一种用于模拟盾构泥膜形成的实验装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种用于模拟盾构泥膜形成的实验装置，该装置包括地层模拟箱、用于模拟泥浆仓的有机玻璃管道和为有机玻璃管道内的泥浆供驱动力的动力加载系统；所述有机玻璃管道的一端与所述地层模拟箱套接连通，所述动力加载系统从有机玻璃管道的另一端为有机玻璃管道内的泥浆提供驱动力。本实用新型专利技术对泥膜形成过程各监测参数变化规律以及泥浆渗透情况和泥膜性能定性参数进行归纳分析，找出影响泥浆平衡式盾构有效泥膜形成的主要因素，为泥浆盾构施工开挖面稳定提供可靠的实验依据。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及隧道与地下工程实验仪器
，特别是涉及一种用于模拟盾构泥膜形成的筒套筒实验装置。
技术介绍
泥浆平衡式盾构法施工在浅埋软土地层中修建地铁、道路隧道或大直径跨海越江隧道工程中被广泛采用。由于软土地层以及江河下部土体一般稳定性很差，地质环境十分复杂，导致泥浆盾构开挖面的环境越来越严峻，在实际工程中新的问题不断涌现，施工安全受到到严重威胁。大量的工程实践和理论表明：在开挖面上形成一层有效的泥膜作为支护介质是确保其稳定的关键，关于泥膜的形成机理、形成条件、有效性评价指标等问题，国内外许多学者进行了一些有意义的尝试，取得了一定研究成果，为我们后续的研究起到了良好的借鉴作用。但泥浆盾构开挖面稳定的机理十分复杂，就影响泥膜形成的因素以及各因素影响的程度及规律和地层参数、施工参数、泥浆特性之间的相互作用关系，尚无清晰的认识，这些问题的研究，多数需要借助实验来完成。有效泥膜的形成是开挖面稳定的前提，泥膜作为一种隔水材料，为泥浆有效压力与地下水压力和土侧压力的平衡提供作用介质。由于做现场实验具有很大的安全风险且不经济，对于泥浆盾构开挖面稳定性的实验研究几乎都采用室内实验方法，因此，室内实验装置和相关设备的研制是泥浆盾构开挖面稳定性研究的关键性工作之一。
技术实现思路
为解决现有技术存在的问题，本专利技术采用下述技术方案：一种用于模拟盾构泥膜形成的实验装置，该装置包括地层模拟箱、用于模拟泥浆仓的有机玻璃管道和为有机玻璃管道内的泥浆供驱动力的动力加载系统；所述有机玻璃管道的一端与所述地层模拟箱套接连通，所述动力加载系统从有机玻璃管道的另一端为有机玻璃管道内的泥浆提供驱动力。优选的，所述地层模拟箱中按模拟需求在箱内布置有至少一组土压力盒、空隙水压力计和温度传感器。优选的，所述地层模拟箱上进一步设有多个通孔；所述多个通孔中的一个通孔作为渗流量测量孔，用于与外部容器或管路连接；所述多个通孔中除渗流量测量孔之外的至少一个通孔用于为地层模拟箱中的土压力盒、空隙水压力计和温度传感器与外部数据采集装置提供连接；所述地层模拟箱上的设有渗流量测量孔的内壁上进一步铺设有透水石。优选的，所述有机玻璃管道包括泥浆室以及设置在有机玻璃管道上的泥浆灌孔、排气孔和泥浆排孔。优选的，所述动力加载系统包括传力活塞和具有充放气口的加载气囊；所述传力活塞和加载气囊依次设置在有机玻璃管道内泥浆的动力施加方向。优选的，所述动力加载系统进一步包括通过连接管道与所述加载气囊连接的空气压缩机和设置在连接管道上的调压阀。优选的，该实验装置进一步包括用于密封有机玻璃管道的背离地层模拟箱的一端的端部密封板和设置在端部密封板和有机玻璃管道端面之间的密封垫；所述端部密封板通过至少两个螺栓杆固定在所述地层模拟箱上；所述端部密封板上设有容纳加载气囊与外部装置连接的连接管道的通孔。优选的，该实验装置进一步包括具有进气端和出气端的泥膜冻结装置。优选的，该实验装置进一步包括通过连接管道与所述泥膜冻结装置的进气端连接的液氮存储装置和设置在进气端和出气端的球形阀。优选的，该实验装置进一步包括用于支撑有机玻璃管道的支座。本专利技术的有益效果如下：本专利技术所述技术方案与现有技术相比：1、可以模拟两种情况下泥浆渗透与泥膜形成实验，即用土层模拟箱与有机玻璃筒组合形成筒套筒结构时，即土层不进入有机玻璃筒内部，如图1所示的土样填充界面7，可开展扩散型泥浆渗透试验，当将一部分有机玻璃筒用作土层模拟箱时，即如图1所示的土样填充界面8时，可开展定向型泥浆渗透试验，有利于实验结果对比；2、采用加载气囊，通过传力活塞对泥浆施加压力，更符合实际工程中盾构机刀盘对泥浆施加压力情况；3、采用筒套筒结构，在有机玻璃管端部与土层接触面模拟泥膜形成，有机玻璃管起到实际施工中已安装的管片作用，泥浆可以向土层中扩散渗透，让模拟实验更加贴近实际工况；4、采用自动数据采取装置，可以同步记录实验过程中，土层内土压力、空隙水压力的变化规律；5、使用泥膜冻结装置，可以在实验环境撤销后，将泥膜形态保存下来，可进行泥膜的性能进行定性和定量分析。