CN103278437B - 泥水盾构泥膜形成过程的模拟试验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种泥水盾构泥膜形成过程的模拟试验装置。蓄泥箱顶部与气压源的出口相连，顶部装有压力传感器，底部放置在电子天平上；土样舱的底部有反滤层，反滤层上部放置土样，土样舱的沿轴线方向的侧壁装有TDR探头，探头布置在土样内，在侧壁上布置七个孔压传感器，蓄泥箱下部与土样舱顶部连接，土样舱下部出口与蓄水箱下部相连；蓄水箱顶部与气压源的出口相连，蓄水箱上部与渗流量测量筒顶部相连，渗流量测量筒底部放在电子天平上。在不同泥浆配方条件下，通过对泥浆施加驱动压力使其渗入土样，并监测不同时刻泥浆的渗透距离和孔压分布，探明泥浆成膜的极限条件，揭示泥膜渗透系数随时间变化的关系，研究泥膜形成过程，指导泥水盾构施工。
Description
技术领域
本发明涉及一种加压泥浆盾构模型试验装置，尤其是涉及一种研究泥水盾构泥膜形成过程的模型试验装置。
背景技术
加压泥浆盾构是城市地铁、过江通道等隧道的主要施工工法。盾构掘进过程中，由于密封舱内支护压力失控导致的开挖面失稳、地面隆起事故时有发生。泥浆渗入地层形成泥膜，泥浆压力通过泥膜作用在土骨架上，所以泥膜质量是维持开挖面稳定的主要因素。明确泥膜形成过程，是实现开挖面支护力控制与防止开挖面失稳事故的关键。
但是目前工程中假设泥水盾构在砂土掘进开挖面形成不透水泥膜，而现场由于泥膜在不断地形成和破坏短时间无法形成不透水泥膜，因此需要通过模型试验来明确泥膜渗透系数，开挖面前方孔压分布，泥浆渗透距离随时间的关系。
发明内容
本发明的目的在于提供一种研究泥水盾构泥膜形成过程的模型试验装置，通过监测泥膜渗透系数，开挖面前方孔压分布，泥浆渗透距离获得开挖面泥膜形成过程。
本发明采用的技术方案如下：
本发明包括七个孔压传感器、六个TDR探头、圆柱形刚性土样舱、蓄泥箱、两个电子天平、蓄水箱、两个压力传感器和气压源；蓄泥箱顶部经第一阀门与气压源的一个出口相连，蓄泥箱顶部装有第一压力传感器，蓄泥箱底部放置在第一电子天平上；圆柱形刚性土样舱的底部有反滤层，反滤层上部放置土样，土样上面为泥浆，圆柱形刚性土样舱的沿轴线方向的侧壁装有六个TDR探头，六个TDR探头分别插入土样内，与六个TDR探头成90度方向的土样舱侧壁的对应高度分别布置一个孔压传感器，第七孔压传感器位于土样舱侧壁的上部，土样舱侧壁上部土样表面处安装有玻璃视窗， 蓄泥箱下部经过三通阀门与土样舱顶部连接，土样舱下部两个出口与蓄水箱下部相连；蓄水箱顶部经过第二阀门与气压源的另一出口相连，蓄水箱顶部安装有第二压力传感器，蓄水箱侧壁上部经第三阀门与渗流量测量筒顶部相连，渗流量测量筒底部放在第二电子天平上。
所述反滤层由上部为土工织布和下部为粗颗粒砂垫层组成。
所述TDR探头包括三根并排的探针，三根探针通过连接导线与同轴电缆相连，连接导线、三根探针一端和同轴电缆一端置于长方体环氧树脂内，同轴电缆另一端与电磁波激发器和电磁波接收器相连。
本发明具有的有益效果是：
在不同泥浆配方条件下，通过对泥浆施加驱动压力使其渗入土样，并监测不同时刻泥浆的渗透距离和孔压分布，探明泥浆成膜的极限条件，揭示泥膜渗透系数随时间变化的关系，研究泥膜形成过程，指导泥水盾构施工。
附图说明
图1是模型试验装置结构原理示意图。
图2是图1的I-I截面结构示意图。
图3是图1的II-II截面结构示意图。
图4是TDR的正剖面结构示意图
图5是TDR的侧剖面结构示意图
图中：1、土样，2、反滤层，3、玻璃视窗，4-10、七个孔压传感器，11-16、六个TDR探头， 17、三通阀门，18、气压源，19、蓄泥箱，20.25、两个电子天平，21.23、两个压力传感器，22、蓄水箱，24、渗流量测量筒，26、泥浆，27、同轴电缆，28、连接导线，29、环氧树脂，30、探针。
具体实施方式
下面结合附图和实例对本发明作进一步说明。
