一种模拟泥水盾构泥浆在地层中渗透的可视化装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开一种模拟泥水盾构泥浆在 地层中渗透的可视化装置，包括一个放置试验地层的有机玻璃模型箱、放置泥浆的有机玻璃直角圆筒和施加压力的气压源；有机玻璃箱上部设置泥浆溢流槽，箱体上设有刻度尺；有机玻璃圆筒顶部采用可以拆卸的法兰盘密封，圆筒柱上设有刻度尺，侧壁与气压源相接，底部侧壁设置排泥阀，底部另一端安装具有一定开口率的模型刀盘；模型刀盘由两片通过转轴连接的可相对旋转的挡土片组成，通过旋转的角度调节开口率的大小。实验装置采用透明的有机玻璃制作，实验土层采用透明土模拟，实验过程可以实时观测到泥浆在地层中的渗透形态，并精确观测到泥膜的形成类型和泥浆的渗透距离。该实用新型属于地下工程领域。
【专利说明】
一种模拟泥水盾构泥浆在地层中渗透的可视化装置
技术领域
[0001]本实用新型涉及的是一种对泥水盾构掘进过程中向开挖面注入泥浆以平衡水土压力的渗透过程和带压开舱条件下形成开挖面泥膜的渗透过程进行观测的模拟试验装置。该装置能完成可视化地层条件、泥浆压力和不同刀盘开口率条件下泥浆渗透过程的模拟，并直观观测泥浆在各个方向的渗透形态。该装置能实现泥浆在地层中的可视化渗透。该实用新型属于地下工程领域。
【背景技术】
[0002]近年来，我国盾构法施工的隧道工程量大幅度增长，尤其在城市地铁和过江过河及海底隧道的建设中，被广泛地采用，在盾构机向前掘进过程中，需向地层中注入泥浆以平衡地层中水土压力，保持开挖面稳定。同时，由于地质条件复杂多变，盾构机出现刀盘刀具磨损严重、刀盘结饼、刀具与地层不匹配需要更换等情况，而不得不停机进行开舱清理或维修等作业，需要向开挖面注入泥浆形成泥膜保持维修空间稳定，如南京长江隧道工程在江底粉细砂、砾砂地层中进行的维修性带压开舱，由于受到隧道上部有河流、湖泊等水域、构筑物或者其他原因的影响，从地表加固地层常压开舱的方法被限制，因此采用以压气工法为基础的带压开舱方法。
[0003]随着透明土合成技术的发展及透明土三轴试验等物性实验的开展，证明了透明土应用于实验研究的可能性并逐步应用于盾构隧道研究，已有实验采用透明土研究盾构开挖引起的周围土体内部变形规律、盾构隧道壁后同步注浆模型等。
[0004]本实用新型设计了一种利用泥浆渗透原理和透明土模拟地层观测泥浆渗透规律的试验装置。该装置通过透明土模拟原位条件下不同刀盘开口率的泥浆渗透，通过观测各个方向的渗透全过程研究泥浆渗透规律。该装置可直观简便地确定原位条件下各方向泥浆的渗透规律，对盾构施工具有指导作用。
【实用新型内容】
[0005]本实用新型的目的是要设计一种可视化观测泥浆各方向渗透带形态的试验装置。
[0006]本实用新型的技术方案如下:
[0007]—种模拟泥水盾构泥浆在地层中渗透的可视化装置，包括有机玻璃箱、有机玻璃直角圆筒和用于施加压力的气压源；
[0008]所述有机玻璃箱的底部放置有用于模拟工程地层的中粗粒径透明土，在机玻璃箱的上部设置有泥浆溢流槽，有机玻璃箱的箱体上设有用于量测透明土地层厚度的箱体刻度尺；
