CN111735931A - 一种不同含水量粉细砂结构掌子面稳定性的实验装置和方法 - Google Patents

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杨建辉
吕金生
王恒
王来顺
李柏青
郭水
郭奇峰
王建
王超
刘淼
张斌
王森
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Abstract

本发明涉及一种不同含水量粉细砂结构掌子面稳定性的实验装置及方法，其中活动面板(2)与玻璃箱体(1)形成容纳空腔；数据采集器(3)嵌入在玻璃箱体(1)内侧且边缘与活动面板(2)接触，数据线从玻璃箱体(1)引出与PC端连接；针对每种不同含水量的粉细砂试样做如下试验：将粉细砂试样分成若干等份分次加入空腔中，且每次加入后压实并找平后再加入下一份；在最后一份压实找平后，静置使其达到正常固结程度；缓慢抽出活动面板，采集粉细砂试样的直立时间，并记录粉细砂试样的自然休止角；根据获得的多种试样的直立时间及自然休止角，确定粉细砂结构掌子面的稳定性。本发明能方便有效测试不同含水量对粉细砂结构稳定性的影响。

Description

一种不同含水量粉细砂结构掌子面稳定性的实验装置和方法
技术领域
本发明涉及隧道工程技术领域，特别是涉及一种不同含水量粉细砂结构掌子面稳定性的实验装置和方法。
背景技术
随着科技与经济的发展，城市地下铁道工程越来越多，由于地下地质环境的复杂多遍，许多城市在修建地铁时面临着高地下水位的粉细砂层，且许多粉细砂地层含有不同含水量，使得开挖面的稳定性有着显著的不同，这给修建地铁时隧道掌子面的加固带来了许多严重的问题。
为了探明不同含水量对粉细砂地层结构掌子面的稳定性影响，需要设计相关的试验模型，并根据实验结果确定出粉细砂不同含水量与在相应含水量粉细砂地层结构的稳定性之间的关系。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种不同含水量粉细砂结构掌子面稳定性的实验装置和方法，能够方便有效的测试不同含水量粉细砂试样的休止角以及保持直立时间，从而能够确定粉细砂不同含水量对相应含水量粉细砂地层结构的稳定性的影响。
本发明的目的通过如下技术方案实现：
本发明提供一种不同含水量粉细砂结构掌子面稳定性的实验装置，其包括：玻璃箱体、活动面板和数据采集器；
所述玻璃箱体包括底板、第一侧板、第二侧板和后板；第一侧板和第二侧板以及底板上设置有对应的凹槽；活动面板插入所述凹槽，并与所述玻璃箱体一起形成容纳粉细砂试样的空腔；
数据采集器嵌入在玻璃箱体内侧并且边缘与活动面板接触；数据采集器的数据线从玻璃箱体引出与PC端连接。
更优选地，在所述第一侧板和/或第二侧板的外侧刻有量角刻度。
更优选地，所述数据采集器为红外线计时器。
本发明还提供一种不同含水量粉细砂结构掌子面稳定性的实验方法，所述实验方法包括：
将配置好的不同含水量的多种粉细砂试样均按照如下步骤实验，获得多种粉细砂试样的直立时间以及自然休止角：
步骤S101，取配置好的一种粉细砂试样；
步骤S102，清空玻璃箱体，并将活动面板插入玻璃箱体的凹槽内并使其固定；
步骤S103，将取得的粉细砂试样分成若干等份，分次加入到玻璃箱体与活动面板形成的空腔中，且每次加入粉细砂试样后将其压实并且找平，之后再加入下一份粉细砂试样；
步骤S104，在最后一份试样压实找平后，静置使其达到正常固结程度，然后缓慢抽出活动面板，采集粉细砂试样的直立时间，观测并记录本次实验的粉细砂试样的自然休止角；
根据获得的多种粉细砂试样的直立时间以及自然休止角，确定粉细砂结构掌子面的稳定性。
更优选地，所述步骤S103中，采用固结不排水方法对加入的每份粉细砂试样进行压实和找平。
更优选地，所述粉细砂试样含水量按照从塑限含水量到液限含水量依次增加5％进行配比。
由上述本发明的技术方案可以看出，本发明相对于现有技术，具有如下技术效果：
本发明通过玻璃箱体设置凹槽供活动面板自由灵活地抽插，并在其内部空腔中添加不同含水量的粉细砂试样，从而能够方便实现粉细砂地层不同含水量对地下隧道掌子面稳定性的实验。
通过玻璃箱体侧板上的量角刻度能够方便获得粉细砂试样的自然休止角，并通过数据采集器测得粉细砂试样的直立时间，能够从一定角度反映粉细砂地层不同含水量对地下隧道掌子面稳定性的影响关系，为后续的加固措施起到指导作用。
附图说明
图1为本发明的实验装置的结构示意图；
图2为本发明的实验方法的流程图。
附图标记：