如图1、图2、图3所示，本发明包括七个孔压传感器4-10、六个TDR探头11-16、圆柱形刚性土样舱、蓄泥箱19、两个电子天平20，25、蓄水箱22、两个压力传感器21，23和气压源18；蓄泥箱19顶部经第一阀门与气压源18的一个出口相连，蓄泥箱19顶部装有第一压力传感器21以监测气压源压力，蓄泥箱19底部放置在第一电子天平20上以测量泥浆用量；圆柱形刚性土样舱的底部有反滤层2，反滤层2上部放置土样1，土样1上面为泥浆26，反滤层2能防止饱和过程中土样受扰动，圆柱形刚性土样舱的沿轴线方向的侧壁装有六个TDR探头11-16，六个TDR探头11-16分别插入土样内以监测泥浆渗透距离，与六个TDR探头11-16成90度方向的土样舱侧壁的对应高度分别布置一个孔压传感器以监测土样1内部的孔压，第七孔压传感器位于土样舱侧壁的上部以监测泥浆26的压力，土样舱侧壁上部土样表面处安装有玻璃视窗以监测泥膜厚度，蓄泥箱19下部经过三通阀门17与土样舱顶部连接，土样舱下部两个出口与蓄水箱22下部相连；蓄水箱22顶部经过第二阀门与气压源18的另一出口相连，蓄水箱22用以保持恒定压力水头，蓄水箱22顶部安装有第二压力传感器23，蓄水箱22侧壁上部经第三阀门与渗流量测量筒24顶部相连，渗流量测量筒24底部放在第二电子天平25上，用以测量渗水量。
所述反滤层2由上部为土工织布和下部为粗颗粒砂垫层组成。
如图4、图5所示，所述TDR探头包括三根并排的探针30，三根探针30通过连接导线28与同轴电缆27相连，连接导线28、三根探针30一端和同轴电缆27置于长方体环氧树脂29内，以实现连接导线28和同轴电缆27的防水以及探针30相对位置的固定，同轴电缆27与电磁波激发器和电磁波接收器相连。TDR探头的电磁波激发器和电磁波接收器采用美国Campbell Scientific公司的产品TDR100，它具有采样频率快、采样精度高等优势。
所述压力，孔压，TDR和电子秤传感器的数据可以通过数采仪进行实时采集，并传送至PC端。
本发明的工作过程如下：
试验前先在土样舱内制样、饱和并埋设七个孔压传感器和六个TDR探头；接着将泥浆搅拌均匀并倒入蓄泥箱，通过三通阀门排光蓄泥箱与土样舱之间的空气，并关闭三通阀门；然后将蓄泥箱与压力源联通，并施加预定的压力；打开三通阀门，使泥浆在压力进入土样舱；当土样中第一个TDR检测到的介电常数时认为此刻为监测的时间零点，在经过特定时间分别监测泥膜厚度，孔压计变化情况，渗流量，泥浆用量和介电常数变化情况；分析以上数据可以得知泥膜渗透系数，孔压分布以及泥浆渗透距离随时间的变化，并探明泥浆成膜过程。
Claims (2)
1.一种泥水盾构泥膜形成过程的模拟试验装置，其特征在于：包括七个孔压传感器（4-10）、六个TDR探头（11-16）、圆柱形刚性土样舱、蓄泥箱（19）、两个电子天平（20，25）、蓄水箱（22）、两个压力传感器（21，23）和气压源（18）；蓄泥箱（19）顶部经第一阀门与气压源（18）的一个出口相连，蓄泥箱（19）顶部装有第一压力传感器（21），蓄泥箱（19）底部放置在第一电子天平（20）上；圆柱形刚性土样舱的底部有反滤层（2），反滤层（2）上部放置土样（1），土样（1）上面为泥浆（26），圆柱形刚性土样舱的沿轴线方向的侧壁装有六个TDR探头（11-16），六个TDR探头（11-16）分别插入土样内，与六个TDR探头（11-16）成90度方向的土样舱侧壁的对应高度分别布置一个孔压传感器，第七孔压传感器位于土样舱侧壁的上部，土样舱侧壁上部土样表面处安装有玻璃视窗（3）， 蓄泥箱（19）下部经过三通阀门（17）与土样舱顶部连接，土样舱下部两个出口与蓄水箱（22）下部相连；蓄水箱（22）顶部经过第二阀门与气压源（18）的另一出口相连，蓄水箱（22）顶部安装有第二压力传感器（23），蓄水箱（22）侧壁上部经第三阀门与渗流量测量筒（24）顶部相连，渗流量测量筒（24）底部放在第二电子天平（25）上；
所述TDR探头包括三根并排的探针（30），三根探针（30）通过连接导线（28）与同轴电缆（27）相连，连接导线（28）、三根探针（30）一端和同轴电缆（27）一端置于长方体环氧树脂（29）内，同轴电缆（27）另一端与电磁波激发器和电磁波接收器相连。
2.根据权利要求1所述的一种泥水盾构泥膜形成过程的模拟试验装置，其特征在于：所述反滤层（2）由上部为土工织布和下部为粗颗粒砂垫层组成。
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