一種模擬泥水盾構(gòu)泥漿在地層中滲透的可視化裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開一種模擬泥水盾構(gòu)泥漿在 地層中滲透的可視化裝置，包括一個放置試驗地層的有機玻璃模型箱、放置泥漿的有機玻璃直角圓筒和施加壓力的氣壓源；有機玻璃箱上部設(shè)置泥漿溢流槽，箱體上設(shè)有刻度尺；有機玻璃圓筒頂部采用可以拆卸的法蘭盤密封，圓筒柱上設(shè)有刻度尺，側(cè)壁與氣壓源相接，底部側(cè)壁設(shè)置排泥閥，底部另一端安裝具有一定開口率的模型刀盤；模型刀盤由兩片通過轉(zhuǎn)軸連接的可相對旋轉(zhuǎn)的擋土片組成，通過旋轉(zhuǎn)的角度調(diào)節(jié)開口率的大小。實驗裝置采用透明的有機玻璃制作，實驗土層采用透明土模擬，實驗過程可以實時觀測到泥漿在地層中的滲透形態(tài)，并精確觀測到泥膜的形成類型和泥漿的滲透距離。該實用新型屬于地下工程領(lǐng)域。
【專利說明】
一種模擬泥水盾構(gòu)泥漿在地層中滲透的可視化裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型涉及的是一種對泥水盾構(gòu)掘進過程中向開挖面注入泥漿以平衡水土壓力的滲透過程和帶壓開艙條件下形成開挖面泥膜的滲透過程進行觀測的模擬試驗裝置。該裝置能完成可視化地層條件、泥漿壓力和不同刀盤開口率條件下泥漿滲透過程的模擬，并直觀觀測泥漿在各個方向的滲透形態(tài)。該裝置能實現(xiàn)泥漿在地層中的可視化滲透。該實用新型屬于地下工程領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，我國盾構(gòu)法施工的隧道工程量大幅度增長，尤其在城市地鐵和過江過河及海底隧道的建設(shè)中，被廣泛地采用，在盾構(gòu)機向前掘進過程中，需向地層中注入泥漿以平衡地層中水土壓力，保持開挖面穩(wěn)定。同時，由于地質(zhì)條件復(fù)雜多變，盾構(gòu)機出現(xiàn)刀盤刀具磨損嚴(yán)重、刀盤結(jié)餅、刀具與地層不匹配需要更換等情況，而不得不停機進行開艙清理或維修等作業(yè)，需要向開挖面注入泥漿形成泥膜保持維修空間穩(wěn)定，如南京長江隧道工程在江底粉細(xì)砂、礫砂地層中進行的維修性帶壓開艙，由于受到隧道上部有河流、湖泊等水域、構(gòu)筑物或者其他原因的影響，從地表加固地層常壓開艙的方法被限制，因此采用以壓氣工法為基礎(chǔ)的帶壓開艙方法。
[0003]隨著透明土合成技術(shù)的發(fā)展及透明土三軸試驗等物性實驗的開展，證明了透明土應(yīng)用于實驗研究的可能性并逐步應(yīng)用于盾構(gòu)隧道研究，已有實驗采用透明土研究盾構(gòu)開挖引起的周圍土體內(nèi)部變形規(guī)律、盾構(gòu)隧道壁后同步注漿模型等。
[0004]本實用新型設(shè)計了一種利用泥漿滲透原理和透明土模擬地層觀測泥漿滲透規(guī)律的試驗裝置。該裝置通過透明土模擬原位條件下不同刀盤開口率的泥漿滲透，通過觀測各個方向的滲透全過程研究泥漿滲透規(guī)律。該裝置可直觀簡便地確定原位條件下各方向泥漿的滲透規(guī)律，對盾構(gòu)施工具有指導(dǎo)作用。
【實用新型內(nèi)容】
[0005]本實用新型的目的是要設(shè)計一種可視化觀測泥漿各方向滲透帶形態(tài)的試驗裝置。
[0006]本實用新型的技術(shù)方案如下:
[0007]—種模擬泥水盾構(gòu)泥漿在地層中滲透的可視化裝置，包括有機玻璃箱、有機玻璃直角圓筒和用于施加壓力的氣壓源；
[0008]所述有機玻璃箱的底部放置有用于模擬工程地層的中粗粒徑透明土，在機玻璃箱的上部設(shè)置有泥漿溢流槽，有機玻璃箱的箱體上設(shè)有用于量測透明土地層厚度的箱體刻度尺；
[0009]所述有機玻璃直角圓筒包括用于模擬泥水盾構(gòu)刀盤向地層注入泥漿的水平玻璃管和用于控制泥漿量和施加氣壓的豎直玻璃管;有機玻璃圓筒的頂部通過可拆卸的法蘭盤進行密封，豎直玻璃管上設(shè)有刻度尺，豎直玻璃管的頂部側(cè)壁與氣壓源相連接，其底部側(cè)壁設(shè)置有排泥閥。
