[发明专利]一种水平式模拟成层地层泥浆渗透及土体力学特性变化测试装置

说明书

本发明涉及了一种水平式模拟成层地层泥浆渗透动态成膜过程，并能够测定泥浆渗透时土体力学性质时空动态变化及泥浆渗透前后土体微观结构变化的测试装置和方法。其装置包括：试验透明的筒体、加压机构、土体测量机构、扫描电子显微镜、支撑机构。本发明能够通过添加不同类型土体模拟实际工程中的成层地层并测定其在泥浆渗透过程中的土压力与超孔隙水压力时空动态变化并观测成层地层泥浆渗透动态成膜的过程；消除由于自重引起的误差提高准确性。该装置更加直观准确的模拟泥浆渗透进入前方地层土体动态成膜过程，测定泥浆渗透时地层土体的力学特性随时空的变化及泥浆渗透前后土体的微观结构变化，为实际工程提供泥浆渗透动态变化规律。

技术领域

涉及地下工程测试设备技术领域，具体涉及一种水平式模拟成层地层泥浆渗透及地层土体力学特性变化测试装置与方法。

背景技术

随着我国地下工程施工技术的迅速发展，无论在跨江(河)海(湖)的公路或铁路隧道、城市轨道交通隧道，还是市政地下管线工程的施工中，泥水平衡盾构和泥水平衡顶管都得到了广泛的应用，两者的共同特征为施工中向前方地层注入泥浆，泥浆渗透动态成膜，从而维护开挖面的稳定。同时，随着地下工程开挖深度不断增加，开挖地层存在不同力学特性的天然沉积成层地层，必须考虑成层地层对泥浆渗透动态成膜的影响。

目前，用于模拟泥浆渗透的室内试验研究均采用的竖直向放置装置，且布置单一土层。在试验过程中自重容易导致试验结果存在较大误差，且实际工程施工中开挖面存在成层地层，因此，目前室内模拟试验对真实反映实际施工存在一定缺陷。

发明内容

为能够模拟现场施工中的成层地层泥浆渗透并消除自重的影响，本发明的目的是提供一种水平式模拟成层地层泥浆渗透及土体力学特性变化测试装置及其方法。

本申请提供一种水平式模拟成层地层泥浆渗透及土体力学特性变化测试装置，包括：试验透明的筒体、加压机构、土体测量机构、扫描电子显微镜、支撑机构。

所诉试验透明筒体包括：试验有机玻璃筒体上下侧、左右盖板、滤水量测定机构。试验有机筒体分为上侧与下侧，弧形有机筒体加有筒体外沿且存在凹槽，将上下侧筒体通过密封垫和螺栓连接；两端盖板与有机玻璃筒体连接处存在凹槽，通过密封垫和螺栓连接；右盖板存在一个进气孔，加压气泵通过进气管与进气孔相连接，其进气孔存在一个防泄漏运动瓶口状孔口，孔口前后均设有一个阀门；左盖板存在一个排水孔，滤水量装置位于尾部盖板下侧；其滤水装置由量筒及电子天平组成；支承机构放置于下侧筒体下方，用于固定筒体位置。

优选的，所述上侧有机玻璃筒体，筒体弧形顶部存在刻度尺，靠近右盖板处设置有注浆孔、压力表孔、安全阀孔；距离左盖板15cm与40cm处设置有土压力盒与孔压力计的数据线孔口；所述下侧有机玻璃筒体，靠近右盖板处设置有排浆孔口，距离左盖板15cm与40cm处设置有土压力盒与孔压力计的数据线孔口，测量土体动态成膜过程的土压力盒与孔压力计共四组装置，数据线通过橡胶塞密封安装在安装孔内。

优选的，所述其下部支架用作装置水平放置的固定支架，由钢结构组成的环形支架。

优选的，所述加压设备包括：加压气泵、进气管、压力表。压力气泵通过气管与右盖板处的加压孔相连接，压力表安装至上侧有机筒体压力表孔口处。

优选的，所述土体测量系统包括：土压力盒、孔压力计、连接数据线、DH3816静态应变测试系统、计算机。一个土压力盒与一个孔压力计为一组仪器，土层厚度为50cm，放置两组仪器于饱和压实土体中，分别放置于高度为15cm与40cm处；同一组装置放置在一种土层中，距离数据孔口1/4D处且同一组装置中的孔压力计与土压力盒相距1/2D；土压力盒与孔压力计的数据线通过有机玻璃筒体的预留孔口穿出连接在DH3816静态应变测试系统上，再通过数据线连接DH3816静态应变测试系统与计算机。