盾构密封垫抗渗性能可视化评估试验装置及其试验方法与流程

本发明涉及密封垫抗渗性能试验装置及其试验方法，特别涉及盾构密封垫抗渗性能的可视化评估试验装置及其试验方法。

背景技术：

盾构密封垫是应用于盾构隧道管片接缝处密封止水的主流材料，一般由单一的多孔型三元乙丙橡胶或多孔型三元乙丙橡胶与膨胀橡胶复合而成。由于盾构隧道埋深往往很深，一般处在地下水位以下，会受到较大的地下水压力，因此对盾构管片的防水提出了较高的要求，而管片接缝处密封垫防水性能的好坏是确保隧道在设计使用年限内能否有效抵抗地下水压力作用的关键，因此对密封垫的防水提出了较高的要求。目前对于盾构密封垫防水性能大多采用模型试验的方法进行评估。

申请号为201710266185.4的发明专利公开了一种隧道管片弹性密封垫的防水试验方法及装置，该装置由钢制底座、弹性密封垫、加压注水孔、压板等组成的试验装置，该装置通过预制带密封垫沟槽的混凝土试验台底座，虽然优化了试验测试工艺及试验装置结构，模拟了实际工程中管片接缝弹性密封垫的变形、受力等力学特性。但该发明所模拟的工况过于简单，未考虑内外水室压共同作用下的工况，对工程实际中经常出现的管片错缝、张开以及防水材料老化等未进行考虑，且整个防水试验过程不可视，关于盾构密封垫抗渗性能的评估也未能提出一种较好的判断标准，存在一定的局限性。

技术实现要素：

发明目的：本发明的目的是提供一种在内外水压可控控制下盾构密封垫抗渗性能的可视化评估试验装置及其试验方法。

技术方案：本发明的盾构密封垫抗渗性能可视化评估试验装置，包括置于万能试验机内的玻璃槽；置于玻璃槽内的两块透明岩，其中下透明岩与玻璃槽底部接触，上透明岩与下透明岩相对放置并与上覆盖板接触；密封垫置于上下透明岩之间形成密闭空间，为内水室；上覆盖板置于玻璃槽上形成密闭空间，为外水室；所述内水室通过内水液压输出管与内水水压机相连，外水室通过外水液压输出管与外水水压机相连；加载系统，包括万能试验机，与万能试验机相连的传力杆；数据采集系统，包括ccd相机、激光器和计算机，其中ccd相机与计算机相连，计算机与万能试验机相连。

优选地，所述上覆盖板分别与上透明岩、玻璃槽之间放置柔性防水橡胶垫。

优选地，在所述外水液压输出管穿过上覆盖板处、内水液压输出管穿过上透明岩处放置止水橡胶圈。

利用上述任意一项所述试验装置的试验方法，包括如下步骤：

(1)向装置的内外水室加入与透明岩、玻璃槽折射率相同的溶液，向内水室或外水室加入荧光剂；

(2)启动数据采集系统和加载系统，传力杆通过对上覆盖板施加荷载对密封垫产生竖向压力，数据采集系统采集、显示和存储可视化图像数据；

(3)分别启动内外水压机，实现内外水室压可控控制，使内外水室产生并逐步增大水压差，数据采集系统实时记录内外水室中的动态过程；当观察到荧光剂从一侧水室转移至另一侧时，即认定密封垫发生渗漏，停止试验；

(4)利用计算机图像处理软件对采集的照片进行分析，评估试验结果。

向内水室或外水室加入荧光剂是为了便于观察内水室或者外水室向另一侧水室渗透的现象，若向内水室和外水室中同时加入可以视觉区分两侧水室的荧光剂或者其他可显色的物质，仍可以达到本发明目的，本发明向一侧水室加入荧光剂为一种优选的方式。

优选地，向外水室中加入荧光剂，分别启动内外水压机，使外水室压大于内水室压并逐步增大水压差。优选操作步骤包括：(1)向外水室中加入荧光剂，启动内水水压机，对内水室施加水压并保持恒定；(2)启动外水水压机使内外水室压相同，然后逐步增大外水室压，通过数据采集系统实时记录内外水室中的动态过程；(3)当观察到内水室中出现荧光粒子时，认定密封垫发生渗漏，停止试验；(4)利用计算机图像处理软件对采集的照片进行分析，评估试验结果。

优选地，向内水室中加入荧光剂，分别启动内外水压机，使内水室压大于外水室压并逐步增大水压差。优选操作步骤包括：(1)向内水室中加入荧光剂，启动外水水压机，对外水室施加水压并保持恒定；(2)启动内水水压机使内外水室压相同，然后逐步增大内水室压，通过数据采集系统实时记录内外水室中的动态过程；(3)当观察到外水室中出现荧光粒子时，认定密封垫发生渗漏，停止试验；(4)利用计算机图像处理软件对采集的照片进行分析，评估试验结果。

