CN112683746A - 一种测量泥浆成膜有效应力转化率的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种测量泥浆成膜有效应力转化率的装置及方法，属于地下工程技术领域，通过对盛装容器内气压的控制以及对实验流程的改进，阻止泥浆在不断向地层中渗透的过程中泥浆渗透将泥膜填充的过程，防止泥膜的孔隙受影响，装置包括盛装容器，盛装容器连通正压源，盛装容器用于盛装泥浆，盛装容器的内部设有用于测量气压的第一压力计，盛装容器还设有用于连接第二压力计的开口；盛装容器内部设有过滤件，盛装容器在外部底端面连通储水仓，储水仓还连通盛装容器的液位以上的位置；盛装容器还连通用于存储泥浆的储浆仓。

Description

一种测量泥浆成膜有效应力转化率的装置和方法

技术领域

本发明属于地下工程技术领域，具体涉及一种测量泥浆成膜有效应力转化率的装置和方法。

背景技术

这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。

随着我国经济和科技的发展，我国开始大力发展新型基础设施建设，地铁隧道等建设进入繁荣时期，泥水盾构技术被广泛地应用于城市地铁和隧道建设中来。盾构机在进行掘进工作时，同时向地层中注入泥浆，使其在地层表面形成一层致密的泥膜，保证施工能够顺利安全地进行。

泥膜的形成不光关系着施工能否顺利进行，还关系着施工人员的生命安全问题，因此实验室对泥膜进行实验参数测量对实际工程具有重大意义。发明人发现，目前国内的仪器大部分通过室内泥浆渗透成膜过程中的滤水量来计算泥膜的渗透性质，但是泥浆在不断向地层中渗透的过程中，泥浆渗透还会将泥膜进行填充，泥膜的孔隙会受到一定的影响。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种测量泥浆成膜有效应力转化率的装置和方法，通过对盛装容器内气压的控制以及对实验流程的改进，阻止泥浆在不断向地层中渗透的过程中泥浆渗透将泥膜填充的过程，防止泥膜的孔隙受影响。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

第一方面，本发明的技术方案提供了一种测量泥浆成膜有效应力转化率的装置，包括盛装容器，盛装容器连通正压源，盛装容器用于盛装泥浆，盛装容器的内部设有用于测量气压的第一压力计，盛装容器还设有用于连接第二压力计的开口；盛装容器内部设有过滤件，盛装容器在外部底端面连通储水仓，储水仓还连通盛装容器的液位以上的位置；盛装容器还连通用于存储泥浆的储浆仓。

第二方面，本发明的技术方案还提供了一种测量泥浆成膜有效应力转化率的方法，使用如第一方面所述的测量泥浆成膜有效应力转化率的装置，包括以下步骤：

对盛装容器填充泥浆，直至泥浆的液位达到设定位置；

泥浆中的水分通过滤件进入储水仓；

在盛装容器中放入土体，然后使盛装容器保持密闭状态；

正压源对盛装容器加压，直至盛装容器中的气压达到设定的第一气压值；

将第二压力计的测量端插入到待测土体中；

继续对盛装容器填充泥浆，当泥浆渗入土体后，泥浆中的水分透过滤板进入储水仓中；

观察储水仓中的水量，如果水量不发生变化，说明泥浆基本已经完成渗透过程；

待泥浆渗透过程结束后，记录第一气压值和此时第二压力计的压力值；

多次重复实验，获得多组第一压力计的气压值和对应的第二压力计的压力值。

上述本发明的技术方案的有益效果如下：

1)本发明通过对盛装容器内气压的控制以及对实验流程的改进，在实验的过程中打开盖体向盛装容器中添加土体，阻止泥浆在不断向地层中渗透的过程中泥浆渗透将泥膜填充的过程，防止泥膜的孔隙受影响。

