一种用于泥膜形成实验台的多功能测量装置的制作方法

本实用新型涉及盾构施工测试技术领域，特别涉及一种用于泥膜形成实验台的多功能测量装置。

背景技术：

在泥膜形成实验台中，测量筒用于模拟泥水盾构施工中泥膜形成的环境，并测量获得泥膜形成相关的一系列试验参数，是泥膜形成试验装置的核心组成部分。测量筒安装有监测试验过程必须的传感器，其内部密闭空间内填充模拟地层，并加入压力泥浆，模拟泥浆渗入地层形成泥膜的过程。现有的类似实验台中，测量筒一般采用固定竖直放置，使模拟地层边界与泥膜渗透方向与实际泥水盾构施工的情况不一致。

为了能够真实的模拟泥水盾构施工中泥膜形成的过程，测量筒首先必须能够提供良好的模拟能力，使试验尽可能接近泥水盾构的工作环境；其次必须具有稳定、详尽的数据采集能力，使获取的试验数据准确、客观的反映整个试验过程，减小或避免试验误差。

技术实现要素：

本实用新型的目的在针对泥膜形成试验的特殊要求，设计一种用于泥膜形成实验台的多功能测量装置，可以根据泥水盾构施工中泥膜形成条件的需求，为泥膜形成试验提供良好的模拟环境与监测环境，实现泥膜形成实验台的试验功能。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案是：一种用于泥膜形成实验台的多功能测量装置，它包括支架、中部两侧铰接在支架上的测量筒、分别安装在测量筒上、下两端的上连接阀和下连接阀、以及通过连接管与下连接阀相连通的渗透筒；所述测量筒包括透明筒体、分别封装在透明筒体上、下两端的上端盖和下端盖、以及连接在上端盖和下端盖之间的铰接支撑架；在所述透明筒体内由下至上依次设置有过滤层、模拟地层以及泥浆层；在透明筒体的筒体外面两侧分别以轴向均布交错布置的方式安装有多个用于检测模拟地层与泥浆层在筒体两侧孔压变化情况的孔隙水压力传感器；所述孔隙水压力传感器的信号输出端分别通过信号线与监测主机连接；所述渗透筒包括渗透筒体以及多个由下至上均布安装在渗透筒体上的排水阀，该渗透筒通过底部设置的进水口与连接管连接。

进一步的，所述支架由底板以及对称安装在底板两侧板面上的三角支架组成。

进一步的，所述铰接支撑架由多个环绕透明筒体中心轴均布连接在上端盖和下端盖之间的拉杆、以及两个对称设置在透明筒体中部的翻转座组成；所述拉杆从同侧的翻转座中穿过；在翻转座的外侧以同轴的方式分别设置有铰接轴，所述铰接轴的中心轴与透明筒体的中心轴垂直相交；所述铰接轴分别与对应侧三角支架顶部设置的铰接孔连接。

进一步的，所述上连接阀和下连接阀均为三通式管路结构，上连接阀和下连接阀的一端管路分别与上端盖和下端盖上所开设的管口相连接；其中，上连接阀余下的两端管路分别通过泥浆控制阀和进气控制阀与泥浆泵出口和压力气源相连通；下连接阀余下的两端管路分别通过进水控制阀和通断阀与压力水源和连接管相连通。

具体来说：本实用新型的用于泥膜形成实验台的多功能测量装置由测量筒、支架、上连接阀、下连接阀、渗透筒和连接管组成。测量筒由筒体、上端盖、下端盖、连接杆、翻转座及孔隙水压力传感器组成；筒体左右两侧各有一排等间距螺纹孔，两排螺纹孔沿筒体轴线方向交错分布，螺纹孔内安装孔隙水压力传感器；上端盖和下端盖装入筒体两端，通过四根拉杆拉紧，将筒体密封；上端盖上安装有两个阀门，用于控制压力泥浆和压力空气的通断；下端盖上安装有两个阀门，用于控制压力水和渗透筒的通断。翻转座通过拉杆固定在筒体中部。筒体总成通过翻转座铰接在支架上，可绕铰接位置旋转，并能在竖直位置和水平位置固定。渗透筒通过连接管与测量筒连接，当通断阀打开时，可以控制渗入模拟地层中的水头高度。该装置可以实现加压泥浆在模拟地层中的渗透，观察并测量泥膜形成过程及参数变化情况，并进行泥浆水平渗透和竖直渗透试验对比，通过两排传感器相对、交错布置，可以对采集的数据进行分析对比，及时发现数据异常，排除试验过程中干扰因素的影响,取得更好的试验效果。