[0009]所述有机玻璃直角圆筒包括用于模拟泥水盾构刀盘向地层注入泥浆的水平玻璃管和用于控制泥浆量和施加气压的竖直玻璃管;有机玻璃圆筒的顶部通过可拆卸的法兰盘进行密封，竖直玻璃管上设有刻度尺，竖直玻璃管的顶部侧壁与气压源相连接，其底部侧壁设置有排泥阀。
[0010]所述有机玻璃直角圆筒的水平玻璃管的前端安装有泥水盾构模型刀盘，所述泥水盾构模型刀盘由两片内外紧贴的圆形挡土片组成，外侧挡土片固定在水平玻璃管的前端上，所述外侧挡土片上每间隔30°开设一转角为30°的扇形开口；内测挡土片通过转轴与外侧挡土片同轴连接，并固定在转轴上，所述内侧挡土片上每间隔32°开设一转角为28°的扇形开口。
[0011]所述气压源由空压机和稳压阀组成。
[0012]所述有机玻璃箱尺寸为50CmX50CmX50Cm;有机玻璃直角圆筒水平玻璃管长为20cm;有机玻璃直角圆筒伸入有机玻璃箱长为1cm;所述法兰盘厚2cm;所述挡土片的直径为10cm。本实用新型的技术效果:
[0013]本实用新型能观察泥水盾构掘进过程和带压开舱条件下泥浆在地层中各个方向的渗透全过程，通过改变刀盘开口率进研究泥浆渗透规律，从而确定泥浆的用量，指导盾构施工。
[0014]【附图说明】:
[0015]图1:本实用新型所用的模拟泥水盾构泥浆在地层中渗透的可视化试验装置示意图；
[0016]图2:本实用新型所用泥水盾构模型刀盘外侧挡土片示意图；
[0017]图3:本实用新型所用泥水盾构模型刀盘内侧挡土片示意图；
[0018]其中:1、有机玻璃箱；2、泥浆溢流槽；3、有机玻璃直角圆筒;4、法兰盘;5、模型刀盘;6、排泥阀；7、气压源;8、转轴;9、刻度尺;10、箱体刻度尺;11、稳压阀。
【具体实施方式】
[0019]下面结合附图对本实用新型进行进一步说明。如图1所示，一种模拟泥水盾构泥浆在地层中渗透的可视化装置，包括有机玻璃箱1、有机玻璃直角圆筒3和用于施加压力的气压源7;有机玻璃箱I的底部放置有用于模拟工程地层的中粗粒径透明土，在机玻璃箱I的上部设置有泥浆溢流槽2，有机玻璃箱I的箱体上设有用于量测透明土地层厚度的箱体刻度尺10;有机玻璃直角圆筒3包括用于模拟泥水盾构刀盘向地层注入泥浆的水平玻璃管和用于控制泥浆量和施加气压的竖直玻璃管;有机玻璃圆筒3的顶部通过可拆卸的法兰盘4进行密封，竖直玻璃管上设有刻度尺9，竖直玻璃管的顶部侧壁与气压源7相连接，其底部侧壁设置有排泥阀6。
[0020]有机玻璃箱顶部侧壁设有排水口，且要求滤网孔径小于透明土孔径。
[0021]有机玻璃圆筒顶部侧壁与气压源通过硬橡胶管经阀门相连，有机玻璃圆筒侧壁底部通过排泥阀与外界相通，如图2所示，有机玻璃圆筒左端面设有开口面积小于20%的挡土片。有机玻璃直角圆筒3的水平玻璃管的前端安装有泥水盾构模型刀盘5，泥水盾构模型刀盘5由两片内外紧贴的圆形挡土片组成，外侧挡土片固定在水平玻璃管的前端上，外侧挡土片上每间隔30°开设一转角为30°的扇形开口；如图3所示，内测挡土片通过转轴8与外侧挡土片同轴连接，并固定在转轴8上，内侧挡土片上每间隔32°开设一转角为28°的扇形开口。
[0022]气压源7由空压机和稳压阀11组成。
[0023]有机玻璃箱I尺寸为50CmX50CmX50Cm;有机玻璃直角圆筒3水平玻璃管长为20cm;有机玻璃直角圆筒3伸入有机玻璃箱I长为1cm;法兰盘4厚2cm;挡土片的直径为1cm0
