[发明专利]一种动态泥浆渗透性能试验装置及方法

说明书

一种动态泥浆渗透性能试验装置及方法，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、A泥浆筒、B泥浆筒和储水罐，用于进行泥浆渗透并实时测量试验过程中孔隙压力和渗水量；所述切削系统包括动力单元、传动轴和刀盘，用于带动刀盘旋转前进以切削土样；所述加压系统包括储气罐和压力控制器，用于控制土样筒泥浆压力。该装置可开展盾构掘进过程中刀盘不断切削开挖面土体情况下的泥浆动态渗透模拟试验，并测量土体的孔隙水压力及地层渗水量的动态变化过程，进一步评价泥浆的渗透性能和泥浆压力在开挖面的传递效果，得出有效的结论，以指导实际泥水盾构施工项目。

技术领域

本发明涉及泥水盾构隧道施工技术领域，尤其是一种适用于泥浆稳定隧道开挖面的动态 泥浆渗透性能试验装置及方法。

背景技术

近年来，泥水盾构在城市轨道交通、公路隧道、输水隧洞等领域得到了广泛应用。泥水 盾构隧道多处在地下水位以下，通过施加略高于开挖面水土压力的泥浆压力来维持开挖面的 稳定，泥浆渗透过程中固相颗粒物逐渐堵塞地层孔隙，进而形成透水性较低的泥膜，维持泥 浆与开挖面水土之间的压力差。泥浆压力差一部分通过泥膜传递给开挖面土体，以提高土体 的有效应力；另一部分则传递给地层中的水，在土体中产生超孔隙水压力，但超孔隙水压力 会低开挖面土体的稳定性。所以，泥浆对地层的渗透性能和泥浆压力的传递效果直接影响到 开挖面的稳定性。

目前，泥水盾构施工中主要通过调节泥浆的比重、粘度和滤失量等特征参数来应对不同 地层条件，未考虑到泥浆压力在开挖面的传递效果问题，且对泥浆特征参数的选择往往靠已 有的施工经验，因此，在现场应用的过程中效果并不理想。国内一般采用静态泥浆渗透试验 装置开展泥浆渗透规律研究，通过测量泥浆的比重、粘度、滤失量和泥膜厚度等特征参数来 应对不同地层条件，未考虑开挖过程中由于刀具对开挖面土体的切削而导致的泥浆渗透和泥 膜形成过程周期性的破坏和重建，也未测量和评价泥浆压力差在开挖面的传递规律，导致对 泥浆性能的研究方法过于简化，对泥浆性能的评价指标不够全面。

因此，如何模拟实际施工过程开挖过程中泥浆的渗透过程，获取泥浆压力对不同地层的 渗透性能和泥浆压力在开挖面的传递效果，是本领域技术人员急需解决的一大难题。

发明内容

技术问题：本发明的目的是要克服现有技术中的不足之处，提供一种结构简单、操作方 便、能获取不同地层的动态泥浆渗透性能试验装置及方法。

技术方案：本发明的一种动态泥浆渗透性能试验装置，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、A泥浆筒、B泥浆筒和储水罐；所述的土样筒包括筒体、设 在筒体两侧的前端透盖和后端透盖，筒体内前部依次设有透水隔板的土样柱，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，每个传感器接口上均设有与计算机相连的孔 隙压力传感器，通过上位机记录和显示孔隙压力传感器的信息；所述的前端透盖上也设有与 上位机相连的孔隙压力传感器，前端透盖通孔经排水管连接储水罐，储水罐与大气连通；所 述的B泥浆筒经b泥浆管连接在筒体后部的外壁入口上，所述的A泥浆筒经a泥浆管、再经 密封接头连通后端透盖；

所述切削系统包括动力单元、连接在动力单元上的传动轴和与传动轴相连位于土样筒内 的刀盘，刀盘的中心开有使传动轴穿过的进浆孔；所述的动力单元设在可前后移动的导轨上， 所述的传动轴为空心杆，传动轴的轴心线与土样筒的轴心线重合；

所述的加压系统包括储气罐和控制储气罐的压力控制器；所述的储气罐通过输气管分别 连通A泥浆筒和B泥浆筒，通过压力控制器控制储气罐向A泥浆筒和B泥浆筒中输入气体压 力。

所述的土样筒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。

所述的储水罐下方设有与计算机相连实时测量渗出水量的电子秤。