品需要的深度调节钻杆长度,且钻杆和套管都能方便地接长和拆卸。
1.3新型泥沙取样器结构
新型泥沙取样器的钻架和主要部件结构见图1和图2。
1-定滑轮
2-碱速电机
3-电机导板
导板轨轮
5-电机架
6-导板轨道
电机导板大样
7-斜拉杆
8-就位可调盘
9-就位轨轮
0-就位轨道
11-底盘
12-会管框
12
13-侧撑杆
14-起吊卷扬机
(a)钻架右视图
(b)钻架正视图
(o)钻架左视图
图1钻架结构
Fig 1 Structure of drill frame
15-钻头螺旋槽
16-定位轴承
7-钻头提扭
20
18-钻杆接头
19-钻杆
20-接头销栓
21-套管
22-管箍
23-套管提扭
24-螺杆
25-支脚
(a)钻头(b)钻杄接头大样
(c)套管
d)A大样
螺杄伸缩支撑脚
图2主要部件大样
Fig 2 Bulk sample of main parts
2河床泥沙取样器工作原理
2.1主要部件及其功能
定滑轮:中间滑轮为电机专用,边上两个用作对称起吊钻杆、钴头和套管。
减速电机:由普通电动机装上齿轮减速箱。大中型取样器宜减速到每分钟5转,目的在于充分利用
电机功率使取样器钻头获得足够的扭矩动力,并能有宽裕的时间(12秒/转)方便于操作器具。小型取
样器可以每分钟15转的低速。
取样钻头:钻头上方为钻杆接头、一对提扭和定位轴承,下方为在螺旋叶片的边缘加焊挡边,做成盛
装泥沙的螺旋槽,以免较细泥沙溢漏,方便泥沙被提起。
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