[發(fā)明專利]一種動(dòng)態(tài)泥漿滲透性能試驗(yàn)裝置及方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010815869.7
• 申請(qǐng)日: 2020-08-14
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111795917A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-10-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李鳳遠(yuǎn);張兵;王發(fā)民;孫振川;王國(guó)安;陳橋;王超峰;王凱;高攀;王延輝;李云濤;汪朋
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室;中鐵隧道局集團(tuán)有限公司
• 主分類號(hào): G01N15/08
• 分類號(hào): G01N15/08
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32249
• 代理人: 張聯(lián)群

1.一種動(dòng)態(tài)泥漿滲透性能試驗(yàn)裝置，其特征在于：它包括滲透系統(tǒng)、切削系統(tǒng)和加壓系統(tǒng)；

所述滲透系統(tǒng)包括土樣筒(1)、A泥漿筒(17)、B泥漿筒(23)和儲(chǔ)水罐(27)；所述的土樣筒(1)包括筒體、設(shè)在筒體兩側(cè)的前端透蓋(6)和后端透蓋(10)，筒體內(nèi)前部依次設(shè)有透水隔板(5)的土樣柱(3)，所述的筒體外壁上間隔設(shè)有多個(gè)連通筒體內(nèi)部的傳感器接口(4)，每個(gè)傳感器接口(4)上均設(shè)有與計(jì)算機(jī)相連的孔隙壓力傳感器(9)，通過(guò)上位機(jī)記錄和顯示孔隙壓力傳感器(9)的信息；所述的前端透蓋(6)上也設(shè)有與上位機(jī)相連的孔隙壓力傳感器(9)，前端透蓋(6)通孔經(jīng)排水管(7)連接儲(chǔ)水罐(27)，儲(chǔ)水罐(27)與大氣連通；所述的B泥漿筒(23)經(jīng)b泥漿管(24)連接在筒體后部的外壁入口上，所述的A泥漿筒(17)經(jīng)a泥漿管(18)、再經(jīng)密封接頭(12)連通后端透蓋(10)；

所述切削系統(tǒng)包括動(dòng)力單元(11)、連接在動(dòng)力單元(11)上的傳動(dòng)軸(14)和與傳動(dòng)軸(14)相連位于土樣筒(1)內(nèi)的刀盤(15)，刀盤(15)的中心開(kāi)有使傳動(dòng)軸(14)穿過(guò)的進(jìn)漿孔(32)；所述的動(dòng)力單元(11)設(shè)在可前后移動(dòng)的導(dǎo)軌(13)上，所述的傳動(dòng)軸(14)為空心桿，傳動(dòng)軸(14)的軸心線與土樣筒(1)的軸心線重合；

所述的加壓系統(tǒng)包括儲(chǔ)氣罐(20)和控制儲(chǔ)氣罐(20)的壓力控制器(21)；所述的儲(chǔ)氣罐(20)通過(guò)輸氣管分別連通A泥漿筒(17)和B泥漿筒(23)，通過(guò)壓力控制器(21)控制儲(chǔ)氣罐向泥漿筒(17)和B泥漿筒(23)中輸入氣體壓力。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的動(dòng)態(tài)泥漿滲透試驗(yàn)裝置，其特征在于：所述的土樣筒(1)的筒體由透明的有機(jī)玻璃制成，筒體的外壁上設(shè)有便觀察刀盤所處位置和開(kāi)挖面位置的刻度尺。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的動(dòng)態(tài)泥漿滲透試驗(yàn)裝置，其特征在于：所述的儲(chǔ)水罐(27)下方設(shè)有與計(jì)算機(jī)相連實(shí)時(shí)測(cè)量滲出水量的電子秤(26)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的動(dòng)態(tài)泥漿滲透試驗(yàn)裝置，其特征在于：所述的刀盤(15)由多個(gè)橫截面為直角梯形結(jié)構(gòu)的輻條(33)構(gòu)成，每個(gè)輻條上都安裝有用于切削土樣的多個(gè)長(zhǎng)方體金屬塊(16)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的動(dòng)態(tài)泥漿滲透試驗(yàn)裝置，其特征在于：所述的前端透蓋(6)和后端透蓋(10)與筒體內(nèi)壁相接觸的圓周面上開(kāi)有半圓形凹槽，凹槽內(nèi)設(shè)有的密封橡膠圈。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的動(dòng)態(tài)泥漿滲透試驗(yàn)裝置，其特征在于：所述a泥漿管(18)上設(shè)有a開(kāi)關(guān)閥門(19)，所述的b泥漿管(24)上設(shè)有b開(kāi)關(guān)閥門(25)，所述的排水管(7)上設(shè)有開(kāi)關(guān)閥門c開(kāi)關(guān)閥門(8)。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的動(dòng)態(tài)泥漿滲透試驗(yàn)裝置，其特征在于：所述的刀盤(15)的外徑略小于土樣筒筒體的內(nèi)徑。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的動(dòng)態(tài)泥漿滲透試驗(yàn)裝置，其特征在于：所述的動(dòng)力單元(11)包括安裝在導(dǎo)軌(13)上的第一同步電機(jī)(30)和第二同步電機(jī)(31)，所述第一同步電機(jī)(30)用于帶動(dòng)動(dòng)力單元(11)沿導(dǎo)軌移動(dòng)，所述第二同步電機(jī)(31)用于帶動(dòng)刀盤旋轉(zhuǎn)。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的動(dòng)態(tài)泥漿滲透試驗(yàn)裝置，其特征在于：所述的后端透蓋(10)的透孔處設(shè)有與傳動(dòng)軸(14)相配合的密封圈。

