[发明专利]一种动态泥浆渗透性能试验装置及方法

权利要求书

1.一种动态泥浆渗透性能试验装置，其特征在于：它包括渗透系统、切削系统和加压系统；

所述渗透系统包括土样筒(1)、A泥浆筒(17)、B泥浆筒(23)和储水罐(27)；所述的土样筒(1)包括筒体、设在筒体两侧的前端透盖(6)和后端透盖(10)，筒体内前部依次设有透水隔板(5)的土样柱(3)，所述的筒体外壁上间隔设有多个连通筒体内部的传感器接口(4)，每个传感器接口(4)上均设有与计算机相连的孔隙压力传感器(9)，通过上位机记录和显示孔隙压力传感器(9)的信息；所述的前端透盖(6)上也设有与上位机相连的孔隙压力传感器(9)，前端透盖(6)通孔经排水管(7)连接储水罐(27)，储水罐(27)与大气连通；所述的B泥浆筒(23)经b泥浆管(24)连接在筒体后部的外壁入口上，所述的A泥浆筒(17)经a泥浆管(18)、再经密封接头(12)连通后端透盖(10)；

所述切削系统包括动力单元(11)、连接在动力单元(11)上的传动轴(14)和与传动轴(14)相连位于土样筒(1)内的刀盘(15)，刀盘(15)的中心开有使传动轴(14)穿过的进浆孔(32)；所述的动力单元(11)设在可前后移动的导轨(13)上，所述的传动轴(14)为空心杆，传动轴(14)的轴心线与土样筒(1)的轴心线重合；

所述的加压系统包括储气罐(20)和控制储气罐(20)的压力控制器(21)；所述的储气罐(20)通过输气管分别连通A泥浆筒(17)和B泥浆筒(23)，通过压力控制器(21)控制储气罐向泥浆筒(17)和B泥浆筒(23)中输入气体压力。

2.根据权利要求1所述的动态泥浆渗透试验装置，其特征在于：所述的土样筒(1)的筒体由透明的有机玻璃制成，筒体的外壁上设有便观察刀盘所处位置和开挖面位置的刻度尺。

3.根据权利要求1所述的动态泥浆渗透试验装置，其特征在于：所述的储水罐(27)下方设有与计算机相连实时测量渗出水量的电子秤(26)。

4.根据权利要求1所述的动态泥浆渗透试验装置，其特征在于：所述的刀盘(15)由多个横截面为直角梯形结构的辐条(33)构成，每个辐条上都安装有用于切削土样的多个长方体金属块(16)。

5.根据权利要求1所述的动态泥浆渗透试验装置，其特征在于：所述的前端透盖(6)和后端透盖(10)与筒体内壁相接触的圆周面上开有半圆形凹槽，凹槽内设有的密封橡胶圈。

6.根据权利要求1所述的动态泥浆渗透试验装置，其特征在于：所述a泥浆管(18)上设有a开关阀门(19)，所述的b泥浆管(24)上设有b开关阀门(25)，所述的排水管(7)上设有开关阀门c开关阀门(8)。

7.根据权利要求1所述的动态泥浆渗透试验装置，其特征在于：所述的刀盘(15)的外径略小于土样筒筒体的内径。

8.根据权利要求1所述的动态泥浆渗透试验装置，其特征在于：所述的动力单元(11)包括安装在导轨(13)上的第一同步电机(30)和第二同步电机(31)，所述第一同步电机(30)用于带动动力单元(11)沿导轨移动，所述第二同步电机(31)用于带动刀盘旋转。

9.根据权利要求1所述的动态泥浆渗透试验装置，其特征在于：所述的后端透盖(10)的透孔处设有与传动轴(14)相配合的密封圈。

10.一种使用权利要求1-8任意项所述装置的测量动态泥浆渗透性能试验方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1：在土样筒(1)内依次放置透水隔板(5)和土样柱(3)，并对土样柱(3)进行饱水和压实处理；

步骤S2：先将切削系统中的将刀盘(15)和传动轴(14)安装在土样筒(1)内，保持刀盘(15)与土样筒(1)中的土样柱(3)表面间隔1～2cm，再将后端透盖(10)密封安装在土样筒(1)的后端，然后打开b开关阀门(25)，B泥浆筒(23)中的泥浆进入土样柱(3)表面与后端透盖(10)之间的空间内，直至填满；

步骤S3：对水平放置的土样筒(1)进行固定，将传动轴(14)通过密封接头(12)固定在动力单元(11)上；

步骤S4：设定A泥浆筒(17)与B泥浆筒(23)内的气体压力，通过压力控制器(21)调节所述A泥浆筒(17)与B泥浆筒(23)内的气体压力，使土样筒(1)内的泥浆压力在整个试验过程中保持稳定；将A泥浆筒(17)的a泥浆管(18)和传动轴(14)连接，同时打开a开关阀门(19)和排水管(7)上的开关阀门，对土样筒(1)内的土样柱(3)进行加压；

步骤S5：对土样柱加压15min后，启动第二同步电机(31)，使切削系统沿导轨(13)匀速向土样筒(1)移动，移动速度在0～60mm/min之间任意调节，同时启动第一同步电机(30)，使传动轴(14)上的刀盘(15)按固定转速转动切削土样柱(3)，转动速度在0～5r/min之间任意调节；

步骤S6：通过计算机记录孔隙压力传感器(9)的输出信号和电子秤(26)测量的数据，并观察土样筒筒体外壁上的刻度尺，当刀盘(15)掘进至距前段透盖(6)5cm时停止动力单元(11)；

步骤S7：将计算电子秤(26)测得的单位时间内排水量的变化量作为泥浆(2)渗透性能的评价指标，计算掘进过程中孔隙压力传感器(9)测的泥浆(2)压力与土样柱(3)中孔隙水压力之间的差值，作为评价泥浆压力传递效果的评价指标。