[0010]所述有機玻璃直角圓筒的水平玻璃管的前端安裝有泥水盾構(gòu)模型刀盤，所述泥水盾構(gòu)模型刀盤由兩片內(nèi)外緊貼的圓形擋土片組成，外側(cè)擋土片固定在水平玻璃管的前端上，所述外側(cè)擋土片上每間隔30°開設(shè)一轉(zhuǎn)角為30°的扇形開口；內(nèi)測擋土片通過轉(zhuǎn)軸與外側(cè)擋土片同軸連接，并固定在轉(zhuǎn)軸上，所述內(nèi)側(cè)擋土片上每間隔32°開設(shè)一轉(zhuǎn)角為28°的扇形開口。
[0011]所述氣壓源由空壓機和穩(wěn)壓閥組成。
[0012]所述有機玻璃箱尺寸為50CmX50CmX50Cm;有機玻璃直角圓筒水平玻璃管長為20cm;有機玻璃直角圓筒伸入有機玻璃箱長為1cm;所述法蘭盤厚2cm;所述擋土片的直徑為10cm。本實用新型的技術(shù)效果:
[0013]本實用新型能觀察泥水盾構(gòu)掘進過程和帶壓開艙條件下泥漿在地層中各個方向的滲透全過程，通過改變刀盤開口率進研究泥漿滲透規(guī)律，從而確定泥漿的用量，指導(dǎo)盾構(gòu)施工。
[0014]【附圖說明】:
[0015]圖1:本實用新型所用的模擬泥水盾構(gòu)泥漿在地層中滲透的可視化試驗裝置示意圖；
[0016]圖2:本實用新型所用泥水盾構(gòu)模型刀盤外側(cè)擋土片示意圖；
[0017]圖3:本實用新型所用泥水盾構(gòu)模型刀盤內(nèi)側(cè)擋土片示意圖；
[0018]其中:1、有機玻璃箱；2、泥漿溢流槽；3、有機玻璃直角圓筒;4、法蘭盤;5、模型刀盤;6、排泥閥；7、氣壓源;8、轉(zhuǎn)軸;9、刻度尺;10、箱體刻度尺;11、穩(wěn)壓閥。
【具體實施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖對本實用新型進行進一步說明。如圖1所示，一種模擬泥水盾構(gòu)泥漿在地層中滲透的可視化裝置，包括有機玻璃箱1、有機玻璃直角圓筒3和用于施加壓力的氣壓源7;有機玻璃箱I的底部放置有用于模擬工程地層的中粗粒徑透明土，在機玻璃箱I的上部設(shè)置有泥漿溢流槽2，有機玻璃箱I的箱體上設(shè)有用于量測透明土地層厚度的箱體刻度尺10;有機玻璃直角圓筒3包括用于模擬泥水盾構(gòu)刀盤向地層注入泥漿的水平玻璃管和用于控制泥漿量和施加氣壓的豎直玻璃管;有機玻璃圓筒3的頂部通過可拆卸的法蘭盤4進行密封，豎直玻璃管上設(shè)有刻度尺9，豎直玻璃管的頂部側(cè)壁與氣壓源7相連接，其底部側(cè)壁設(shè)置有排泥閥6。
[0020]有機玻璃箱頂部側(cè)壁設(shè)有排水口，且要求濾網(wǎng)孔徑小于透明土孔徑。
[0021]有機玻璃圓筒頂部側(cè)壁與氣壓源通過硬橡膠管經(jīng)閥門相連，有機玻璃圓筒側(cè)壁底部通過排泥閥與外界相通，如圖2所示，有機玻璃圓筒左端面設(shè)有開口面積小于20%的擋土片。有機玻璃直角圓筒3的水平玻璃管的前端安裝有泥水盾構(gòu)模型刀盤5，泥水盾構(gòu)模型刀盤5由兩片內(nèi)外緊貼的圓形擋土片組成，外側(cè)擋土片固定在水平玻璃管的前端上，外側(cè)擋土片上每間隔30°開設(shè)一轉(zhuǎn)角為30°的扇形開口；如圖3所示，內(nèi)測擋土片通過轉(zhuǎn)軸8與外側(cè)擋土片同軸連接，并固定在轉(zhuǎn)軸8上，內(nèi)側(cè)擋土片上每間隔32°開設(shè)一轉(zhuǎn)角為28°的扇形開口。
[0022]氣壓源7由空壓機和穩(wěn)壓閥11組成。
[0023]有機玻璃箱I尺寸為50CmX50CmX50Cm;有機玻璃直角圓筒3水平玻璃管長為20cm;有機玻璃直角圓筒3伸入有機玻璃箱I長為1cm;法蘭盤4厚2cm;擋土片的直徑為1cm0
[0024]有機玻璃圓筒為頂端開口的密封容器，頂端通過法蘭盤與上蓋相聯(lián)，有機玻璃圓筒側(cè)壁刻有毫米刻度，用來測量泥漿的高度。
