CN110057734A - 一种用于分层测量泥浆中砂粒沉降规律的插入式试验装置及测量方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于分层测量泥浆中砂粒沉降规律的插入式试验装置及测量方法，由带滑槽的正面板和背面板、带插槽的左面板、带插孔的右面板、带限位板的底板、可打开的顶板、分层隔板、推压面板、上限位板、卡扣、密封垫、螺栓和插销螺栓共同构成，通过插入式的分层隔板将泥浆分隔在不同的高度，测定经过不同时间沉降后不同分层泥浆中的砂粒质量，实现分层测量泥浆中砂粒沉降规律的功能，隔板采用插入式消除了隔板对颗粒沉降的影响，可精准测定不同分层的砂粒质量，是研究泥浆悬浮砂粒能力的一种有效手段。
Description
技术领域
本发明属于隧道与地下工程试验仪器技术领域，特别涉及一种用于分层测量泥浆中砂粒沉降规律的插入式试验装置及测量方法。
背景技术
近年来，泥水盾构技术凭借其优越的压力控制模式以及适合大直径盾构隧道开挖建设，在国内外隧道建设中的应用日趋广泛。泥水盾构依靠压力泥浆为开挖面提供支护，施工的关键在于保证开挖面的稳定。但是盾构隧道往往要面临穿越富水、渗透性的强砂卵石地层，泥浆的配置比例不当，极易造成隧道开挖面失稳以及坍塌等事故的发生。所以，开展对于在富水、强渗透性的泥浆配比以及泥浆材料性质的研究，使得开挖面获得稳定的支护，有着十分重要的现实意义以及学术价值。
目前，关于测量泥浆中砂粒沉降规律的试验较少，主要通过将制备的泥浆样品，使其进行自由沉降，通过测量沙土的沉淀量来评定砂粒在泥浆的悬浮能力。例如：我国学者王振飞在其论文《北京砂卵石地层大直径泥水加压平衡盾构实验性研究》中提出以砂土的沉淀量为标准来判定泥浆砂粒的悬浮能力，沉淀量越小，则泥浆砂粒的悬浮能力越好。但是此方法也有一定的局限性，无法系统的测量出各部位泥浆不同深度的砂粒含量，不能较好的反应泥浆砂粒的悬浮能力。
综上所述，现有的技术存在着无法精准测量泥浆中砂粒沉降规律，为克服不足，本发明提出一种用于分层测量泥浆中砂粒沉降规律的插入式试验装置及测量方法，分析在泥浆不同深度的砂粒悬浮状况，从而为泥浆的配比优化及泥浆特性等研究提供有效的分析依据。
发明内容
本发明提供了一种用于分层测量泥浆中砂粒沉降规律的插入式试验装置及测量方法，其目的在于，解决在测量砂粒沉降规律的试验中，无法精确获得泥浆不同深度砂粒的悬浮量，无法更精确判定砂粒在泥浆中悬浮能力的问题。通过插入泥浆分层插板对泥浆进行分层取样，可以确定泥浆不同深度的砂粒含量，从而更好的确定泥浆砂粒的悬浮能力。
一种用于分层测量泥浆中砂粒沉降规律的插入式试验装置，其特征在于，由带滑槽的正面板和背面板、带插槽的左面板、带插孔的右面板、带限位板的底板、可打开的顶板、分层隔板、推压面板、上限位板、下限位板、卡扣、密封垫、螺栓、插销螺栓、滑槽、插槽、插片孔、插片、插孔、卡孔和液面控制线共同构成；
正面板、背面板、左面板、右面板、底板、顶板的连接关系为：正面板、背面板的左端与左面板连接，右端与右面板连接，正面板和背面板均为高53cm、宽10cm及厚度0.5cm的板；正面板、背面板、左面板和右面板的下端与底板连接，上端与顶板连接，左面板和右面板均为高53cm、宽11cm及厚度0.5cm的板；左面板与相邻面板间的连接为活动连接，顶板与相邻面板间的连接为活动连接，其它面板间的连接为固定连接；各个面板间的连接处设置厚度为0.1cm的密封垫，保证连接处的密封，所有的面板均使用金属板材质；