2)本发明中，第二压力计在需要时可以直接测量土体的压力，土体的压力和盛装容器内的气压之间的关系可以通过本发明公开的装置同时测得，时效性较佳。

3)本发明中，储浆仓、盛装容器和储水仓的内部底端面由高到低排列，利用帕斯卡原理，实现的泥浆自流进入的盛装容器，泥浆中的水自流进入储水仓，避免使用水泵或者泥浆泵造成的测量误差。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1是本发明根据一个或多个实施方式的整体示意图。

图中：1、正压源，2、盛装容器，3、第三管道，4、盖体，5、第一压力计，6、第三阀门，7、第四阀门，8、第二压力计，9、第一管道，10、泥浆，11、储浆仓，12、储水仓，13、过滤板。

为显示各部位位置而夸大了互相间间距或尺寸，示意图仅作示意使用。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非本发明另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合；

为了方便叙述，本发明中如果出现“上”、“下”、“左”、“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用,仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

术语解释部分：本发明中的术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或为一体；可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部连接，或者两个元件的相互作用关系，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的具体含义。

正如背景技术所介绍的，针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种测量泥浆成膜有效应力转化率的装置和方法，通过对盛装容器内气压的控制以及对实验流程的改进，阻止泥浆在不断向地层中渗透的过程中泥浆渗透将泥膜填充的过程，防止泥膜的孔隙受影响。

实施例1

本发明的一种典型实施方式中，本实施例公开了一种测量泥浆成膜有效应力转化率的装置，用于测量计算泥浆成膜有效应力转化率，通过测量的盛装容器2渗出的水分进行计算，包括盛装容器2，盛装容器2用于盛装泥浆，盛装容器2连通正压源1以对盛装容器2内部的物体施加压力，正压源1能够促使盛装容器2中的泥浆的向出口排出，有利于泥浆容器中的水分过滤排出；盛装容器2的内部设有用于测量气压的第一压力计5，第一压力计5测量的是泥浆内的气压，盛装容器2还设有用于连接第二压力计8的开口，第二压力计8通过开口插入盛装容器2中，可以测量开口内物质的压力，第一压力计5和第二压力计8测得的数据之间能够反应出压力之间的关系；盛装容器2内部底端面或者距离内部底端面一定距离处设有过滤件，以过滤泥浆中的颗粒物，使水通过的过滤件，盛装容器2在外部底端面连通储水仓12，盛装容器2内的泥浆经过过滤件之后，其中的颗粒被过滤，其中的水流出至储水仓12，储水仓12还连通盛装容器2的液位以上的位置以平衡储水仓12内的气压值，防止储水仓12不进水，盛装容器2还连通用于存储泥浆的储浆仓11，储浆仓11中存储的泥浆为流体，其能够流动进入用于盛装泥浆的盛装液体，且其具体进入盛装容器2的位置为盛装容器2的中部。

由于储浆仓11中的泥浆具体进入盛装容器2的位置为盛装容器2的中部，且泥浆采用自流的方式进入盛装容器2，因此储浆仓11的位置限制了泥浆的液位上限。

盛装容器2呈圆桶状，具体采用圆柱形刚性储土仓，盛装容器2顶面还连接盖体4，第一压力计5连接于盖体4底部。可以理解的是，当盖体4连接盛装容器2后，盛装容器2密封，以便于使用气压推动盛装容器2内的泥浆向出口方向运动。因此，满足盖体4与盛装容器2之间密封的连接形式均可以应用于本实施例中盖体4和盛装容器2的连接，例如：盖体4的边缘通过铰链连接盛装容器2，并且在盖体4和盛装容器2之间设置密封圈；又如：盖体4的边缘与盛装容器2通过的连接件扣合并锁紧，并且盖体4和盛装容器2之间设置密封圈。

