一种用于泥浆渗透试验原状渗透砂样的取样方法及装置

本发明涉及泥水盾构隧道掘进，尤其涉及一种用于泥浆渗透试验原状渗透砂样的取样方法及装置。

背景技术：

1、公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

2、随着盾构技术的发展和利用，泥水盾构隧道凭借其开挖效率高、适用土层广和开挖稳定性高等优点，被广泛运用于各种跨江越海隧道的开挖。泥水盾构主要是通过开挖仓内的泥浆在掌子面形成一层一定厚度的泥膜和泥浆渗透带，借此泥膜和泥浆渗透带将泥水压力有效的传递至掌子面，用以平衡掌子面外侧的土水压力总和，进而维持掌子面的稳定性。

3、目前针对隧道掌子面上形成的泥膜和渗透带所进行的试验主要是室内泥浆渗透试验，将提前制备好的浆液放置在经过压实饱和的一定孔隙的砂柱上，在一定气压作用下使浆液渗透进入砂柱，观察泥膜和渗透带形成情况、超静孔隙水压力和滤水量变化等参数，来评价浆液性能的优劣；除此之外，还可针对渗透之后的泥膜和掺杂有浆液的渗透带砂柱进行强度分析、sem电镜扫描、ct扫描等更深层次的研究分析，但是，这其中一个最大的难题就是如何进行渗透砂柱的原状取样。

4、目前针对泥浆渗透试验中已有的取样方法大多是利用土体试验中的取样器或环刀取样，但是，上述取样方法主要适用于土体颗粒细小的黏质土原状取样，对于渗透试验所用的相对粒径较大的砂土原状取样不太适用，并且砂土相对较为松散，通过上述方法难以成功取到完整的原状渗透砂柱。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足，本发明实施例的目的是提供一种用于泥浆渗透试验原状渗透砂样的取样方法，实现对粒径较大的砂土经过泥浆渗透之后形成的泥浆+砂土复合体的原状取样。在得到原状试样的基础上，进行一系列深入的室内试验研究，如强度分析、sem电镜扫描、ct扫描等，进而探明不同泥浆与不同砂土之间的相互渗透作用机理，揭示泥水盾构维持开挖面稳定性的作用原理和提出泥水盾构最优泥浆配比及性能。

2、为了实现上述目的，本发明实施例提供了如下技术方案：

3、一种用于泥浆渗透试验原状渗透砂样的取样方法，包括：填充砂层并压实处理，当填充到需要取样的砂层高度时放入闭合状态的取样装置，继续填砂压实直到完成砂层的填充压实，其中，所述取样装置包括第一筒体和第二筒体，所述第一筒体和第二筒体一端转动连接；进行泥浆渗透试验，在所述取样装置中形成泥浆和砂土复合体的渗透带；清理所述取样装置周围的砂土，取出取样装置，转动第一筒体和第二筒体打开所述取样装置，获得原状泥浆和砂层复合体试样。

4、可选的，根据条件选择取样装置参数，所述条件包括砂层粒径大小和后续准备进行的砂样分析试验类型，所述取样装置参数包括取样装置的形状、大小以及取样装置的网眼大小。

5、可选的，所述泥浆渗透试验过程包括：

6、泥浆在稳定气压作用下渗透进入砂层之中，渗透持续预定时间后，在砂层表面会形成一层泥膜，在砂层中形成一段泥浆和砂土复合体的渗透带，所述取样装置位于所述渗透带内。

7、可选的，取出取样装置后先经过高温烘干水分后，再转动第一筒体和第二筒体打开所述取样装置，获得原状泥浆和砂层复合体试样。

8、可选的，获得原状泥浆和砂层复合体试样后进行试验分析，所述试验分析包括强度分析、sem电镜扫描和ct扫描试验，所述强度分析包括三轴剪切试验、直接剪切试验和立方体抗压试验。

9、本发明实施例还提供了一种用于如上所述取样方法的取样装置，包括取样筒、合页和锁扣；所述取样筒包括分体的第一筒体和第二筒体，所述第一筒体和第二筒体拼接成完整的取样筒，所述取样筒两端均开口，且拼接缝平行于取样筒的轴线，所述第一筒体第一侧边和第二筒体第一侧边通过合页转动连接，所述第一筒体的第二侧边和第二筒体的第二侧边通过锁扣连接。