附图说明下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步详细的说明；图1示出本专利技术所述实验装置的示意图；图2示出本专利技术所述实验装置的地层模拟箱的剖面图。附图标号1、地层模拟箱，2、土压力盒，3、空隙水压力计，4、温度传感器，5、有机玻璃管道，6、泥膜冻结装置，7、第一种实验情况下的土样填充界面，8、第二种实验情况下的土样填充界面；11、通孔，12、渗流量测量孔；50、支座，51、传力活塞，52、加载气囊，53、泥浆室，54、连接管道，55、空气压缩机，56、外部泥浆泵，57、调压阀，58、螺栓杆，59、端部密封板；53-1、球形阀，53-2、球形阀；61、球形阀，61-1、球形阀，61-2、球形阀，62、液氮存储装置；具体实施方式为了更清楚地说明本专利技术，下面结合优选实施例和附图对本专利技术做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本专利技术的保护范围。如图1所示，本专利技术公开了一种用于模拟盾构泥膜形成的实验装置，该装置包括地层模拟箱1、用于模拟泥浆仓的有机玻璃管道5和为有机玻璃管道5内的泥浆供驱动力的动力加载系统；所述有机玻璃管道5的一端与所述地层模拟箱1套接连通，所述动力加载系统从有机玻璃管道5的另一端为有机玻璃管道5内的泥浆提供驱动力。根据实验过程中模拟情况的需要，在所述地层模拟箱中布置有至少一组土压力盒2、空隙水压力计3和温度传感器4，实际数量以满足实验要求为准。所述地层模拟箱1上进一步设有多个通孔；所述多个通孔中的一个通孔作为渗流量测量孔12，用于与外部容器或管路连接；所述多个通孔中与渗流量测量孔相连接的通孔用于向箱体内注水；所述多个通孔中除渗流量测量孔12之外的至少一个通孔用于为地层模拟箱1中的土压力盒2、空隙水压力计3和温度传感器4与外部数据采集装置提供连接；所述地层模拟箱上的设有渗流量测量孔12的内壁上进一步铺设有透水石。本方案中，渗流量测量孔12有两种用途，一是用于向箱体内注水，二是用于渗流量测量。本方案中，所述有机玻璃管道内设有一泥浆室53以及设置在有机玻璃管道上的为泥浆室灌入泥浆的泥浆灌孔、排除泥浆室空气的排气孔和为泥浆室排出泥浆的泥浆排孔；其中，排气孔处设有球形阀53-1，泥浆排孔处设有球形阀53-2。本方案中，泥浆室53实质为有机玻璃管道5中承载泥浆的泥浆填充空间，该空间的容量会根据实验方式的不同有所扩增或缩减，以满足泥浆渗透与泥膜形成实验和开展扩散型泥浆渗透实验中需要注入泥浆量的需要。本方案中，所述动力加载系统包括传力活塞51和具有充放气口的加载气囊52；所述传力活塞51和加载气囊52依次设置在有机玻璃管道5内泥浆的动力施加方向。所述动力加载系统进一步包括通本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于模拟盾构泥膜形成的实验装置，其特征在于，该装置包括地层模拟箱、用于模拟泥浆仓的有机玻璃管道和为有机玻璃管道内的泥浆供驱动力的动力加载系统；所述有机玻璃管道的一端与所述地层模拟箱套接连通，所述动力加载系统从有机玻璃管道的另一端为有机玻璃管道内的泥浆提供驱动力。

【技术特征摘要】
1.一种用于模拟盾构泥膜形成的实验装置，其特征在于，该装置包括地层模拟箱、用于模拟泥浆仓的有机玻璃管道和为有机玻璃管道内的泥浆供驱动力的动力加载系统；
所述有机玻璃管道的一端与所述地层模拟箱套接连通，所述动力加载系统从有机玻璃管道的另一端为有机玻璃管道内的泥浆提供驱动力。
2.根据权利要求1所述的实验装置，其特征在于，所述地层模拟箱中按模拟需求在箱内布置有至少一组土压力盒、空隙水压力计和温度传感器。
3.根据权利要求2所述的实验装置，其特征在于，所述地层模拟箱(1)上进一步设有多个通孔；
所述多个通孔中的一个通孔作为渗流量测量孔，用于与外部容器或管路连接；
所述多个通孔中除渗流量测量孔之外的至少一个通孔用于为地层模拟箱中的土压力盒、空隙水压力计和温度传感器与外部数据采集装置提供连接；
所述地层模拟箱上的设有渗流量测量孔的内壁上进一步铺设有透水石。
4.根据权利要求1所述的实验装置，其特征在于，所述有机玻璃管道具有用于承载泥浆的泥浆室以及设置在有机玻璃管道上的泥浆灌孔、排气孔和泥浆排孔。
5.根据权利要求4所述的实验装置，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：张成平，蒋龙，张顶立，韩凯航，侯艳娟，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：新型
国别省市：北京;11