盛装容器2底部设有底座，盛装容器2放置在底座上并且盛装容器2的底部外端面直接与底座接触，盛装容器2的储水仓12内部的底面低于盛装容器2的最低液位，以便于充分发挥帕斯卡原理，使盛装容器2中的过滤得到的水自流至储水仓12中；盛装容器2底部连接第一管道9，第一管道9穿过底座并连通储水仓12。可以理解的是，为了便于连接，第一管道9可以采用软管，并采用快速接头连接水管的端部以及相应的容器连接位置。

储水仓12通过第二管道连通盛装容器2的液位以上的位置以平衡储水层和盛装容器2的气压，可以理解的是，盛装容器2连通第二管道的位置在靠近盛装容器2顶端的位置，其可以避免盛装容器2的泥浆进入储水仓12；第二管道连通储水仓12的位置在储水仓12的顶部。

储水仓12也呈桶状，储水仓12连通第一管道9的位置位于储水仓12的底面，通过第一管道9进入储水仓12的水直接进入储水仓12中，由于第二管道的连通作用，储水仓12内的气压和盛装容器2内的气压相同，在外部输入气体的情况下，能够将泥浆中的水挤压并过滤出来。

本实施例中，储浆仓11内部底端面高于盛装容器2内部底端面，以便于利用帕斯卡原理直接将泥浆输入盛装容器2中，同时盛装容器2的储水仓12内部的底面低于盛装容器2的最低液位，以便于利用帕斯卡原理收集其中的水分。

过滤件为过滤板13，过滤板13的外缘紧贴或连接于盛装容器2的内缘，因此，泥浆中的水必然是通过过滤板13的过滤才能进入储水桶的。过滤件也可以采用其他形式，例如过滤网或过滤芯。

正压源1为空气压缩机或气泵。

正压源1、第一压力计5和第二压力计8均连接处理器，通过处理器能够收集第一压力计5和第二压力计8的读数，将第一压力计5和第二压力计8的读数记录在的存储器中，以便于后续查阅。

正压源1连通盛装容器2的管路设有阀门，储浆仓11连通盛装容器2管路设有阀门。

更为具体的，本实施例中将正压源1连通盛装容器2的管道命名为第三管道3，将储浆仓11连通盛装容器2的管道命名为第四管道，第三管道3和第四管道均设有阀门，第三管道3设有第三阀门6，第四管道设有第四阀门7。在使用本实施例中的装置进行实验时可以采用手动的方法控制管道是否连通。

在又一实施例中，第三管道3和第四管道上的阀门均为电磁阀，均连接处理器，在进行实验时由处理器控制管道是否连通。

可以理解的是，本实施例中的第三管道3、第四管槽、第三阀门6、第四阀门7、第一压力计5、正压源1和盛装容器2共同构成模拟泥水盾构开挖面泥浆成膜的装置。

可以理解的是，第二压力计8为测量地层有效应力的装置。

第二压力计8为插针式压力传感器，第二压力计8垂直插入到盛装容器2中，此处的垂直是指第二压力计8垂直于盛装容器2的中轴线，处理器可以通过压力传感器直接测得土体的压力值。

实施例2

本发明的一种典型实施方式中，本实施例公开了一种测量泥浆成膜有效应力转化率的方法，使用如实施例1公开的一种测量泥浆成膜有效应力转化率的装置，并且采用空压机作为正压源1，第一压力计5采用气压表，第二压力计8采用压力传感器，过程如下：