正面板、背面板和右面板上设置卡扣，左面板和顶板上设有卡孔，卡扣和卡孔位置——对应，卡孔可以容纳卡扣上的倒钩，用于临时固定活动连接；将卡扣打开，可以打开左面板或顶板与其它面板间的活动连接；固定连接通过螺栓固定，试验过程中不打开；
顶板与相邻面板间的活动连接可以被打开，即拿掉顶板，用于试验开始向装置中装入泥浆；该活动连接可以被关闭，即盖紧顶板，防止试验过程中泥浆从顶板处漏出，顶板为宽11cm及厚度0.5cm的正方形板；
左面板与相邻面板间的活动连接可以被打开，用于试验过程中将仪器水平放置，左侧朝上时，拿掉左面板，分层取出各个隔板中的泥浆并测定各层泥浆中的砂粒质量；该活动连接可以被关闭，即盖紧左面板，防止试验过程中泥浆从左面板处漏出。
分层隔板的右端通过螺栓与推压面板固定连接，分层隔板与推压面板保持整体移动，分层隔板为厚0.1cm、宽10.4cm及长10.7cm的板；
分层隔板始终插入在右面板的插孔中，插孔内壁设置密封垫，防止泥浆从插孔和分层隔板的间隙漏出，右面板中开设的插孔为高0.3cm及长10.6cm的矩形孔；
分层隔板可以沿着正面板和背面板上的滑槽左右移动，开设的滑槽为深度0.3cm及高度0.3cm的矩形槽，当推压面板推至最左端，分层隔板插入到左面板的插槽中，左面板中开设的插槽为高度0.3cm、深度0.3cm及长10.6cm的矩形槽，滑槽和插槽内壁设置密封垫，用于包裹分层隔板的边缘，可以将不同深度的泥浆完全分隔，防止不同深度的泥浆和砂粒发生上下串动；
分层隔板的数量与右面板上的插孔数量、正面板和背面板上的滑槽数量，以及左面板的插槽的数量相等；根据需要，分层隔板的数量可以设为4～9个，将整个装置分隔为5～10个独立空间；
各分层隔板间的间隔相等；正面板内壁刻有液面控制线，泥浆注入高度与液面控制线齐平，液面控制线与最上层的分层隔板之间的体积与下面各层的体积相等；
上限位板通过螺栓与右面板固定连接，下限位板是底板的一部分，位于底板的右侧，底板的长度24cm，宽度为11cm，厚度0.5cm；
上限位板与下限位板的右侧均设置插销螺栓，插销螺栓下方设置插片孔，允许推压面板上的插片插入其中，并通过插销螺栓临时固定推压面板，限制推压面板向右被拉出的最大距离，防止分层隔板从右面板的插孔中拉出；也可以打开插销螺栓，允许推压面板向左移动；
上限位板与下限位板可以作为支架，用于将装置水平放置，左面板朝上时，提供支撑作用；
推压面板的外壁两侧分别设两个卡孔，与正面板和背面板上的卡扣一一对应；
当推压面板推至最左端，通过卡扣可以临时固定推压面板和分层隔板，防止装置水平放置时推压面板和分层隔板向下移动。
采用一种用于分层测量泥浆中砂粒沉降规律的插入式试验装置进行测量，包括以下步骤：
步骤1：装置组装完成后，将推压面板向右拉出至最右侧，使用插销螺栓将推压面板固定在上限位板和下限位板上；
步骤2：打开顶板，从装置顶部将提前制备好的泥浆砂粒混合液体装入到装置中，液面高度与液面控制线齐平，重新装上顶板，并用正面板、背面板及右面板上的卡扣扣紧；
步骤3：将装置摇晃15-20次，使砂粒在泥浆中分散均匀，将装置竖直放置，让砂粒在泥浆中自由沉降；拧开插销螺栓，放开上限位板和下限位板对推压面板的约束；
步骤4：等待泥浆沉降t min(如10min、20min、30min...)后，向左推动推压面板，将分层隔板在3～5秒内推入装置中，并与左面板的插槽接触，使得装置中的泥浆被完全分隔在不同的隔间中；插入完成后，使用卡扣将推压面板固定在右面板上；