10、可选的，所述取样筒上设置有网眼，所述网眼均匀分布在取样筒侧壁上，且贯穿取样筒的侧壁，所述网眼尺寸大于所用砂样粒径的2倍。

11、可选的，所述取样筒横截面为矩形或圆形。

12、可选的，所述取样筒为矩形时，取样筒的边长为100mm。

13、可选的，所述取样筒为圆形时，取样筒直径为39.1mm、高为80mm，或者取样筒直径为61.8mm、高为20mm。

14、本发明实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

15、1、本发明通过将取样装置提前放入泥浆渗透试验的砂柱中，在试验过程中取样装置可在侧面包裹住其中心的砂样，使砂样保持原状不受破坏，解决了目前存在的泥浆渗透试验原状砂样取样困难问题，尤其实现了针对粒径较大的砂土泥浆渗透之后形成的泥浆+砂土复合体的原状取样，同时取样方法及装置简单便捷，不会对泥浆渗透过程和渗透结果造成较大影响。

16、2、本发明根据取样筒的形状和大小不同，可取出多种规格和形状的原状砂样，进而适用于多种不同的试验分析，如强度分析(三轴剪切试验、直接剪切试验和立方体抗压试验)、sem电镜扫描和ct扫描等试验。

17、本发明附加方面的优点将在下面的描述中给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

18、为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

技术特征：

1.一种用于泥浆渗透试验原状渗透砂样的取样方法，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的用于泥浆渗透试验原状渗透砂样的取样方法，其特征在于，根据条件选择取样装置参数，所述条件包括砂层粒径大小和后续准备进行的砂样分析试验类型，所述取样装置参数包括取样装置的形状、大小以及取样装置的网眼大小。

3.如权利要求1所述的用于泥浆渗透试验原状渗透砂样的取样方法，其特征在于，所述泥浆渗透试验过程包括：

4.如权利要求1所述的用于泥浆渗透试验原状渗透砂样的取样方法，其特征在于，取出取样装置后先经过高温烘干水分后，再转动第一筒体和第二筒体打开所述取样装置，获得原状泥浆和砂层复合体试样。

5.如权利要求1所述的用于泥浆渗透试验原状渗透砂样的取样方法，其特征在于，获得原状泥浆和砂层复合体试样后进行试验分析，所述试验分析包括强度分析、sem电镜扫描和ct扫描试验，所述强度分析包括三轴剪切试验、直接剪切试验和立方体抗压试验。

6.一种用于如权利要求1-5任一项所述的用于泥浆渗透试验原状渗透砂样的取样方法的取样装置，其特征在于，包括取样筒、合页和锁扣；

7.如权利要求6所述的取样装置，其特征在于，所述取样筒上设置有网眼，所述网眼均匀分布在取样筒侧壁上，且贯穿取样筒的侧壁，所述网眼尺寸大于所用砂样粒径的2倍。

8.如权利要求6所述的取样装置，其特征在于，所述取样筒横截面为矩形或圆形。

9.如权利要求8所述的取样装置，其特征在于，所述取样筒为矩形时，取样筒的边长为100mm。

10.如权利要求8所述的取样装置，其特征在于，所述取样筒为圆形时，取样筒直径为39.1mm、高为80mm，或者取样筒直径为61.8mm、高为20mm。

技术总结
本发明涉及泥水盾构隧道掘进技术领域，尤其涉及一种用于泥浆渗透试验原状渗透砂样的取样方法及装置。取样方法，包括：填充砂层并压实处理，当填充到需要取样的砂层高度时放入闭合状态的取样装置，继续填砂压实直到完成砂层的填充压实，其中，所述取样装置包括第一筒体和第二筒体，所述第一筒体和第二筒体一端转动连接；进行泥浆渗透试验，在所述取样装置中形成泥浆和砂土复合体的渗透带；清理所述取样装置周围的砂土，取出取样装置，转动第一筒体和第二筒体打开所述取样装置，获得原状泥浆和砂层复合体试样。通过本发明实现了对粒径较大的砂土经过泥浆渗透之后形成的泥浆+砂土复合体的原状取样。

技术研发人员：丁万涛,曹凯,杨为民,苏磊,刘全青,吴建新,蒋鹏,李振宇,刘宇婷,张凤凯,刘国飞
受保护的技术使用者：山东大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16