[發明專利]一種地層劈裂抗力快速測定設備及其測定方法

在審

• 申請號: 201710682122.7
• 申請日: 2017-08-10
• 公開（公告）號: CN107421816A
• 公開（公告）日: 2017-12-01
• 發明（設計）人: 劉學彥;袁大軍
• 申請（專利權）人: 北京林業大學
• 主分類號: G01N3/12
• 分類號: G01N3/12
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司11002
• 代理人: 王瑩,吳歡燕

技術領域

本發明涉及軟土地層勘察領域，特別是涉及一種地層劈裂抗力快速測定設備及其測定方法。

背景技術

跨江越海軟土隧道修建時，一般使用泥水盾構法。泥水盾構掘進時，需要設定合理大小的泥水壓力以維持掘進面穩定，否則將出現塌方、冒頂等事故。泥水壓力過大將劈裂地層從而造成泥水噴發、江水倒灌等嚴重工程事故。為此，為防止泥水劈裂地層，需要控制泥水支護壓力設定上限。

目前做泥水劈裂試驗主要有室內模擬試驗和泥水盾構機現場試驗兩種方法。室內模擬試驗是事先做好試驗泥水支護試件，然后利用加壓裝置模擬施加泥水壓力使試件發生劈裂現象；泥水盾構機現場試驗是在進行盾構施工現場時，增大泥水支護壓力使盾構機所處掘進地層發生劈裂現象。室內模擬試驗簡單易行，但是該試驗不能得到真實地層的環境壓力，所用試件也與現場實際地層有一定差異，因此無法直接指導現場施工；泥水盾構機現場試驗可以準確的得到掘進地層的劈裂壓力，能夠為現場施工提供準確的參數設定，但是該方法存在相當的風險，易發生工程事故，并且會耗費大量的人力、物力和財力。

發明內容

(一)要解決的技術問題

本發明的目的是提供一種地層劈裂抗力快速測定設備及其測定方法。在規劃設計之前運用該設備可以測試并確定地層劈裂壓力，為工程規劃設計施工提供依據參數。該測量設備測試流程易于控制和操作，對地層擾動小，測試過程無殘留鋼材、混凝土等建筑材料，對環境無污染。解決了目前室內模擬試驗測量結果不準確，泥水盾構機現場試驗的風險高，測試時間長，耗費大量人力、物力和財力的缺陷。

(二)技術方案

為了解決上述技術問題，本發明提供一種地層劈裂抗力快速測定設備，包括：

錨固機構，固定于地層，用于提供鉆進和回收反力；

鉆進機構，包括動力裝置、貫入油缸、鋼管及探頭，所述鋼管下端連接有所述探頭，所述動力裝置用于驅動所述貫入油缸帶動所述鋼管和探頭運動；

測量機構，包括空壓機和泥水箱，所述空壓機與所述泥水箱的上端連接，用于提供空氣壓力，所述泥水箱上端設置有氣壓計；

其中，所述貫入油缸固定于所述錨固機構上，所述泥水箱的底部通過軟管與所述鋼管連通，所述軟管上設有流量計。

其中，所述錨固機構包括反力架和地錨，所述地錨插入地層并固定所述反力架，所述貫入油缸固定在所述反力架上。

其中，所述動力裝置包括柴油機和液壓泵，所述柴油機驅動液壓泵，所述液壓泵驅動貫入油缸帶動鋼管和探頭運動。

其中，所述軟管為高強軟管。

其中，還包括污水泵，用于將劈裂介質泵入和泵出所述泥水箱。

其中，還包括多個備用鋼管。

其中，所述貫入油缸為兩個，所述鋼管上端與兩個所述貫入油缸上端利用連桿梁固定。

其中，所述泥水箱設有刻度。

本發明還公開一種地層劈裂抗力快速測定方法，包括：

利用錨固機構將設備錨固，在泥水箱中注入劈裂介質；

啟動動力裝置驅動貫入油缸，帶動鋼管和探頭一起壓入至測試地層位置；

將泥水箱中的劈裂介質注滿軟管與鋼管，從而將空氣全部排出；

啟動空壓機，緩慢增加泥水箱中空氣壓力并觀察泥水箱中液面高度和流量計示數；利用“氣-液”聯合介質測試原理，若出現泥水箱中的液面下降和流量計出現示數，則判斷地層劈裂發生，記錄此時的氣壓計示數；地層劈裂抗力即為氣壓計示數與劈裂介質水頭高度之和；

測定結束后，啟動動力裝置驅動貫入油缸，帶動鋼管和探頭一起從測試地層位置取出。

其中，所述泥水箱設有刻度，在測定開始前，還包括對流量計和氣壓計的校準。

(三)有益效果

本發明提供的一種地層劈裂抗力快速測定設備及其測定方法，可以快速實時測定地層劈裂抗力，為工程規劃設計施工提供參數依據，并且設備結構穩定安全可靠，方便拆裝和運輸，測試方法簡單易行，測試過程無建筑材料殘留，對環境無污染，測試結果可以直接服務于工程實際。

附圖說明

圖1為本發明一種地層劈裂抗力快速測定設備結構圖；

圖2為本發明一種地層劈裂抗力快速測定方法的操作流程圖；

圖3為本發明的泥水箱的測定結構圖；

圖4-圖6為本發明劈裂測試過程中劈裂介質(泥水)流量與空氣壓力之間的關系。