步骤5：将装置水平放置，此时左面板朝上，打开左面板上的卡扣，将左面板拆除，分别取出每个隔间内的含有砂粒的泥浆，完成取样；
步骤6：将各层取出的泥浆砂粒混合物用清水洗净，洗净的砂粒分别存放在不同编号的铝盒内，烘干24h，称出烘干后各层砂粒质量m，完成测量。
有益效果
本发明解决了泥浆砂粒悬浮能力测试实验中无法精确测量泥浆溶液中砂粒的沉降规律的问题，在装置内注入泥浆溶液，摇匀后使泥浆中的砂粒自由沉降，待沉降一定时间(如10min、20min、30min...)后插入泥浆分层插板，使泥浆溶液分隔在高度相同的隔间内，该取样方法操作简单，可以更加精确的测量出泥浆砂粒的沉降规律。
附图说明
图1为分层测量泥浆中砂粒沉降规律的插入式试验装置的结构视图；
图2为正面板的结构视图，其中(a)为正面板外壁正视图，(b)为带滑槽面板内壁正视图，(c)为正面板正面剖面图；
图3为背面板的结构视图，其中(a)为背面板外壁正视图，(b)为背面板内壁正视图，(c)为背面板正面剖面图；
图4为左面板的结构视图，其中(a)为左面板外壁正视图，(b)为左面板内壁正视图，(c)为左面板正面剖面图；
图5为右面板的结构视图，其中(a)为右面板正面剖视图，(b)为右面板外壁正视图，(b)为右面板内壁正视图；
图6为分层隔板及推压面板的结构视图，其中(a)为分层隔板及推压面板正面剖视图，(b)为分层隔板及推压面板左视图，(c)为分层隔板及推压面板右视图；
图7为顶板的结构视图，其中(a)为顶板正视图，(b)为顶板俯视图，(c)为顶板仰视图；
图8为底板的结构视图，其中(a)为底板正视图，(b)为底板俯视图；
图9为分层隔板插入装置的示意图，其中(a)为分层隔板未插入滑槽的内部视图，(b)为分层隔板插入滑槽过程的内部视图，(c)为分层隔板完全插入滑槽的内部视图；
在附图1～附图8中，1为正面板、2为背面板、3为左面板、4为右面板、5为底板、6为顶板、7为分层隔板、8为推压面板、9为上限位板、10为下限位板、11为卡扣、12为密封垫、13为螺栓、14为插销螺栓、15为滑槽、16为插槽、17为插片孔、18为插片、19为插孔、20为卡孔和21为液面控制线共同构成。
具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
如图1-图8所示，本发明提出的一种用于分层测量泥浆中砂粒沉降规律的插入式试验装置及测量方法，其特征在于，正面板1、背面板2、左面板3、右面板4、底板5、顶板6、分层隔板7、推压面板8、上限位板9、下限位板10、卡扣11、密封垫12、螺栓13、插销螺栓14、滑槽15、插槽16、插片孔17、插片18、插孔19、卡孔20和液面控制线21共同构成；
正面板1、背面板2、左面板3、右面板4、底板5、顶板6的连接关系为：正面板1、背面板2的左端与左面板3连接，右端与右面板4连接，正面板1和背面板2均为高53cm、宽10cm及厚度0.5cm的板；正面板1、背面板2、左面板3和右面板4的下端与底板5连接，上端与顶板6连接，左面板3和右面板4均为高53cm、宽11cm及厚度0.5cm的板；左面板3与相邻面板间的连接为活动连接，顶板6与相邻面板间的连接为活动连接，其它面板间的连接为固定连接；各个面板间的连接处设置厚度为0.1cm厚的密封垫12，保证连接处的密封，所有的面板均使用金属板材质；
