CN110146418A - 一种泥浆渗透成膜简易实验装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种泥浆渗透成膜简易实验装置，包括实验系统和设置在所述实验系统一侧的加压系统；所述实验系统包括内部设有横梁的支撑框架，设置在所述横梁上的实验筒，以及设置在所述实验筒下方的量筒；所述实验筒包括固定设置在横梁上的下端盖、与所述下端盖旋装连接的透明筒，以及与所述透明筒上端旋装的上顶盖；在所述上顶盖上设有通气孔，在所述下顶盖上设有失水孔；还公开了一种泥浆渗透成膜简易实验方法。本发明结构简单，使用方便，能够有效测取泥浆对地层渗透成膜厚度、滤水量，实现对地层合理泥浆配比优化，用于评价泥浆对各类地层条件的适应性。

Description

一种泥浆渗透成膜简易实验装置及方法

技术领域

本发明涉及隧道及地下工程测试设备技术领域，具体涉及一种泥浆渗透成膜简易实验装置及方法。

背景技术

近年来，泥水平衡盾构已在穿江越海等复杂地质环境中得到广泛应用。泥水平衡盾构通过调节压力仓内泥浆压力来平衡开挖面地层的水土压力，由于泥浆压力大于地层孔隙水压力，泥浆中的细小颗粒在压差作用下向地层中渗透形成不透水的泥膜，从而起到稳定地层的作用。因此，泥浆对地层的渗透成膜特性直接关系到泥水平衡盾构掘进的稳定性。

一般地，通过泥浆本身的比重、粘度、滤失量等参数主观评价其对不同地层的适应性。因此，对于不同地层的泥浆配比存在主观臆断，导致泥浆对地层的渗透效果并不理想。泥浆对地层的渗透效果差直接表现为泥浆或无法渗入地层，或渗入流失量过大，从而形成的泥皮太薄，强度太低，无法维持开挖面稳定性。因此，针对不同地层条件，合理评价泥浆对地层的渗透性具有重要意义。

目前，国内对泥浆渗透地层的试验设备比较庞大，完成泥浆渗透地层并得到多组泥浆渗透地层的效果比选耗时较长，导致关于泥浆渗透成膜的相关结论并不多。因此，研制简易的泥浆渗透成膜试验装置成为必要。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种操作简便、准确可靠、适用性强的泥浆渗透成膜简易实验装置；还提供了该泥浆渗透成膜简易实验方法；旨在通过滤水量的多少直接观测泥浆对地层渗透效果，直接测取泥皮厚度，便于评估泥浆对各地层的适应性。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种泥浆渗透成膜简易实验装置，包括实验系统和设置在所述实验系统一侧的加压系统；所述实验系统包括内部设有横梁的支撑框架，设置在所述横梁上的实验筒，以及设置在所述实验筒下方的量筒；所述实验筒包括固定设置在横梁上的下端盖、与所述下端盖旋装连接的透明筒，以及与所述透明筒上端旋装的上顶盖；在所述上顶盖上设有通气孔，在所述下顶盖上设有失水孔；

所述加压系统包括通过气管与所述通气孔连接的打气筒，在所述气管上设有减压器和通气阀，所述通气阀位于所述减压器和通气孔之间。

针对上述技术特征，支撑框架由横梁隔为上下两个部分，上面用来放置实验筒，下方为了使量筒置于实验筒下面，方便渗透水的收集；实验筒的结构更方便透水石、砂层和泥浆的放入和取出；加压系统可以方便控制实验筒内的气压大小，采用打气筒方便人为控制，减压阀为了避免进入实验筒的气体压力过大或过小，影响实验效果，也使操作更加简化，不需要在加压过程中精确实验筒内的压力正好达到实验压力值。

优选的，在所述打气筒和减压器上分别安装有气筒压力表和减压器压力表。便于观察，不需要另外进行压力测试，简化操作过程。

优选的，在所述上顶盖和下顶盖内分别设有凹槽，在所述凹槽内设有密封垫圈。增加装置的密封性，提高实验精确性。

优选的，所述失水孔与量筒的中心轴线相重合。避免渗透水流入量筒外侧，保证实验的有效性。

优选的，在所述透明筒的外侧设有刻度线；在所述上顶盖上设有旋紧手柄。刻度线便于实验者随时观察泥浆的状态和泥膜的厚度，不需再将泥膜取出，降低对泥膜的扰动；旋紧手柄便于上端盖的旋紧和松开。

该泥浆渗透成膜简易实验方法，包括以下步骤：

（1）将打气筒置于支撑框架一侧，连接气管，使打气筒和通气孔连通，并在气管中部安装减压器和减压器压力表，同时确保减压器的手柄在自由位置；

（2）将透明筒旋装在下端盖上，并在透明筒内从下到上依次铺设透水石、砂层和泥浆；

（3）将上端盖与透明筒通过旋紧手柄旋紧，并关闭通气阀；将量筒置于失水孔的正下方；

（4）通过打气筒进行施加气压，使实验筒内的压力大于实验压力0.1Kpa；

（5）打开通气阀，顺时针转动减压器的手柄，当减压器压力表指示数值到达实验压力时，停止转动减压器的手柄；

（6）当减压器压力表数值开始下降或听到量筒内有进气的声音时，开始有水从失水孔流出，此时开始记录时间；

（7）当时间记录时间到30min时，取下量筒，同时关闭通气阀；

（8）松开旋紧手柄，打开上端盖，取出透明筒，读取泥膜厚度；

（9）读取量筒内率出水的量。

本发明的有益效果是：

本发明在透明筒的刻度线可以实现实时读取砂层、泥浆及泥膜厚度值；透明筒的设计方便砂层和泥浆的填充；通过打气筒提供压力源，减压器调整至实验压力，实验者操作便利，控制方便，同时保障了实验过程中压力的稳定性。