1)先用第三管道3将空压机和圆柱形刚性储土仓进行连接；

2)关闭第四阀门7，并将储浆仓11中注满泥浆；

3)将底座和储水仓12用第一管道9进行连接，泥浆中的水分通过滤板13，顺着第一管道9进入储水仓12；

4)将圆柱形储土仓和储水仓12通过导管进行连接，保证气压一致；

5)将连接有气压表的盖体4移除，将土体放入圆柱形刚性储土仓中，然后将容器盖盖住，使圆柱形刚性土体仓保持密闭状态；

6)打开空压机，打开第三阀门6，观看盖体4下方的气压表，使实验容器储土仓中的气压达到实验条件下的第一气压值；

7)将压力传感器通过储土仓的导管口插入到待测土体中；

8)当达到气压条件后，关闭第三阀门6，关闭空压机；

9)打开第四阀门7，使泥浆流入圆柱形刚性储土仓中；

10)当泥浆渗入土体后，泥浆中的水分透过滤板13进入储水仓12中；

11)观察储水仓12中的水量，如果水量不发生变化，说明泥浆基本已经完成渗透过程；

12)待泥浆渗透过程结束后，记录第一气压值对应的第二压力计8的读数；

13)重复步骤6)～步骤12)，获得第二气压值对应的第二压力计8的读数，第三气压值对应的第二压力计8的读数；

14)将测得的三组实验数据进行对比，分析在泥浆不同压强条件下渗透成膜后有效应力转化率的问题。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种测量泥浆成膜有效应力转化率的装置，其特征在于，包括盛装容器，盛装容器连通正压源，盛装容器用于盛装泥浆，盛装容器的内部设有用于测量气压的第一压力计，盛装容器还设有用于连接第二压力计的开口；盛装容器内部设有过滤件，盛装容器在外部底端面连通储水仓，储水仓还连通盛装容器的液位以上的位置；盛装容器还连通用于存储泥浆的储浆仓。

2.如权利要求1所述的测量泥浆成膜有效应力转化率的装置，其特征在于，所述盛装容器呈圆桶状，所述盛装容器顶面还连接盖体，所述第一压力计连接于盖体底部。

3.如权利要求1所述的测量泥浆成膜有效应力转化率的装置，其特征在于，所述盛装容器底部设有底座，所述储水仓内部的底面低于所述盛装容器的最低液位，所述盛装容器底部连接第一管道，第一管道穿过所述底座并连通所述储水仓。

4.如权利要求1所述的测量泥浆成膜有效应力转化率的装置，其特征在于，所述储水仓通过第二管道连通所述盛装容器的液位以上的位置以平衡储水层和盛装容器的气压。

5.如权利要求1所述的测量泥浆成膜有效应力转化率的装置，其特征在于，所述储浆仓内部底端面高于所述盛装容器内部底端面。

6.如权利要求1所述的测量泥浆成膜有效应力转化率的装置，其特征在于，所述过滤件为过滤板，所述过滤板的外缘紧贴或连接于所述盛装容器的内缘。

7.如权利要求1所述的测量泥浆成膜有效应力转化率的装置，其特征在于，所述正压源为空气压缩机或气泵。

8.如权利要求1所述的测量泥浆成膜有效应力转化率的装置，其特征在于，所述正压源、所述第一压力计和所述第二压力计均连接处理器。

9.如权利要求1所述的测量泥浆成膜有效应力转化率的装置，其特征在于，所述正压源连通所述盛装容器的管路设有阀门，所述储浆仓连通所述盛装容器管路设有阀门。

10.一种测量泥浆成膜有效应力转化率的方法，其特征在于，使用如权利要求1～9任意一项所述的测量泥浆成膜有效应力转化率的装置，包括以下步骤：

对盛装容器填充泥浆，直至泥浆的液位达到设定位置；

泥浆中的水分通过滤件进入储水仓；

在盛装容器中放入土体，然后使盛装容器保持密闭状态；

正压源对盛装容器加压，直至盛装容器中的气压达到设定的第一气压值；

将第二压力计的测量端插入到待测土体中；

继续对盛装容器填充泥浆，当泥浆渗入土体后，泥浆中的水分透过滤板进入储水仓中；

观察储水仓中的水量，如果水量不发生变化，说明泥浆基本已经完成渗透过程；待泥浆渗透过程结束后，记录第一气压值和此时第二压力计的压力值；

多次重复实验，获得多组第一压力计的气压值和对应的第二压力计的压力值。

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