[发明专利]一种模拟泥水盾构泥浆渗透成膜的变截面试验装置及方法

说明书

本发明公开了一种模拟泥水盾构泥浆渗透成膜的变截面试验装置及方法，包括试验柱体，所述试验柱体包括相连接的上部筒体和下部筒体，下部筒体的直径大于上部筒体的直径；上部筒体内下部设置泥水仓，下部筒体内由上至下依次设置地层填充仓和卵石过滤层；上部筒体下部和下部筒体上部侧壁设置测压计，下部筒体底部侧壁与量筒连接，量筒底部配合设置计量秤，测压计和计量秤均与上位机连接。

技术领域

本发明属于泥水盾构施工技术领域，具体涉及一种模拟泥水盾构泥浆渗透成膜的变截面试验装置及方法。

背景技术

这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。

泥水盾构以其对高渗透性地层良好的支护能力和低扰动性被广泛应用于越江河隧道的建设。泥水盾构施工的关键是在开挖面前方形成一层致密的泥膜，泥浆压力通过泥膜作用在土骨架上以平衡地层中的水土压力，从而维持开挖面的稳定性，所以明确泥膜形成机理及泥膜质量影响因素是维持开挖面稳定的核心因素。

实际泥浆盾构掘进过程中，泥水仓四周长约一米距离无盾壳支护，泥浆喷射过程中在泥水仓四周无盾壳区域形成泥膜，泥浆在此区域渗透进而对前方开挖面产生一定的影响。发明人发现，现有的泥浆渗透成膜试验装置为等截面渗透柱装置，开展的是一维的定向型渗透试验，并没有考虑到泥水仓四周泥膜形成质量及渗流场变化对开挖面稳定性的影响，从而与实际工程中的三维扩散型渗透有一定的偏差。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种模拟泥水盾构泥浆渗透成膜的变截面试验装置及方法，该装置可以监测地层中孔隙水压力的变化规律、滤水量大小以及泥膜形成情况，可以用来模拟探究三维空间中泥浆颗粒运移规律。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

第一方面，本发明的实施例提供了一种模拟泥水盾构泥浆渗透成膜的变截面试验装置，包括试验柱体，所述试验柱体包括相连接的上部筒体和下部筒体，下部筒体的直径大于上部筒体的直径；上部筒体内下部设置泥水仓，下部筒体内由上至下依次设置地层填充仓和卵石过滤层；上部筒体下部和下部筒体上部侧壁设置测压计，下部筒体底部侧壁与量筒连接，量筒底部配合设置计量秤，测压计和计量秤均与上位机连接。

作为进一步的技术方案，所述地层填充仓和卵石过滤层充填整个下部筒体。

作为进一步的技术方案，所述试验柱体置于试验架内，试验架包括上下相对设置的顶板和底板，顶板和底板之间设置竖向的立柱，试验柱体置于顶板和底板之间，上部筒体顶端与顶板底部连接，下部筒体底端与底板顶部连接。

作为进一步的技术方案，所述上部筒体顶部侧壁设置注浆孔，由注浆孔向上部筒体内注入浆液；上部筒体底部侧壁设置有排泥阀，排泥阀对应设置于下部筒体顶部上方。

作为进一步的技术方案，所述上部筒体还与泥浆加压装置连接，泥浆加压装置包括与上部筒体顶部侧壁连接的调压装置，调压装置与空压机连接，在上部筒体顶部侧壁与调压装置之间设置有进气阀。

作为进一步的技术方案，所述下部筒体顶部设有开口，上部筒体连接于下部筒体的开口处，二者连接后相通。

作为进一步的技术方案，所述地层填充仓内充填土层，地层填充仓顶部对应于上部筒体下方区域设置柱形空间，柱形空间内充填泥浆。

作为进一步的技术方案，所述柱形空间内侧沿圆周方向设置钢丝网。

作为进一步的技术方案，所述下部筒体上部侧壁并列从上至下设置多个测压计，上部筒体和下部筒体均设置刻度线，量筒和下部筒体之间设置排水阀。

第二方面，本发明实施例还提供了一种采用如上所述的变截面试验装置的试验方法，包括以下步骤：

配制泥浆，检查试验装置的气密性；