10.一種使用權(quán)利要求1-8任意項(xiàng)所述裝置的測(cè)量動(dòng)態(tài)泥漿滲透性能試驗(yàn)方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟S1：在土樣筒(1)內(nèi)依次放置透水隔板(5)和土樣柱(3)，并對(duì)土樣柱(3)進(jìn)行飽水和壓實(shí)處理；

步驟S2：先將切削系統(tǒng)中的將刀盤(15)和傳動(dòng)軸(14)安裝在土樣筒(1)內(nèi)，保持刀盤(15)與土樣筒(1)中的土樣柱(3)表面間隔1～2cm，再將后端透蓋(10)密封安裝在土樣筒(1)的后端，然后打開(kāi)b開(kāi)關(guān)閥門(25)，B泥漿筒(23)中的泥漿進(jìn)入土樣柱(3)表面與后端透蓋(10)之間的空間內(nèi)，直至填滿；

步驟S3：對(duì)水平放置的土樣筒(1)進(jìn)行固定，將傳動(dòng)軸(14)通過(guò)密封接頭(12)固定在動(dòng)力單元(11)上；

步驟S4：設(shè)定A泥漿筒(17)與B泥漿筒(23)內(nèi)的氣體壓力，通過(guò)壓力控制器(21)調(diào)節(jié)所述A泥漿筒(17)與B泥漿筒(23)內(nèi)的氣體壓力，使土樣筒(1)內(nèi)的泥漿壓力在整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中保持穩(wěn)定；將A泥漿筒(17)的a泥漿管(18)和傳動(dòng)軸(14)連接，同時(shí)打開(kāi)a開(kāi)關(guān)閥門(19)和排水管(7)上的開(kāi)關(guān)閥門，對(duì)土樣筒(1)內(nèi)的土樣柱(3)進(jìn)行加壓；

步驟S5：對(duì)土樣柱加壓15min后，啟動(dòng)第二同步電機(jī)(31)，使切削系統(tǒng)沿導(dǎo)軌(13)勻速向土樣筒(1)移動(dòng)，移動(dòng)速度在0～60mm/min之間任意調(diào)節(jié)，同時(shí)啟動(dòng)第一同步電機(jī)(30)，使傳動(dòng)軸(14)上的刀盤(15)按固定轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)切削土樣柱(3)，轉(zhuǎn)動(dòng)速度在0～5r/min之間任意調(diào)節(jié)；

步驟S6：通過(guò)計(jì)算機(jī)記錄孔隙壓力傳感器(9)的輸出信號(hào)和電子秤(26)測(cè)量的數(shù)據(jù)，并觀察土樣筒筒體外壁上的刻度尺，當(dāng)?shù)侗P(15)掘進(jìn)至距前段透蓋(6)5cm時(shí)停止動(dòng)力單元(11)；

步驟S7：將計(jì)算電子秤(26)測(cè)得的單位時(shí)間內(nèi)排水量的變化量作為泥漿(2)滲透性能的評(píng)價(jià)指標(biāo)，計(jì)算掘進(jìn)過(guò)程中孔隙壓力傳感器(9)測(cè)的泥漿(2)壓力與土樣柱(3)中孔隙水壓力之間的差值，作為評(píng)價(jià)泥漿壓力傳遞效果的評(píng)價(jià)指標(biāo)。