[发明专利]一种地层劈裂抗力快速测定设备及其测定方法

说明书

技术领域

本发明涉及软土地层勘察领域，特别是涉及一种地层劈裂抗力快速测定设备及其测定方法。

背景技术

跨江越海软土隧道修建时，一般使用泥水盾构法。泥水盾构掘进时，需要设定合理大小的泥水压力以维持掘进面稳定，否则将出现塌方、冒顶等事故。泥水压力过大将劈裂地层从而造成泥水喷发、江水倒灌等严重工程事故。为此，为防止泥水劈裂地层，需要控制泥水支护压力设定上限。

目前做泥水劈裂试验主要有室内模拟试验和泥水盾构机现场试验两种方法。室内模拟试验是事先做好试验泥水支护试件，然后利用加压装置模拟施加泥水压力使试件发生劈裂现象；泥水盾构机现场试验是在进行盾构施工现场时，增大泥水支护压力使盾构机所处掘进地层发生劈裂现象。室内模拟试验简单易行，但是该试验不能得到真实地层的环境压力，所用试件也与现场实际地层有一定差异，因此无法直接指导现场施工；泥水盾构机现场试验可以准确的得到掘进地层的劈裂压力，能够为现场施工提供准确的参数设定，但是该方法存在相当的风险，易发生工程事故，并且会耗费大量的人力、物力和财力。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的目的是提供一种地层劈裂抗力快速测定设备及其测定方法。在规划设计之前运用该设备可以测试并确定地层劈裂压力，为工程规划设计施工提供依据参数。该测量设备测试流程易于控制和操作，对地层扰动小，测试过程无残留钢材、混凝土等建筑材料，对环境无污染。解决了目前室内模拟试验测量结果不准确，泥水盾构机现场试验的风险高，测试时间长，耗费大量人力、物力和财力的缺陷。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供一种地层劈裂抗力快速测定设备，包括：

锚固机构，固定于地层，用于提供钻进和回收反力；

钻进机构，包括动力装置、贯入油缸、钢管及探头，所述钢管下端连接有所述探头，所述动力装置用于驱动所述贯入油缸带动所述钢管和探头运动；

测量机构，包括空压机和泥水箱，所述空压机与所述泥水箱的上端连接，用于提供空气压力，所述泥水箱上端设置有气压计；

其中，所述贯入油缸固定于所述锚固机构上，所述泥水箱的底部通过软管与所述钢管连通，所述软管上设有流量计。

其中，所述锚固机构包括反力架和地锚，所述地锚插入地层并固定所述反力架，所述贯入油缸固定在所述反力架上。

其中，所述动力装置包括柴油机和液压泵，所述柴油机驱动液压泵，所述液压泵驱动贯入油缸带动钢管和探头运动。

其中，所述软管为高强软管。

其中，还包括污水泵，用于将劈裂介质泵入和泵出所述泥水箱。

其中，还包括多个备用钢管。

其中，所述贯入油缸为两个，所述钢管上端与两个所述贯入油缸上端利用连杆梁固定。

其中，所述泥水箱设有刻度。

本发明还公开一种地层劈裂抗力快速测定方法，包括：

利用锚固机构将设备锚固，在泥水箱中注入劈裂介质；

启动动力装置驱动贯入油缸，带动钢管和探头一起压入至测试地层位置；

将泥水箱中的劈裂介质注满软管与钢管，从而将空气全部排出；

启动空压机，缓慢增加泥水箱中空气压力并观察泥水箱中液面高度和流量计示数；利用“气-液”联合介质测试原理，若出现泥水箱中的液面下降和流量计出现示数，则判断地层劈裂发生，记录此时的气压计示数；地层劈裂抗力即为气压计示数与劈裂介质水头高度之和；

测定结束后，启动动力装置驱动贯入油缸，带动钢管和探头一起从测试地层位置取出。

其中，所述泥水箱设有刻度，在测定开始前，还包括对流量计和气压计的校准。

(三)有益效果

本发明提供的一种地层劈裂抗力快速测定设备及其测定方法，可以快速实时测定地层劈裂抗力，为工程规划设计施工提供参数依据，并且设备结构稳定安全可靠，方便拆装和运输，测试方法简单易行，测试过程无建筑材料残留，对环境无污染，测试结果可以直接服务于工程实际。

附图说明

图1为本发明一种地层劈裂抗力快速测定设备结构图；

图2为本发明一种地层劈裂抗力快速测定方法的操作流程图；

图3为本发明的泥水箱的测定结构图；

图4-图6为本发明劈裂测试过程中劈裂介质(泥水)流量与空气压力之间的关系。