该装置结构简单，使用方便，功能明确，能够有效测取泥浆对地层渗透成膜厚度、滤水量，实现对地层合理泥浆配比优化，用于评价泥浆对各类地层条件的适应性。该实验方法操作简单，实验要求低，根据不同的滤水量来对不同泥浆的渗水性进行对比。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图中：1上端盖，2透明筒，3支撑框架，4旋紧手柄，5通气阀，6气管，7减压器压力表，8减压器，9打气筒，10打气压力表，11透水石，12量筒。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。

如图1所示，一种泥浆渗透成膜简易实验装置，包括实验系统和设置在所述实验系统一侧的加压系统；所述实验系统包括内部设有横梁的支撑框架，设置在所述横梁上的实验筒，以及设置在所述实验筒下方的量筒；所述实验筒包括固定设置在横梁上的下端盖、与所述下端盖旋装连接的透明筒，以及与所述透明筒上端旋装的上顶盖；在所述透明筒的外侧设有刻度线，透明筒由透明材质制成；在所述上顶盖上设有旋紧手柄和通气孔，在所述下顶盖上设有失水孔，所述失水孔与量筒的中心轴线相重合；在所述上顶盖和下顶盖内分别设有凹槽，在所述凹槽内设有密封垫圈。

所述加压系统包括通过气管与所述通气孔连接的打气筒，在所述气管上设有减压器和通气阀，所述通气阀位于所述减压器和通气孔之间，在所述打气筒和减压器上分别安装有气筒压力表和减压器压力表。

该泥浆渗透成膜简易实验方法，包括以下步骤：

（1）将打气筒置于支撑框架一侧，连接气管，使打气筒和通气孔连通，并在气管中部安装减压器和减压器压力表，同时确保减压器的手柄在自由位置；

（2）将透明筒旋装在下端盖上，并在透明筒内从下到上依次铺设透水石、砂层和泥浆；

（3）将上端盖与透明筒通过旋紧手柄旋紧，并关闭通气阀；将量筒置于失水孔的正下方；

（4）通过打气筒进行施加气压，使减压器与打气筒之间的气管内压力大于实验压力0.1Kpa；

（5）打开通气阀，顺时针转动减压器的手柄，当减压器压力表指示数值到达实验压力时，停止转动减压器的手柄；

（6）当减压器压力表数值开始下降或听到量筒内有进气的声音时，开始有水从失水孔流出，此时开始记录时间；

（7）当时间记录时间到30min时，取下量筒，同时关闭通气阀；

（8）松开旋紧手柄，打开上端盖，取出透明筒，读取泥膜厚度；

（9）读取量筒内率出水的量。

针对不同泥浆分别按照上述方法进行实验，其中透水石、砂层和泥浆的铺设厚度相同，根据不同泥浆在具体实际使用时的压力为实验压力值，记录时间相同的情况下，观察量筒中率出水量的多少确定不同泥浆的渗水性。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种泥浆渗透成膜简易实验装置，其特征在于，包括实验系统和设置在所述实验系统一侧的加压系统；所述实验系统包括内部设有横梁的支撑框架，设置在所述横梁上的实验筒，以及设置在所述实验筒下方的量筒；所述实验筒包括固定设置在横梁上的下端盖、与所述下端盖旋装连接的透明筒，以及与所述透明筒上端旋装的上顶盖；在所述上顶盖上设有通气孔，在所述下顶盖上设有失水孔；

所述加压系统包括通过气管与所述通气孔连接的打气筒，在所述气管上设有减压器和通气阀，所述通气阀位于所述减压器和通气孔之间。

2.根据权利要求1所述的泥浆渗透成膜简易实验装置，其特征在于，在所述打气筒和减压器上分别安装有气筒压力表和减压器压力表。

3.根据权利要求1所述的泥浆渗透成膜简易实验装置，其特征在于，在所述上顶盖和下顶盖内分别设有凹槽，在所述凹槽内设有密封垫圈。

4.根据权利要求1所述的泥浆渗透成膜简易实验装置，其特征在于，所述失水孔与量筒的中心轴线相重合。

5.根据权利要求1所述的泥浆渗透成膜简易实验装置，其特征在于，在所述透明筒的外侧设有刻度线；在所述上顶盖上设有旋紧手柄。

6.一种权利要求1-5任一所述的泥浆渗透成膜简易实验方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）将打气筒置于支撑框架一侧，连接气管，使打气筒和通气孔连通，并在气管中部安装减压器和减压器压力表，同时确保减压器的手柄在自由位置；

（2）将透明筒旋装在下端盖上，并在透明筒内从下到上依次铺设透水石、砂层和泥浆；

（3）将上端盖与透明筒通过旋紧手柄旋紧，并关闭通气阀；将量筒置于失水孔的正下方；

（4）通过打气筒进行施加气压，使实验筒内的压力大于实验压力0.1Kpa；

（5）打开通气阀，顺时针转动减压器的手柄，当减压器压力表指示数值到达实验压力时，停止转动减压器的手柄；

（6）当减压器压力表数值开始下降或听到量筒内有进气的声音时，开始有水从失水孔流出，此时开始记录时间；

（7）当时间记录时间到30min时，取下量筒，同时关闭通气阀；

（8）松开旋紧手柄，打开上端盖，取出透明筒，读取泥膜厚度；

（9）读取量筒内率出水的量。