本实用新型专利技术提供了一种模拟泥水盾构掘进过程中地层劈裂的装置，包括围压室，底板，设置在底板中心的注浆管，注浆管底帽，设置在注浆管底端的油缸，用来模拟盾壳的端管，设置在端管和注浆管顶端之间的连接件，设置在注浆管和端管内部的A、B高压软管，包裹在试样外侧的橡胶套，放置在试样顶部的顶板，设置在顶板上部施加轴压的轴压杆，用来连接压力室和底板的螺栓，设置在压力室顶部的压力表和排气孔，设置在底板上的注水孔，设备台架。本实用新型专利技术可以实现高水压条件下泥水盾构掘进过程中动态劈裂过程的模拟，对浆液进行着色便于观察裂缝的产生，注浆速度、泥浆压力和注浆管抽出速度可以通过流量计、液压传感器和位移传感器准确测量出来。
A device to simulate the ground split in the process of slurry shield tunneling
【技术实现步骤摘要】
模拟泥水盾构掘进过程中地层劈裂的装置
本技术涉及隧道修建
，尤其涉及一种模拟泥水盾构掘进过程中地层劈裂的装置及实验方法。
技术介绍
随着隧道修建技术的不断进步与发展，盾构法以其开挖速度快、机械化程度高、对周围环境扰动小、适用范围广等优点广泛应用于各种隧道的建设。尤其是泥水平衡盾构，在穿河跨海隧道的修建过程中基本均得以应用。泥水平衡盾构最大的特点就是采用带压泥水维持开挖面稳定的同时，通过泥水循环运出渣土，而泥水压力的设定是施工中的一个难题。泥水压力过小，会导致开挖面发生坍塌破坏、泥水压力过大，会导致开挖面发生劈裂，如果裂缝贯穿至江底引发江水倒灌等事故。因此，研发一种研究裂缝贯穿与泥水压力之间的关系的装置与方法对防止劈裂的发生具有重要意义。目前，对泥水盾构中泥水劈裂的研究相对较少，主要有：袁大军2010采用自己的现场劈裂仪在地表对深孔注浆，直至地表冒浆，试验过程中记录了泥浆压力、泥浆量等数据，总结出劈裂发生、伸展与泥浆压力之间的关系、宋为2013年对常规应变式三轴仪进行改造，研究中孔圆柱试样在不同条件下的劈裂压力，总结出劈裂发生压力与各因素之间的关系。实际工程中泥水劈裂的发生是一个动态过程，裂缝的启裂位置为刀盘与盾壳之间的开缝处，初始时为微裂缝，之后逐步向上伸展，在伸展至江底之前，随着盾构机的推进盾壳会堵住裂缝的开口，此时裂缝将停止伸展，而在新的开缝位置开始产生微裂缝，如此循环下去，当泥水仓压力过大或盾构推进速度过慢时，微裂缝会贯通至江底形成贯通缝，如图4所示。目前，现有技术主要针对劈裂发生压力和单一裂缝的伸展，对裂缝持续产生的动态过程基本没有研究。
技术实现思路
本技术的实施例提供了一种模拟泥水盾构掘进过程中地层劈裂的装置，以克服现有技术的问题。为了实现上述目的，本技术采取了如下技术方案。一种模拟泥水盾构掘进过程中地层劈裂的装置，包括：水平放置的底板(6)，在底板(6)上设置压力室(2)，压力室(2)的内部放置试样(4)，在底板(6)的中孔中垂直放置注浆管(22)，所述注浆管(22)从所述试样(4)的内孔中上下贯穿，在注浆管(22)的下部侧壁留有注浆口(31)，底端设置有底帽(8)；用来模拟盾壳的端管(15)通过连接件(16)与注浆管(22)的顶端连接，在注浆管(22)和端管(15)的内部设置液高压软管，在试样(4)的顶部设置盖板(12)，在盖板(12)的上部设置施加轴压的轴压杆(10)，在底板(6)上设置注水孔(5)；从底板(6)上的注水孔(5)往压力室(2)内注水，直至加到指定围压，通过底帽(8)的液体注入口向注浆管(22)的注浆口(31)内注入上色泥浆，注浆管(22)向下运动，连接件(16)牵引着端管(15)同步向下运动，注浆管(22)内的泥浆在开缝处作用在试样(4)上。进一步地，所述装置还包括设置在注浆管(22)底部两侧的两个油缸(7)，两个油缸(7)为液压伸缩式油缸，对称布置在注浆管(22)的两侧，两个油缸(7)同步伸缩，以使得注浆管(22)沿竖向运动不会倾斜。进一步地，所述端管(15)的直径与所述注浆管(22)的直径一致，所述端管(15)的开口端的内壁设置突出(23)，所述端管(15)的封堵端设置A、B液出口。进一步地，所述压力室(2)的侧壁为透明有机玻璃材料，所述压力室(2)的上盖板与底部法兰为金属材质，压力室(2)的侧壁、上盖板与底部法兰通过螺杆(14)固定成一个整体。进一步地，在注浆管(22)和端管(15)的内部设置液高压软管-A(20)、液高压软管-B(21)，所述液高压软管-A(20)、液高压软管-B(21)的一端分别连接在底帽(8)上的A、B液注入口，另一端分别连接在端管(15)的A、B液出口，A、B液出口流出的液体在端管(15)后形成的空腔(13)内混合并凝固。进一步地，在所述底板(6)的上部中心处设有试样台座，试样台座外径与试样(4)外径一致，试样台座中心设有圆孔，该圆孔内径与注浆管(22)的外径一致，圆孔内壁设有开槽放置密封圈(19)，注浆管(22)沿圆孔内壁上下运动，用来模拟盾构的推进。进一步地，在试样(4)的顶部设置盖板(12)，所述盖板(12)为圆板状，所述盖板(12)的外径与试样(4)外径一致，盖板(12)的上部预留凹槽与轴压杆10接触。