正面板1、背面板2和右面板4上设置卡扣11，左面板3和顶板6上设有卡孔20，卡扣11和卡孔20位置一一对应，卡孔20可以容纳卡扣11上的倒钩，用于临时固定活动连接；将卡扣11打开，可以打开左面板3或顶板6与其它面板间的活动连接；固定连接通过螺栓13固定，试验过程中不打开；
顶板6与相邻面板间的活动连接可以被打开，即拿掉顶板6，用于试验开始向装置中装入泥浆；该活动连接可以被关闭，即盖紧顶板6，防止试验过程中泥浆从顶板6处漏出，顶板6为宽11cm及厚度0.5cm的正方形板；
左面板3与相邻面板间的活动连接可以被打开，用于试验过程中将仪器水平放置，左侧朝上时，拿掉左面板3，分层取出各个隔板中的泥浆并测定各层泥浆中的砂粒质量；该活动连接可以被关闭，即盖紧左面板3，防止试验过程中泥浆从左面板3处漏出；
分层隔板7的右端通过螺栓13与推压面板8固定连接，分层隔板7与推压面板8保持整体移动，分层隔板7为厚0.1cm、宽10.4cm及长10.7cm的板；
分层隔板7始终插入在右面板4的插孔19中，插孔19内壁设置密封垫12，防止泥浆从插孔19和分层隔板7的间隙漏出，右面板4中开设的插孔19为高0.3cm及长10.6cm的矩形孔；
分层隔板7可以沿着正面板1和背面板2上的滑槽15左右移动，开设的滑槽15为深度0.3cm及高度0.3cm的矩形槽，当推压面板8推至最左端，分层隔板7插入到左面板3的插槽16中，左面板3开设的插槽16为深度0.3cm、高度0.3cm及长10.6cm的矩形槽，滑槽15和插槽16内壁设置密封垫12，用于包裹分层隔板7的边缘，可以将不同深度的泥浆完全分隔，防止不同深度的泥浆和砂粒发生上下串动；
分层隔板7的数量与右面板4上的插孔19数量、正面板1和背面板2上的滑槽15数量，以及左面板3的插槽16的数量相等；根据需要，分层隔板7的数量可以设为4～9个，将整个装置分隔为5～10个独立空间；
各分层隔板7间的间隔相等；正面板1内壁刻有液面控制线21，泥浆注入高度与液面控制线21齐平，液面控制线21与最上层的分层隔板7之间的体积与下面各层的体积相等。
上限位板9通过螺栓13与右面板4固定连接，下限位板10是底板6的一部分，位于底板6的右侧，底板的长度24cm，宽度为11cm，厚度0.5cm；
上限位板9与下限位板10的右侧均设置插销螺栓14，插销螺栓14下方设置插片孔17，允许推压面板8上的插片18插入其中，并通过插销螺栓14临时固定推压面板8，限制推压面板8向右被拉出的最大距离，防止分层隔板7从右面板4的插孔19中拉出；也可以打开插销螺栓14，允许推压面板8向左移动；
上限位板9与下限位板10可以作为支架，用于将装置水平放置，左面板3朝上时，提供支撑作用。
推压面板8的外壁两侧分别设两个卡孔20，与正面板1和背面板2上的卡扣11一一对应；
当推压面板8推至最左端，通过卡扣11可以临时固定推压面板8和分层隔板7，防止装置水平放置时推压面板8和分层隔板7向下移动。
采用一种用于分层测量泥浆中砂粒沉降规律的插入式试验装置进行测量，包括以下步骤：
步骤1：装置组装完成后，将推压面板8向右拉出至最右侧，使用插销螺栓14将推压面板8固定在上限位板9和下限位板10上；
步骤2：打开顶板6，从装置顶部将提前制备好的泥浆砂粒混合液体装入到装置中，液面高度与液面控制线21齐平，重新装上顶板6，并用正面板1、背面板2及右面板4上的卡扣11扣紧；
步骤3：将装置摇晃15-20次，使砂粒在泥浆中分散均匀，将装置竖直放置，让砂粒在泥浆中自由沉降；拧开插销螺栓14，放开上限位板9和下限位板10对推压面板8的约束；
