[发明专利]实现变尺寸泥水劈裂试验的三轴仪装置及其使用方法

说明书

本发明提供了一种实现变尺寸泥水劈裂试验的三轴仪装置及其使用方法。该装置包括：底板、放置在底板上的试样台座、放置在试样台座上的试样、放置在试样中孔底端的变径管、放置在试样顶部的顶板和放置在试样外壁的橡胶膜；底板的下方设有注浆口，试样台座的中孔与注浆口相通，变径管的细端插入试样台座的中孔，变径管的粗端伸入试样的中孔内，在所述橡胶膜外部施加指定围压，同时在顶板上部施加指定轴压，之后从注浆口注入泥浆经过变径管流入到试样的中孔直至试样劈裂。本发明可以方便快捷地在泥水劈裂试验中切换模型的尺寸与形状，便于研究尺寸形状对劈裂试验的影响，同时设计了一种变径管有效地避免了中孔泥水渗入到试样底部与台座之间的缝隙。

技术领域

本发明涉及隧道修建技术领域，尤其涉及一种实现变尺寸泥水劈裂试验的三轴仪装置及其使用方法。

背景技术

在隧道修建技术高速发展的今天，盾构法日益成为隧道施工的主流工法，尤其在水下隧道工程施工时基本都用到了泥水平衡盾构。泥水平衡盾构是通过在泥水仓施加泥水压力来维持刀盘前方掌子面的稳定，并通过泥水循环将渣土排出。而泥水仓泥水压力的设定对盾构的安全施工有着不可忽视的作用，泥水仓泥水压力过小可能会引起掌子面失稳坍塌，水压力过大可导致地层劈裂，引发泥水喷发、河(海)水倒灌等事故。因此，研究掌子面泥水压力的合理设定值对确保掌子面稳定具有重要意义。

目前，国内对于泥水压力的研究主要采用理论计算、室内试验和现场试验的方法。由于工程现场地质条件复杂，理论计算难以准确计算出泥水的合理设定范围，而现场试验操作复杂，危险性高，因此室内试验成为研究泥水劈裂压力的主要手段。实验室内研究泥水劈裂压力主要是在改造后的三轴仪上进行，将三轴仪原来的反压系统改为注浆系统，通过施加围压和轴压模拟地层应力。

由于目前三轴仪的试样台座的形状、尺寸是固定的，一个试验设备只能对一种形状、尺寸的试样进行试验，想要获取不同形状、尺寸试样的试验结果需要多个不同规格的三轴以进行试验，增大试验成本，且进行试验时试样中孔的泥水很容易渗入到试样底部与台座之间的缝隙导致试验失败。

发明内容

本发明实施例提供了一种实现变尺寸泥水劈裂试验的三轴仪装置及其使用方法，以克服现有技术的问题。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。

根据本发明的一个方面，提供了一种实现变尺寸泥水劈裂试验的三轴仪装置，包括：底板(10)、放置在底板(10)上的试样台座(5)、放置在试样台座(5)上的试样(2)、放置在试样(2)的中孔底端的变径管(8)、放置在试样(2)顶部的顶板(6)和放置在试样(2)外壁的橡胶膜(1)；

所述底板(10)的下方设有注浆口(7)，试样台座(5)的中孔与注浆口(7)相通，变径管(8)的细端插入试样台座(5)的中孔，所述变径管(8)的粗端伸入试样(2)的中孔内，在所述橡胶膜(1)外部施加指定围压14，同时在顶板上部施加指定轴压11，之后从所述注浆口(7)注入泥浆经过所述变径管(8)流入到试样(2)的中孔直至试样(2)劈裂。

进一步地，所述装置还包括套装在试样台座(5)外缘的套环(3)、(13)，套环(3)、(13)的内径与试样台座(5)的外径一致，套环(3)、(13)内侧预留密封槽(12)，在所述密封槽(12)中放置密封圈(9)。

进一步地，所述橡胶膜(1)的内径与试样(2)的外径一致，橡胶膜(1)的上、下端分别套装在顶板(6)和套环(3)、(13)的外缘，橡胶膜(1)的外侧用喉箍(4)箍紧，在橡胶膜(1)的外侧通过施加水压为试样(2)施加围压。

进一步地，所述密封圈(9)为橡胶材质，所述顶板(6)为实心金属材质板，顶板(6)的形状和大小与试样(2)的横截面一致。

进一步地，所述试样(2)为中空圆柱体或者中空长方体。