进一步地，在试样(4)外侧包裹橡胶套(3)，所述橡胶套(3)呈两端开口的圆筒状，材质透明，橡胶套(3)的内径与试样4外径一致，橡胶套(3)的上端箍套在盖板(12)的外缘，下端箍套在台座外缘。由上述本技术的实施例提供的技术方案可以看出，本技术可以实现高水压条件下泥水盾构掘进过程中动态劈裂过程的模拟，对浆液进行着色便于观察裂缝的产生，注浆速度、泥浆压力和注浆管抽出速度可以通过流量计、液压传感器和位移传感器准确测量出来，从而总结出裂缝动态发生过程中裂缝贯穿至江底与泥浆压力、盾构推进速度之间的关系。本技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本技术的实践了解到。附图说明为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本技术实施例提供的一种模拟泥水盾构掘进过程中地层劈裂装置的结构示意图、图2为本技术实施例提供的一种本技术注浆管与端管连接的结构示意图、图3(a)、图3(b)为本技术端管与连接件的平面结构示意图及立面结构示意图、图4为本技术实施例提供的一种泥水盾构施工劈裂过程的平面示意图、图中主要附图标记含义如下：1-压力室侧壁、2-压力室、3-橡胶套、4-试样、5-注水口、6-底板、7-油缸、8-注浆管底帽、9-排气孔、10-轴压杆、11-压力表、12-盖板、13-空腔、14-螺杆、15-端管、16-连接件、17-螺栓、18-台架、19-密封圈1、20-A液高压软管、21-B液高压软管、22-注浆管、23-端管突出、24-开缝、25-刀盘、26-贯通缝、27-微裂缝、28-盾壳、29-开缝、30-泥水仓、31-注浆口。具体实施方式下面详细描述本技术的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本技术，而不能解释为对本技术的限制。本
技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本技术的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种模拟泥水盾构掘进过程中地层劈裂的装置，其特征在于，包括：水平放置的底板(6)，在底板(6)上设置压力室(2)，压力室(2)的内部放置试样(4)，在底板(6)的中孔中垂直放置注浆管(22)，所述注浆管(22)从所述试样(4)的内孔中上下贯穿，在注浆管(22)的下部侧壁留有注浆口(31)，底端设置有底帽(8)；/n用来模拟盾壳的端管(15)通过连接件(16)与注浆管(22)的顶端连接，在注浆管(22)和端管(15)的内部设置液高压软管，在试样(4)的顶部设置盖板(12)，在盖板(12)的上部设置施加轴压的轴压杆(10)，在底板(6)上设置注水孔(5)；/n从底板(6)上的注水孔(5)往压力室(2)内注水，直至加到指定围压，通过底帽(8)的液体注入口向注浆管(22)的注浆口(31)内注入上色泥浆，注浆管(22)向下运动，连接件(16)牵引着端管(15)同步向下运动，注浆管(22)内的泥浆在开缝处作用在试样(4)上。/n
【技术特征摘要】
1.一种模拟泥水盾构掘进过程中地层劈裂的装置，其特征在于，包括：水平放置的底板(6)，在底板(6)上设置压力室(2)，压力室(2)的内部放置试样(4)，在底板(6)的中孔中垂直放置注浆管(22)，所述注浆管(22)从所述试样(4)的内孔中上下贯穿，在注浆管(22)的下部侧壁留有注浆口(31)，底端设置有底帽(8)；
用来模拟盾壳的端管(15)通过连接件(16)与注浆管(22)的顶端连接，在注浆管(22)和端管(15)的内部设置液高压软管，在试样(4)的顶部设置盖板(12)，在盖板(12)的上部设置施加轴压的轴压杆(10)，在底板(6)上设置注水孔(5)；
从底板(6)上的注水孔(5)往压力室(2)内注水，直至加到指定围压，通过底帽(8)的液体注入口向注浆管(22)的注浆口(31)内注入上色泥浆，注浆管(22)向下运动，连接件(16)牵引着端管(15)同步向下运动，注浆管(22)内的泥浆在开缝处作用在试样(4)上。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括设置在注浆管(22)底部两侧的两个油缸(7)，两个油缸(7)为液压伸缩式油缸，对称布置在注浆管(22)的两侧，两个油缸(7)同步伸缩，以使得注浆管(22)沿竖向运动不会倾斜。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述端管(15)的直径与所述注浆管(22)的直径一致，所述端管(15)的开口端的内壁设置突出(23)，所述端管(15)的封堵端设置A、B液出口。
...
【专利技术属性】
技术研发人员：袁大军，王滕，罗维平，韩冰宇，李兴高，金大龙，吴俊，沈翔，许丽群，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：新型
国别省市：北京;11
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