玻璃箱体1、活动面板2、数据采集器3；量角刻度11。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本申请的技术方案，以下将通过实施例并结合说明书附图对本发明做进一步详细说明。
本申请文件中的上、下、左、右、前和后等方位用语是基于附图所示的位置关系而建立的。附图不同，则相应的位置关系也有可能随之发生变化，故不能以此理解为对保护范围的限定。
本发明中，术语“安装”、“相连”、“相接”、“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，也可以是一体地连接，也可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通信，也可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接连接，可以是两个元器件内部的联通，也可以是两个元器件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例一
本发明实施例一提供一种不同含水量粉细砂结构掌子面稳定性的实验装置，其结构如图1所示，包括：玻璃箱体1、活动面板2和数据采集器3。
玻璃箱体1包括底板以及固定在底板上的第一侧板、第二侧板和后板；第一侧板和第二侧板以及底板上设置有对应的凹槽供活动面板2插入。为了方便观察，可以在第一侧板或第二侧板的侧面刻有量角刻度11，也可以同时在第一侧板和第二侧板的外侧刻有量角刻度11；数据采集器3嵌入在玻璃箱体1内侧并且边缘与活动面板2接触，数据采集器3的数据线从玻璃箱体1引出与PC端连接，PC端显示数据采集器的读数。上述数据采集器3为红外线计时器。
活动面板2与玻璃箱体1组装好后，其内部形成容纳粉细砂试样的空腔。
实施例二
本发明实施例二提供一种不同含水量粉细砂结构掌子面稳定性的实验方法，其适用于测量土砂复合地层的稳定性，在实施本实验方法之前，按从塑限含水量到液限含水量依次增加设定含水量配置好多种不同含水量的粉细砂试样，具体配置时，粉细砂试样含水量可以按照从塑限含水量到液限含水量依次增加5％进行配比。
其实现流程如图2所示，具体包括如下步骤：
步骤S101，取配置好的一种粉细砂试样。
步骤S102，清空玻璃箱体1，将活动面板2插入玻璃箱体1的凹槽内并使其固定。
步骤S103，将取得的粉细砂试样分成若干等份(如等量的三份)，分次加入到玻璃箱体1与活动面板2形成的空腔中，每次加入粉细砂试样后进行实并且找平，之后再加入下一份粉细砂试样；
每次压实和找平粉细砂试样均采用固结不排水方法，具体如下：按照每一份试样放入装置并找平后进行加载，加载时间达到设定时间阈值(如2天)时完成加载，待加载完成后卸载并加入下一份式样，重复操作直至粉细砂试样接近玻璃箱体1的顶部为止。
步骤S104，在最后一份粉细砂试样压实并且找平后，静置使其达到正常固结程度，然后缓慢抽出活动面板2，通过数据采集器3采集粉细砂试样的直立时间，并且从玻璃箱体1侧面观测并记录本次实验的粉细砂试样的自然休止角。
最后一次的压实后静置也同样采用固结不排水实验方法，直到粉细砂试样达到正常固结程度。
步骤S105，判断配置好的多种粉细砂试样是否都实验完毕，若没有，则执行步骤S106；否则，执行步骤S107；
步骤S106，取配置好的下一种粉细砂试样，然后转入步骤S102，继续实验。
经上述实验过程，直至所配置好的多种含水量粉细砂试样均实验完毕，并记录得到多种粉细砂试样的直立时间以及自然休止角。
步骤S107，根据获得的多种粉细砂试样的直立时间以及自然休止角，通过综合对比不同含水量粉细砂试样的直立时间和自然休止角来确定粉细砂结构掌子面的稳定性。粉细砂试样的直立时间和自然休止角越大，则说明粉细砂结构掌子面的稳定性越好，此时则确定直立时间和自然休止角较大的粉细砂试样中的含水量即粉细砂结构掌子面的最佳含水量。
由以上实施例可以看出，本发明具有如下技术优势：
本发明能够在施工方面，根据实验所得结果能够从一定角度反映粉细砂地层不同含水量对地下隧道掌子面稳定性的影响关系，为后续的加固措施起到指导作用，并且本方面采用的数据采集器可以连续精确地采集数据，更好的反映不同含水量对土体稳定性的影响。对实际施工提供一些参考指导。
虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但实施例并不限定本发明。在不脱离本发明之精神和范围内，所做的任何等效变化或润饰，同样属于本发明之保护范围。因此本发明的保护范围应当以本申请的权利要求所界定的内容为标准。