本实用新型的有益效果是：

1、采用有透明筒体，可以对泥浆渗透及泥膜形成过程进行直接观察；

2、通过两排传感器相对、交错布置，可以对采集的数据进行分析对比，及时发现数据异常，排除试验过程中干扰因素的影响。

3、试验中泥浆压力具备两种施加方式。竖直放置时，可以采用压力气体加压，也可以采用压力泥浆加压，从而模拟间接加压型和直接加压型两种泥水盾构机泥浆压力控制方式对泥膜形成的影响；水平放置时，可以采用泥浆直接加压，此时模拟地层边界状态与实际泥水盾构施工地层边界状态一致。

4、可以获取泥浆在模拟地层边界中两种渗透方向形成泥膜的试验数据，通过两类数据的对比，可以明确模拟地层边界的不同状态对泥膜形成的影响程度，从而对竖置状态下相关试验的可靠性进行评估，保证试验数据的可靠性。

采用本实用新型的测量装置进行试验时，可以使测量筒竖直放置或者水平放置。竖直放置时，可以通过直接输入压力泥浆模拟直接控制型泥水盾构进行泥膜形成试验，也可以采用压缩气体对泥浆间接加压模拟间接控制型泥水盾构进行泥膜形成试验。测量筒水平放置时，模拟地层的边界状态和泥浆渗透方向与实际开挖过程一致，可以更直接的反映施工条件下泥膜形成的规律。通过与竖置试验方式数据的对比，可以明确模拟地层边界的不同放置状态对试验结果的影响程度，对竖置状态下相关试验的可靠性进行评估，保证试验数据的可靠性。筒体为采用有机玻璃制成的透明圆筒，可以方便的直接观察到整个试验过程；筒体左右两侧交错分布着两排孔隙水压力传感器，可以对泥膜形成过程中泥浆和模拟地层各个位置的孔隙水压力进行连续、细致的监测，并且可以对比左右两侧的试验数据，及时发现并处理数据异常情况，提高试验数据的准确性。

附图说明

图1为本实用新型多功能测量装置的竖直状态结构图。

图2为本实用新型多功能测量装置的水平状态结构图。

图3为测量筒的结构图。

图4为图3的轴向剖视图。

图5为渗透筒的结构图。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体的实施方式对本实用新型泥浆携渣能力测量装置做更加详细的描述：

如图1-5所示，本实用新型的用于泥膜形成实验台的多功能测量装置包括支架2、中部两侧铰接在支架2上的测量筒1、分别安装在测量筒1上、下两端的上连接阀4和下连接阀5、以及通过连接管6与下连接阀5相连通的渗透筒3；所述测量筒1包括透明筒体11、分别封装在透明筒体11上、下两端的上端盖12和下端盖13、以及连接在上端盖12和下端盖13之间的铰接支撑架；在所述透明筒体11内由下至上依次设置有过滤层17、模拟地层18以及泥浆层19；在透明筒体11的筒体外面两侧分别以轴向均布交错布置的方式安装有多个用于检测模拟地层18与泥浆层19在筒体两侧孔压变化情况的孔隙水压力传感器14；所述孔隙水压力传感器14的信号输出端分别通过信号线与监测主机连接；所述渗透筒3包括渗透筒体31以及多个由下至上均布安装在渗透筒体31上的排水阀32，该渗透筒3通过底部设置的进水口与连接管6连接。

较佳的，本实用新型所述支架2由底板以及对称安装在底板两侧板面上的三角支架组成。

较佳的，如图3所示，本实用新型所述铰接支撑架由多个环绕透明筒体11中心轴均布连接在上端盖12和下端盖13之间的拉杆15、以及两个对称设置在透明筒体11中部的翻转座16组成；所述拉杆从同侧的翻转座16中穿过；在翻转座16的外侧以同轴的方式分别设置有铰接轴，所述铰接轴的中心轴与透明筒体11的中心轴垂直相交；所述铰接轴分别与对应侧三角支架顶部设置的铰接孔连接。