优选地，将密封垫采用热空气老化箱进行老化处理后进行试验，评估盾构密封垫在老化工况下的防渗性能。

优选地，将密封垫上下两层偏离相互正对位置放置后进行试验，评估盾构密封垫在错缝工况下的防渗性能。

优选地，所述传力杆施加载荷于上覆盖板上偏离密封垫中心位置，评估盾构密封垫在张开工况下的防渗性能。

有益效果：(1)通过内外水水压机实现内外水室压可控控制，不仅可以评估盾构密封垫在外水室压作用下的抗渗性能，而且能够评估在内外水室压共同作用下的抗渗性能，其应用范围更广；(2)通过透明岩的可视化以及荧光剂的标记作用能够实时可视化观测盾构密封垫在各种工况下的动态变化，从而评估其抗渗性能；(3)本发明可视化模拟了盾构密封垫在内外压差、老化、管片错位及张开等复杂状态下的抗渗性能，更符合工程实际要求；(4)本发明的试验装置设计巧妙，结构简单，其试验方法易于操作。

附图说明

图1为本发明的系统示意图；

图2为本发明装置中玻璃槽的俯视图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

如图1所示，本发明提供的盾构密封垫抗渗性能可视化评估试验装置包括：置于万能试验机5内的玻璃槽1；置于玻璃槽1内的两块透明岩14，其中下透明岩与玻璃槽1底部接触，上透明岩与下透明岩相对放置并与上覆盖板16接触；密封垫7置于上下透明岩之间形成密闭空间，为内水室13，密封垫7上下两层相互正对放置，若将密封垫7上下两层偏离相互正对位置放置后进行试验，能够评估盾构密封垫在错缝工况下的防渗性能，若将密封垫7采用热空气老化箱进行老化处理后进行试验，能够评估评估密封垫在老化工况下的防渗性能；上覆盖板16置于玻璃槽1上形成密闭空间，为外水室3；内水室13通过内水液压输出管11与内水水压机10相连，外水室3通过外水液压输出管4与外水水压机2相连；上覆盖板16分别与上透明岩、玻璃槽1之间放置柔性防水橡胶垫6；在外水液压输出管4穿过上覆盖板16处、内水液压输出管11穿过上透明岩处放置止水橡胶圈17；加载系统，包括万能试验机5，与万能试验机5相连的传力杆9，传力杆9置于上覆盖板16上并处于透明岩14和密封垫7的中心位置，当传力杆9施加载荷于上覆盖板16上偏离密封垫7的中心位置时，由于密封垫7受力不均，使一侧密封垫张开，能够评估密封垫在张开工况下的防渗性能；数据采集系统，包括ccd相机8、激光器15和计算机12，其中ccd相机8与计算机12相连，计算机12与万能试验机5相连。

图2为本发明装置中玻璃槽的俯视图，可以看出密封垫7与上下透明岩之间形成的内水室13，内水室13之外、上覆盖板16与玻璃槽1形成的外水室3。

本装置所用的透明岩用常规方法制备即可。本实施方式的透明岩由玻璃砂、液体石蜡和正十三烷按照1.295：1：0.85的质量比混合，24℃加热搅拌、抽真空、振捣至透明，浇入长方形模具中制得。按如下步骤进行试验：

(1)向内外水室加入与透明岩14、玻璃槽1折射率相同的溴化钙溶液，当评估外水室压大于内水室压下防渗性能时向外水室3中加入荧光剂，当评估内水室压大于外水室压下防渗性能时向内水室13中加入荧光剂；

(2)启动数据采集系统：打开激光器15，并调整其具体位置，使其对准玻璃槽1的内水室13、外水室3、透明岩14区域，激光器15与玻璃槽1的外立面垂直相距350mm；打开ccd相机8，调整其支架的高度和角度，使ccd相机8的镜头垂直对准玻璃槽1的外立面，使其可视范围包含内水室13、外水室3、透明岩14；ccd相机8与计算机12相连，设置ccd相机8以2幅/秒的频率采集图像并传送至计算机12，通过计算机实现对图像数据的实时查看和存储。

启动万能试验机5，传力杆9正对上覆盖板16、透明岩14和密封垫7的中心，通过传力杆施加荷载于透明岩14上，对密封垫7施加竖向压力200kn；当传力杆9施加载荷于上覆盖板16上偏离密封垫中心位置时，由于密封垫7受力不均，使密封垫一侧张开，能够评估密封垫在张开工况下的防渗性能；

(3)防渗性能评估试验：

外水室压大于内水室压工况下防渗性能评估试验：向外水室3中添加荧光剂；启动内水水压机10，对内水室13施加0.5mpa的水压并保证试验过程中恒定；启动外水水压机2，对外水室3施加与内水室13相同的水压，试验过程中逐渐提高外水室压值，并通过数据采集系统实时记录内外水室中的动态过程；当观察到内水室13中出现荧光粒子时，即认定此时密封垫发生渗漏，停止试验；

内水室压大于外水室压工况下防渗性能评估试验：向内水室13中添加荧光剂；启动外水水压机2，对外水室3施加0.5mpa的水压并保持恒定；启动内水水压机10，对内水室13施加与外水室相同的水压，试验过程中逐渐提高内水室压值，并通过数据采集系统实时记录内外水室中的动态过程；当观察到外水室3中出现荧光粒子时，即认定此时密封垫发生渗漏，停止试验；

(4)利用计算机图像处理软件对采集的照片进行分析，评估试验结果。