Claims (6)

1.一种不同含水量粉细砂结构掌子面稳定性的实验装置，其特征在于，所述的实验装置包括：
玻璃箱体(1)、活动面板(2)和数据采集器(3)；
所述玻璃箱体(1)包括底板、第一侧板、第二侧板和后板；第一侧板和第二侧板以及底板上设置有对应的凹槽；活动面板(2)插入所述凹槽，并与所述玻璃箱体(1)一起形成容纳粉细砂试样的空腔；
数据采集器(3)嵌入在玻璃箱体(1)内侧并且边缘与活动面板(2)接触；数据采集器(3)的数据线从玻璃箱体(1)引出与PC端连接。
2.根据权利要求1所述的不同含水量粉细砂结构掌子面稳定性的实验装置，其特征在于，在所述第一侧板和/或第二侧板的外侧刻有量角刻度(11)。
3.根据权利要求1所述的不同含水量粉细砂结构掌子面稳定性的实验装置，其特征在于，所述数据采集器(3)为红外线计时器。
4.利用权利要求1至3任意一项所述的不同含水量粉细砂结构掌子面稳定性的实验装置的一种不同含水量粉细砂结构掌子面稳定性的实验方法，其特征在于，所述实验方法包括：
将配置好的不同含水量的多种粉细砂试样均按照如下步骤实验，获得多种粉细砂试样的直立时间以及自然休止角：
步骤S101，取配置好的一种粉细砂试样；
步骤S102，清空玻璃箱体(1)，并将活动面板(2)插入玻璃箱体(1)的凹槽内并使其固定；
步骤S103，将取得的粉细砂试样分成若干等份，分次加入到玻璃箱体(1)与活动面板(2)形成的空腔中，且每次加入粉细砂试样后将其压实并且找平，之后再加入下一份粉细砂试样；
步骤S104，在最后一份试样压实找平后，静置使其达到正常固结程度，然后缓慢抽出活动面板(2)，采集粉细砂试样的直立时间，观测并记录本次实验的粉细砂试样的自然休止角；
根据获得的多种粉细砂试样的直立时间以及自然休止角，确定粉细砂结构掌子面的稳定性。
5.根据权利要求4所述的不同含水量粉细砂结构掌子面稳定性的实验方法，其特征在于，所述步骤S103中，采用固结不排水方法对加入的每份粉细砂试样进行压实和找平。
6.根据权利要求4所述的不同含水量粉细砂结构掌子面稳定性的实验方法，其特征在于，所述粉细砂试样含水量按照从塑限含水量到液限含水量依次增加5％进行配比。
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