较佳的，如图3-4本实用新型所述上连接阀4和下连接阀5均为三通式管路结构，上连接阀和下连接阀的一端管路分别与上端盖12和下端盖13上所开设的管口相连接；其中，上连接阀余下的两端管路分别通过泥浆控制阀41和进气控制阀42与泥浆泵出口和压力气源相连通；下连接阀余下的两端管路分别通过进水控制阀51和通断阀52与压力水源和连接管6相连通。

更具体的，本实用新型的用于泥膜形成实验台的多功能测量装置由测量筒1、支架2、渗透筒3、上连接阀4、下连接阀5、连接管6组成。测量筒1铰接于支架2上，可相对于支架2旋转。工作状态下，测量筒1可以固定于竖直位置，也可以固定于水平位置。上连接阀4和下连接阀5安装在测量筒1上。渗透筒3通过下连接阀5和连接管6与测量筒1连通；图3和图4展示了测量筒1、渗透筒3、上连接阀4和下连接阀5的具体组成方式。测量筒1由透明筒体11、上端盖12、下端盖13、孔隙水压力传感器14、连接管15、翻转座16组成。上端盖12和下端盖13通过拉杆15固定在透明筒体11上，形成测量筒1的内部密闭空间，内部由下向上依次填充过滤层17、模拟地层18及泥浆层19。上连接阀4安装于上端盖12，下连接阀5安装于下端盖13。上端盖12和下端盖13均加工有孔洞，使测量筒1内部空间与外界连通。泥浆控制阀41用于控制压力泥浆的进入，进气控制阀42用于控制压力气体的进入，进水控制阀51用于控制压力水的进入，通断阀52用于控制测量筒1和渗透筒3的通断。如图5所示，渗透筒3由筒体31及安装于筒壁的一组等间距排水阀32组成，通过排水阀32可以控制渗透筒内部水柱高度，从而调节测量筒1内部模拟地层的水头高度。

透明筒体11左、右两侧各加工有一排等间距螺纹孔，如图3-4所示，两侧螺孔开孔位置沿筒体轴线方向交错分布，孔隙水压力传感器14安装在螺纹孔内。这种布置使孔隙水压力传感器14可以同时监测模拟地层18及泥浆19在筒体两侧的孔压变化情况，并得出其分布规律。通过对比相对位置及相邻位置孔压大小和变化情况，通过监测主机可以及时发现异常监测数据，排除试验装置故障或材料问题导致的问题，提高试验数据的准确性。

本实用新型的使用过程是：试验准备阶段，测量筒1竖直放置，打开上端盖12，将内部依次填充过滤层17和模拟地层18。然后打开进水控制阀51及通断阀52，水通过阀门51缓慢渗入测量筒1及渗透筒3。由于测量筒1与渗透筒3底部连通，通过控制排水阀32的打开位置，可使渗入模拟地层18中的水达到排水阀32打开位置的水头高度，使模拟地层18最终达到饱和状态。随后，关闭进水控制阀51及通断阀52，将配置好的泥浆,注入模拟地层18上部，盖上端盖12，完成试验准备。

采用图1 所示的竖置放置测量筒1时，可以将模拟地层18上部空间注满泥浆，打开泥浆控制阀41、关闭进气控制阀42，由泥浆控制阀41注入压力泥浆实现泥浆的直接加压；也可以将模拟地层18上部空间注入半腔泥浆，关闭泥浆控制阀41、打开进气控制阀42，由进气控制阀42注入加压气体实现泥浆的间接加压。这两种方式可以分别模拟直接控制型泥水盾构和间接控制型泥水盾构的泥浆加压模式，进而对比分析两种模式对泥膜形成过程的影响。

采用图2所示的横置放置测量筒1时，必须将模拟地层18上部空间注满泥浆，打开泥浆控制阀41、关闭进气控制阀42，由泥浆控制阀41注入压力泥浆实现泥浆的直接加压。此种方式下模拟地层的边界状态和泥浆渗透方向与实际开挖过程一致，可以更直接的反映施工条件下泥膜形成的规律。通过与竖置试验方式数据的对比，可以明确模拟地层边界的不同放置状态对试验结果的影响程度，对竖置状态下相关试验的可靠性进行评估，保证试验数据的可靠性。

以上所述仅为本实用新型示意性的具体实施方式，并非用以限定本实用新型的范围，任何本领域的技术人员在不脱离本实用新型构思和原则的前提下所做出的等同变化与修改，均应属于本发 明保护的范围。