步骤4：等待泥浆沉降tmin(如10min、20min、30min...)后，向左推动推压面板8，将分层隔板7在3～5秒内推入装置中，并与左面板3的插槽16接触，使得装置中的泥浆被完全分隔在不同的隔间中；插入完成后，使用卡扣11将推压面板8固定在右面板4上；
步骤5：将装置水平放置，此时左面板3朝上，打开左面板3上的卡扣11，将左面板3拆除，分别取出每个隔间内的含有砂粒的泥浆，完成取样；
步骤6：将各层取出的泥浆砂粒混合物用清水洗净，洗净的砂粒分别存放在不同编号的铝盒内，烘干24h，称出烘干后各层砂粒质量m，完成测量。
Claims (6)
1.一种用于分层测量泥浆中砂粒沉降规律的插入式试验装置及测量方法，其特征在于，由带滑槽(15)的正面板(1)和背面板(2)、带插槽的左面板(3)、带插孔的右面板(4)、带限位板的底板(5)、可打开的顶板(6)、分层隔板(7)、推压面板(8)、上限位板(9)、下限位板(10)、卡扣(11)、密封垫(12)、螺栓(13)、插销螺栓(14)、滑槽(15)、插槽(16)、插片孔(17)、插片(18)、插孔(19)、卡孔(20)和液面控制线(21)共同构成。
2.据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述正面板(1)、背面板(2)、左面板(3)、右面板(4)、底板(5)、顶板(6)的连接关系为：正面板(1)、背面板(2)的左端与左面板(3)连接，右端与右面板(4)连接；正面板(1)、背面板(2)、左面板(3)和右面板(4)的下端与底板(5)连接，上端与顶板(6)连接；左面板(3)与相邻面板间的连接为活动连接，顶板(6)与相邻面板间的连接为活动连接，其它面板间的连接为固定连接；各个面板间的连接处设置密封垫(12)，保证连接处的密封；
所述正面板(1)、背面板(2)和右面板(4)上设置卡扣(11)，左面板(3)和顶板(6)上设有卡孔(20)，卡扣(11)和卡孔(20)位置一一对应，卡孔(20)可以容纳卡扣(11)上的倒钩，用于临时固定活动连接；将卡扣(11)打开，可以打开左面板(1)或顶板(6)与其它面板间的活动连接；固定连接通过螺栓(13)固定，试验过程中不打开；
所述顶板(6)与相邻面板间的活动连接可以被打开，即拿掉顶板(6)，用于试验开始向装置中装入泥浆；该活动连接可以被关闭，即盖紧顶板(6)，防止试验过程中泥浆从顶板(6)处漏出；
所述左面板(3)与相邻面板间的活动连接可以被打开，用于试验过程中将仪器水平放置，左侧朝上时，拿掉左面板(3)，分层取出各个隔板中的泥浆并测定各层泥浆中的砂粒质量；该活动连接可以被关闭，即盖紧左面板(3)，防止试验过程中泥浆从左面板(3)处漏出。
3.据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述分层隔板(7)的右端通过螺栓(13)与推压面板(8)固定连接，分层隔板(7)与推压面板(8)保持整体移动；
分层隔板(7)始终插入在右面板(4)的插孔(19)中，插孔(19)内壁设置密封垫(12)，防止泥浆从插孔(19)和分层隔板(7)的间隙漏出；
分层隔板(7)可以沿着正面板(1)和背面板(2)上的滑槽(15)左右移动，当推压面板(8)推至最左端，分层隔板(7)插入到左面板(3)的插槽(16)中，滑槽(15)和插槽(16)内壁设置密封垫(12)，用于包裹分层隔板(7)的边缘，可以将不同深度的泥浆完全分隔，防止不同深度的泥浆和砂粒发生上下串动；
