[發明專利]高滲透砂卵石地層土壓平衡盾構固結滲透實驗裝置及方法

在審

• 申請號: 201810728471.2
• 申請日: 2018-07-05
• 公開（公告）號: CN109060526A
• 公開（公告）日: 2018-12-21
• 發明（設計）人: 黃志強;馮東林;于有強;馬晨峰;綦得強;湯新穎;張文濤;李恒
• 申請（專利權）人: 沈陽工業大學;中交路橋北方工程有限公司;中交路橋建設有限公司
• 主分類號: G01N3/08
• 分類號: G01N3/08;G01N15/08
• 代理公司: 沈陽智龍專利事務所(普通合伙) 21115
• 代理人: 周智博;宋鐵軍

一種高滲透砂卵石地層土壓平衡盾構固結滲透實驗裝置，該裝置包括實驗主體和加壓系統四部分；其模擬盾構機掌子面前端土體在推進時固結滲透的過程，將未改良的砂卵石、泥漿和改良后的砂卵石依次從筒體底部往頂部逐層放置，在不加壓的狀態下進行常水頭滲透實驗和在加壓狀態下的側限固結滲透實驗，還可以通過調節水泵水壓來測試擊穿土樣的臨界水壓力。

技術領域

本發明屬于土工測試儀器裝置技術領域，具體是一種高滲透砂卵石地層土壓平衡盾構固結滲透實驗裝置。

背景技術

在水壓較高條件下的砂卵石地層進行土壓平衡盾構施工時常會出現嚴重的開挖面滲水問題和盾構機內的螺旋輸送機噴涌問題，由于砂卵石地層中的土礫粒徑較大，砂卵石之間間隙較大，因此導致這種地層的滲透系數較大，當水壓力較大時，需要添加外加劑進行渣土改良，從而降低其滲透系數，保證開挖面穩定和螺旋輸送機不發生噴涌，但是由于砂卵石的粒徑較大，并且盾構掘進過程類似于一個對前方土體加壓狀態下的固結滲透過程，一般的滲透儀既無法裝入粒徑較大的砂卵石又不能夠在滲透實驗中考慮固結因素和千斤頂加壓因素，若需要知道高水壓條件下高滲透砂卵石地層土壓平衡盾構的土體改良效果如何，就需要對滲透裝置和試驗方法進行改進和創新。

發明內容

發明目的：

本發明提供一種高滲透砂卵石地層土壓平衡盾構固結滲透實驗裝置及方法，其目的是解決以往所存在的問題。該裝置可以裝入粒徑較大的砂卵石土體，并利用千斤頂進行加壓使土體固結，測試此過程中土樣的滲透系數，還能通過調節水泵水壓力測試土樣被擊穿的臨界水壓力。

技術方案：

一種高滲透砂卵石地層土壓平衡盾構固結滲透實驗裝置，其特征在于：該裝置包括實驗主體和加壓系統四部分；

實驗主體包括實驗筒體（1）、實驗筒體頂部的橫杠（4）、上透水鐵板（10）和下透水鐵板（13）；橫杠（4）固定設置在實驗筒體（1）的頂部，上透水鐵板（10）和下透水鐵板（13）設置在實驗筒體（1）內，下透水鐵板（13）設置在實驗筒體（1）的底部，上透水鐵板（10）設置在下透水鐵板（13）上方，上透水鐵板（10）和下透水鐵板（13）之間形成容納實驗土體（2）的空間；

在實驗筒體（1）的側壁自上而下分別設置有第一出水口閥門（15）、第二出水口閥門（17）、第三出水口閥門（19）和筒最底部進水口閥門（21）；

在實驗筒體（1）的上方通過電磁鐵（7）固定有位移計（8），位移計8的探測端放在上透水鐵板（10）頂部；

加壓系統設置在上透水鐵板（10）與頂部的橫杠（4）之間，為上透水鐵板（10）下方的實驗土體（2）加壓。

實驗筒體（1）的內壁設置有刻度尺（9）。

加壓系統為千斤頂（6），千斤頂（6）的上端連接橫杠（4），使其上端固定；千斤頂（6）的下端頂觸上透水鐵板（10）；

千斤頂（6）與上透水鐵板（10）之間設置有荷載傳感器（14）。

上透水鐵板（10）包括筒柱（25）和設置在筒柱（25）底部的帶有透水孔的底盤（24），千斤頂（6）的底部伸進筒柱（25）內，底盤（24）使用時頂住實驗土體（2），位移計8的探測端放在筒柱（25）上端。

下透水鐵板（13）包括底托（27）和設置在底托（27）上端的帶有透水孔的透水托板（26），底托（27）與實驗筒體（1）底部接觸，使用時透水托板（26）拖住實驗土體（2），筒最底部進水口閥門（21）連通至透水托板（26）下部的空間。

透水托板（26）的上方設置有透水紗布（12），使用時，實驗土體（2）設置在透水紗布（12）上。（透水紗布作用：1、減輕初始水泵大水壓對土體的沖刷作用，使底部土體變得松散；2、避免砂土掉落倒吸，通過（21)通道進入水泵中對水泵構件產生破環，縮短水泵使用壽命）