[0025]有機玻璃箱側(cè)壁刻有毫米刻度，用來測量透明土模擬土層的高度。
[0026]排泥閥的位置盡量靠近裝置底部。
[0027]模擬地層層為熔融的石英砂和溴化鈣溶液配置的滿足級配要求的的透明土中粗砂。
[0028]本實用新型實施過程如下:
[0029](I)調(diào)節(jié)刀盤開口率:轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)軸8，調(diào)節(jié)刀盤開口率為O。
[0030](2)制備地層:制備透明土模擬自然砂土，配置滿足級配要求的中粗砂地層。再用分層擊實的方法裝入試驗土，然后從下往上注溴化鈣溶液飽和地層，飽和過程中，應(yīng)防止地層隆起或砂沸。
[0031](3)形成滲透帶:關(guān)閉閥門6，注入試驗?zāi)酀{，用刻度尺控制泥漿用量，將裝置密封。轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)軸8，調(diào)節(jié)一定刀盤開口率，打開氣壓源閥門，調(diào)節(jié)氣壓至預(yù)定值，泥漿開始滲入試驗透明土土層并形成滲透帶，觀察滲透全過程，一定時間后關(guān)閉氣壓源閥門，滲透結(jié)束，打開排泥閥6，排出多余泥漿?？捎^測各方向滲透帶形式。
【主權(quán)項】
1.一種模擬泥水盾構(gòu)泥漿在地層中滲透的可視化裝置，其特征在于，包括有機玻璃箱(I)、有機玻璃直角圓筒(3)和用于施加壓力的氣壓源(7); 所述有機玻璃箱(I)的底部放置有用于模擬工程地層的中粗粒徑透明土，在有機玻璃箱(I)的上部設(shè)置有泥漿溢流槽(2)，有機玻璃箱(I)的箱體上設(shè)有用于量測透明土地層厚度的箱體刻度尺(10); 所述有機玻璃直角圓筒(3)包括用于模擬泥水盾構(gòu)刀盤向地層注入泥漿的水平玻璃管和用于控制泥漿量和施加氣壓的豎直玻璃管;有機玻璃直角圓筒(3)的頂部通過可拆卸的法蘭盤(4)進行密封，豎直玻璃管上設(shè)有刻度尺(9)，豎直玻璃管的頂部側(cè)壁與氣壓源(7)相連接，其底部側(cè)壁設(shè)置有排泥閥(6)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種模擬泥水盾構(gòu)泥漿在地層中滲透的可視化裝置，其特征在于，所述有機玻璃直角圓筒(3)的水平玻璃管的前端安裝有泥水盾構(gòu)模型刀盤(5)，所述泥水盾構(gòu)模型刀盤(5)由兩片內(nèi)外緊貼的圓形擋土片組成，外側(cè)擋土片固定在水平玻璃管的前端上，所述外側(cè)擋土片上每間隔30°開設(shè)一轉(zhuǎn)角為30°的扇形開口；內(nèi)側(cè)擋土片通過轉(zhuǎn)軸(8)與外側(cè)擋土片同軸連接，并固定在轉(zhuǎn)軸(8)上，所述內(nèi)側(cè)擋土片上每間隔32°開設(shè)一轉(zhuǎn)角為28°的扇形開口。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種模擬泥水盾構(gòu)泥漿在地層中滲透的可視化裝置，其特征在于，所述氣壓源(7)由空壓機和穩(wěn)壓閥(11)組成。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種模擬泥水盾構(gòu)泥漿在地層中滲透的可視化裝置，其特征在于，所述有機玻璃箱(I)尺寸為50CmX50CmX 50cm;有機玻璃直角圓筒(3)水平玻璃管長為20cm;有機玻璃直角圓筒(3)伸入有機玻璃箱(I)長為1cm;所述法蘭盤(4)厚2cm;所述擋土片的直徑為I Ocm ο
【文檔編號】E21B49/00GK205477604SQ201620299444
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年4月12日
【發(fā)明人】杜佳芮, 閔凡路, 王媛, 徐靜波
【申請人】河海大學(xué)