分层隔板(7)的数量与右面板(4)上的插孔(19)数量、正面板(1)和背面板(2)上的滑槽(15)数量，以及左面板(3)的插槽(16)的数量相等；根据需要，分层隔板(7)的数量可以设为4～9个，将整个装置分隔为5～10个独立空间；
各分层隔板(7)间的间隔相等；正面板(1)内壁刻有液面控制线(21)，泥浆注入高度与液面控制线(21)齐平，液面控制线(21)与最上层的分层隔板(7)之间的体积与下面各层的体积相等。
4.据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述上限位板(9)通过螺栓(13)与右面板(4)固定连接，下限位板(10)是底板(5)的一部分，位于底板(5)的右侧；
上限位板(9)与下限位板(10)的右侧均设置插销螺栓(14)，插销螺栓(14)下方设置插片孔(17)，允许推压面板(8)上的插片(18)插入其中，并通过插销螺栓(14)临时固定推压面板(8)，限制推压面板(8)向右被拉出的最大距离，防止分层隔板(7)从右面板(4)的插孔(19)中拉出；也可以打开插销螺栓(14)，允许推压面板(8)向左移动；一
上限位板(9)与下限位板(10)可以作为支架，用于将装置水平放置，左面板(3)朝上时，提供支撑作用。
5.据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述推压面板(8)的外壁两侧分别设两个卡孔(20)，与正面板(1)和背面板(2)上的卡扣(11)一一对应；
当推压面板(8)推至最左端，通过卡扣(11)可以临时固定推压面板(8)和分层隔板(7)，防止装置水平放置时推压面板(8)和分层隔板(7)向下移动。
6.一种用于分层测量泥浆中砂粒沉降规律的测量方法，其特征在于，采用权利要求1-5任一项所述的用于分层测量泥浆中砂粒沉降规律的插入式试验装置进行测量，包括以下步骤：
步骤1：装置组装完成后，将推压面板(8)向右拉出至最右侧，使用插销螺栓(14)将推压面板(8)固定在上限位板(9)和下限位板(10)上；
步骤2：打开顶板(6)，从装置顶部将提前制备好的泥浆砂粒混合液体装入到装置中，液面高度与液面控制线(21)齐平，重新装上顶板(6)，并用正面板(1)、背面板(2)及右面板(4)上的卡扣(11)扣紧；
步骤3：将装置摇晃15-20次，使砂粒在泥浆中分散均匀，将装置竖直放置，让砂粒在泥浆中自由沉降；拧开插销螺栓(14)，放开上限位板(9)和下限位板(10)对推压面板(8)的约束；
步骤4：等待泥浆沉降tmin(如10min、20min、30min...)后，向左推动推压面板(8)，将分层隔板(7)在3～5秒内推入装置中，并与左面板(3)的插槽接触，使得装置中的泥浆被完全分隔在不同的隔间中；插入完成后，使用卡扣(11)将推压面板(8)固定在右面板(4)上；
步骤5：将装置水平放置，此时左面板(3)朝上，打开左面板(3)上的卡扣(11)，将左面板(3)拆除，分别取出每个隔间内的含有砂粒的泥浆，完成取样；
步骤6：将各层取出的泥浆砂粒混合物用清水洗净，洗净的砂粒分别存放在不同编号的铝盒内，烘干24h，称出烘干后各层砂粒质量m，完成测量。
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