[0024]有机玻璃圆筒为顶端开口的密封容器，顶端通过法兰盘与上盖相联，有机玻璃圆筒侧壁刻有毫米刻度，用来测量泥浆的高度。
[0025]有机玻璃箱侧壁刻有毫米刻度，用来测量透明土模拟土层的高度。
[0026]排泥阀的位置尽量靠近装置底部。
[0027]模拟地层层为熔融的石英砂和溴化钙溶液配置的满足级配要求的的透明土中粗砂。
[0028]本实用新型实施过程如下:
[0029](I)调节刀盘开口率:转动转轴8，调节刀盘开口率为O。
[0030](2)制备地层:制备透明土模拟自然砂土，配置满足级配要求的中粗砂地层。再用分层击实的方法装入试验土，然后从下往上注溴化钙溶液饱和地层，饱和过程中，应防止地层隆起或砂沸。
[0031](3)形成渗透带:关闭阀门6，注入试验泥浆，用刻度尺控制泥浆用量，将装置密封。转动转轴8，调节一定刀盘开口率，打开气压源阀门，调节气压至预定值，泥浆开始渗入试验透明土土层并形成渗透带，观察渗透全过程，一定时间后关闭气压源阀门，渗透结束，打开排泥阀6，排出多余泥浆。可观测各方向渗透带形式。
【主权项】
1.一种模拟泥水盾构泥浆在地层中渗透的可视化装置，其特征在于，包括有机玻璃箱(I)、有机玻璃直角圆筒(3)和用于施加压力的气压源(7); 所述有机玻璃箱(I)的底部放置有用于模拟工程地层的中粗粒径透明土，在有机玻璃箱(I)的上部设置有泥浆溢流槽(2)，有机玻璃箱(I)的箱体上设有用于量测透明土地层厚度的箱体刻度尺(10); 所述有机玻璃直角圆筒(3)包括用于模拟泥水盾构刀盘向地层注入泥浆的水平玻璃管和用于控制泥浆量和施加气压的竖直玻璃管;有机玻璃直角圆筒(3)的顶部通过可拆卸的法兰盘(4)进行密封，竖直玻璃管上设有刻度尺(9)，竖直玻璃管的顶部侧壁与气压源(7)相连接，其底部侧壁设置有排泥阀(6)。2.根据权利要求1所述的一种模拟泥水盾构泥浆在地层中渗透的可视化装置，其特征在于，所述有机玻璃直角圆筒(3)的水平玻璃管的前端安装有泥水盾构模型刀盘(5)，所述泥水盾构模型刀盘(5)由两片内外紧贴的圆形挡土片组成，外侧挡土片固定在水平玻璃管的前端上，所述外侧挡土片上每间隔30°开设一转角为30°的扇形开口；内侧挡土片通过转轴(8)与外侧挡土片同轴连接，并固定在转轴(8)上，所述内侧挡土片上每间隔32°开设一转角为28°的扇形开口。3.根据权利要求1所述的一种模拟泥水盾构泥浆在地层中渗透的可视化装置，其特征在于，所述气压源(7)由空压机和稳压阀(11)组成。4.根据权利要求2所述的一种模拟泥水盾构泥浆在地层中渗透的可视化装置，其特征在于，所述有机玻璃箱(I)尺寸为50CmX50CmX 50cm;有机玻璃直角圆筒(3)水平玻璃管长为20cm;有机玻璃直角圆筒(3)伸入有机玻璃箱(I)长为1cm;所述法兰盘(4)厚2cm;所述挡土片的直径为I Ocm ο
【文档编号】E21B49/00GK205477604SQ201620299444
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年4月12日
【发明人】杜佳芮, 闵凡路, 王媛, 徐静波
【申请人】河海大学