[发明专利]多工况土压平衡盾构渣土工作性测试模拟试验系统

权利要求书

1.一种多工况土压平衡盾构渣土工作性测试模拟试验系统，其特征在于，包括试验筒(1)、固定板(21)、活动板(22)、透水垫一(23)、透水垫二(24)、剪切杆(4)、剪切传动杆(41)、轴向加载装置(5)、轴向位移传感器(52)、径向挤压环囊(6)、试验仓压力传感器(60)、水压调节阀(83)、气压调节阀二(37)、流量控制阀与控制终端(9)；

所述试验筒的轴向方向沿水平方向设置，试验筒轴向左端通过其封板(11)封闭，试验筒轴向右端设有开口，右端开口通过可拆除的端盖(12)封闭，所述固定板与活动板上均设有透水孔(13)且两者的板面均沿竖直方向设置，固定板固定在试验筒内的左端，固定板与试验筒的封板之间沿试验筒轴向方向保持有用于构成左容腔(14)的间距一，活动板可活动的设置在试验筒内的右端，固定板与活动板之间沿试验筒轴向方向保持有用于构成试验仓(15)的间距二，活动板与试验筒端盖之间沿试验筒轴向方向保持有用于构成右容腔(16)的间距三，所述透水垫一用于隔设在固定板与试验仓内的土样之间，所述透水垫二用于隔设在活动板与试验仓内的土样之间；

所述轴向加载装置包括设置用于沿试验筒轴向方向抵设在端盖与活动板之间的加压气缸(51)，所述轴向位移传感器连接在活动板与端盖之间或者连接在活动板与加压气缸缸体之间或者连接在加压气缸活塞杆与加压气缸缸体之间；轴向位移传感器用于测量土样沿试验筒轴向方向的长度变化，进而计算土样的轴向变形；轴向加载装置的加载力用于模拟盾构机的轴向顶推机构对土仓施加的顶推力；

所述试验筒的筒壁对应左容腔的顶部位置设置有进水口(17)，所述试验筒的进水口连接有进水管路，试验筒的进水管路上设置有用于调节试验仓进水压力的所述水压调节阀，所述加压气缸的进气管路上连接有用于调节加压气缸进气压力的所述气压调节阀二；

所述径向挤压环囊设置在试验仓中且位于土样外围，径向挤压环囊内部填充有流体压力介质，在流体压力介质的压力作用下，径向挤压环囊的外壁与试验仓内壁贴合，径向挤压环囊的内壁用于对土样施加径向的挤压力，所述径向挤压环囊的体积与厚度可随着充入的流体流量变化而变化，进而使土样的体积发生变化，以用于模拟盾构机螺旋输送机构的不同排土速度；

所述径向挤压环囊的流体输送管路上设置有用于控制进入径向挤压环囊内的流体压力介质流量的所述流量控制阀；

所述水压调节阀、气压调节阀二与流量控制阀均与所述控制终端(9)电连接，控制终端用于通过对水压调节阀、气压调节阀二与流量控制阀的电信号进行同步调节而使试验仓中的土样被施加同步变化的进水压力、轴向加载力与径向挤压力，即实现土压与水压的同步变化；

所述试验仓压力传感器设置在径向挤压环囊的内壁上，且所述试验仓压力传感器为沿试验筒轴向方向间距设置的若干个或若干组；试验仓压力传感器用于监测在不同的顶推力与不同的排土速度下，试验仓中的土样的孔隙水压力，进而用于结合轴向加载装置的加载力计算试验仓中的土样的有效应力；

所述剪切传动杆的左端位于试验仓内，剪切传动杆的右端从左至右依次穿过透水垫二、活动板及端盖上设置的过孔后伸至试验筒外并与传动机构连接，所述剪切杆设置在试验仓内且与所述剪切传动杆连接，所述传动机构上设置有扭矩传感器(42)；扭矩传感器用于测量计算不同的模拟工况下，即不同的模拟顶推力和/或不同的模拟排土速度下，土样的剪切强度变化情况。

2.根据权利要求1所述的一种多工况土压平衡盾构渣土工作性测试模拟试验系统，其特征在于，所述多工况土压平衡盾构渣土工作性测试模拟试验系统还包括电机(31)、空气压缩机(32)、储气罐(33)、第一气路(34)、气压调节阀一(35)、第二气路(36)、第三气路(38)与气压调节阀三(39)，所述电机用于连接驱动所述空气压缩机，所述储气罐入口与空气压缩机的出口连接，储气罐用于存储压力气体，所述第一气路、第二气路与第三气路的一端均连接到储气罐的出口，所述第一气路的另一端用于连接试验筒的进水管路，第二气路的另一端用于连接轴向加载装置的加压气缸，即作为所述加压气缸的进气管路，所述第三气路的另一端用于对所述径向挤压环囊提供流体充填所需的压力，所述气压调节阀一设置在第一气路上，气压调节阀二设置在第二气路上，气压调节阀三设置在第三气路上，气压调节阀一用于调节水箱一的供水压力，气压调节阀二用于调节轴向加载装置的加压气缸的进气压力，气压调节阀三用于调节径向挤压环囊的流体充填压力。