CN113959924B - 一种考虑地层上覆荷载的泥浆水平渗透试验装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种地连墙成槽泥浆护壁施工领域，并公开了一种考虑地层上覆荷载的泥浆水平渗透装置及方法，所述装置包括：渗透组件、加压组件和数据采集组件；所述渗透组件包括渗透腔、进浆漏斗、加压头和钢支架；所述渗透腔沿腔体长度方向依次填充有泥浆层、土层和滤层，土层顶面为可上下移动的平板，顶面上设置有加压头，用于调节土层中的土层的上覆载荷；所述加压组件包括空压机、导气管和压力调节器；所述数据采集组件包括滤水管、量筒和电子秤。本发明的装置结构简单，使用方便，功能明确，能够对具有不同上覆荷载的土层进行泥浆渗透模拟试验，通过测量滤水量和观察泥皮厚度评价泥浆渗透性能，进而优化不同情况下的泥浆配比。
Description
技术领域
本发明涉及一种地连墙成槽泥浆护壁施工领域，更具体地，涉及一种考虑地层上覆荷载的泥浆水平渗透试验装置及方法。
背景技术
近年来，作为深基坑围护结构的地下连续墙已在复杂地质环境中得到广泛应用。地连墙成槽土体开挖后，采用泥浆进行护壁从而维持槽壁的成槽稳定性，但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会向地层中渗透形成不透水的泥皮，泥浆压力通过作用在泥皮上间接作用在槽壁上，从而起到稳定槽壁的作用。
然而地连墙成槽开挖不同深度处槽壁土体所受上覆荷载是不同的，土体所处的应力状态当然也会不同，因而泥浆渗入土层形成泥皮的厚度也会不同，针对不同深度处泥浆渗透土层形成不同厚度泥皮的特性直接关系到地连墙成槽开挖中某一点的局部稳定性，而现有泥浆渗透装置并不能模拟槽壁不同应力状态下的泥浆渗透特性。因此，针对槽壁不同深度处所受的应力状态的不同，通过模拟泥浆渗透不同深度处的土层形成泥皮厚度和质量的好坏对槽壁的稳定性进行合理评价，是本领域技术人员急需解决的技术问题。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明目的在于提供一种考虑地层上覆荷载泥浆水平渗透试验装置及方法，旨在解决现有泥浆渗透装置无法模拟地层不同上覆载荷状态下的泥浆渗透特性的问题。
为解决上述问题，按照本发明的一个方面，提供了一种考虑地层上覆荷载泥浆水平渗透试验装置，该装置包括渗透组件、加压组件和数据采集组件。
所述渗透组件包括渗透腔、进浆漏斗、加压头和钢支架；所述渗透腔为中空壳体，渗透腔沿腔体长度方向依次填充有泥浆层、土层和滤层，渗透腔底面设置有钢支架，渗透腔的泥浆层位置处顶面与进浆漏斗的斗颈连通，渗透腔的泥浆层位置处侧壁中部开有进气孔，渗透腔的泥浆层位置处侧壁下部开有排浆孔，渗透腔的土层位置处顶面为可上下移动的平板，顶面上设置有加压头，用于调节土层的上覆载荷，渗透腔的滤层位置处侧壁下部开有滤水孔；
所述加压组件包括空压机、导气管和压力调节器；所述空压机出口通过导气管与进气孔连通，导气管管身上安装有压力调节器，其用于调节空压机的出口气压；
所述数据采集组件包括滤水管、量筒和电子秤，所述滤水管一端与滤水孔连通，另一端与量筒连通，量筒置于电子秤上方。
优选的，渗透腔侧壁使用透明材料制作，渗透腔的侧壁底部设置有用于观测渗透最终形成泥皮厚度的刻度尺。
优选的，泥浆层左侧界面设置有柔性薄膜，柔性薄膜用于固定泥浆位置并将气压均匀地转化为泥浆压力。
优选的，进浆漏斗的斗颈上设置有进浆阀，便于泥浆的添加和流量控制。
优选的，排浆孔出口设置有排浆管，排浆管管身上设置有排浆阀，排浆管用于控制排出多余的泥浆。
优选的，滤水管管身上设置有止水阀，用于控制滤水流量，防止量筒中滤水溢出。
优选的，压力调节器与进气孔之间的导气管管身上设置有气压表和通气阀，气压表和通气阀用于控制进气孔气压的大小。
优选的，泥浆层、土层和滤层之间均设置滤网进行分隔。
按照本发明的另一个方面，提供了一种采用上述装置实现泥浆水平渗透的方法，包括下述步骤：
S1在渗透组件的透明渗透腔内依次放置透水石、土层和泥浆；
S2连接渗透组件和加压组件，即将空压机通过导气管与进气孔连通；
S3连接渗透组件和数据采集组件，即将滤水孔通过滤水管与量筒连通；
S4设定加压组件的压力调节器的压力值；
S5设定渗透组件的加压头对土层的上覆荷载值；
S6记录测试时间内量筒中的滤出水量；
S7打开排浆阀，让泥浆全部流出，通过观察底端刻度读取泥皮的厚度，并做好记录。
进一步的， S6中滤出水量获取的方法为：
当量筒有滤出水滴或电子天平的读数由零开始增加时，开始用秒表记录初始时间，每隔1min记录测试时间段内的量筒中的滤出水量，直至滤水口不再出水或电子天平读数1min无变化 ，停止计时，记录此时的总出水量。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，用于取得下列有益效果：
在土层上端设有控制荷载的加压头，可以控制土层上的荷载压力，能够对具有不同上覆荷载的土层进行泥浆渗透模拟试验；透明渗透腔底部设置有刻度尺，方便读取泥浆、土层以及泥皮的厚度值；通过空压机连接压力调节器能够控制输入泥浆层的气压，试验操作简单，本发明的装置结构简单，使用方便，功能明确。
附图说明
图1是本发明实施例的结构示意图；
附图中标记为：1-空压机，2-导气管，3-压力调节器，4-气压表，5-通气阀，6-柔性薄膜，7-泥浆层，8-排浆阀，9-排浆管，10-进浆口，11-进浆阀，12-滤网，13-加压头，14-土层，15-滤层，16-刻度计，17-止水阀，18-钢支架底座，19-滤水管，20-量筒，21-电子天平。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本发明实施例中提供一种考虑地层上覆荷载泥浆水平渗透形成泥皮的试验装置，包括渗透组件、加压组件和数据采集组件；
所述渗透组件包括渗透腔、进浆漏斗10、加压头13和钢支架18；所述渗透腔为长方形中空壳体，制作材料为高强度玻璃，渗透腔沿腔体长度方向分为泥浆层7、土层14和滤层15，方形渗透腔底面安装有用于固定的钢支架18，渗透腔的泥浆层7处位置的顶面设置有进浆漏斗10，渗透腔的泥浆层7处位置的侧壁中部开有进气孔，渗透腔的泥浆层7处位置侧壁底部开有排浆孔，渗透腔的土层14处位置顶面为可上下移动的平板，顶面上设置有加压头13，用于调节土层14的上覆载荷，渗透腔的滤层15处位置侧壁底部开有滤水孔；
所述加压组件包括空压机1、导气管2和压力调节器3；所述空压机1通过导气管2与进气孔连通，导气管2管身上安装有用于调节空压机1的出口气压的压力调节器3；
所述数据采集组件包括滤水管19、量筒20和电子秤21，所述滤水管19一端与滤水孔连通，另一端与量筒20连通，量筒20放置在电子秤21上方。
所述方形渗透腔侧壁使用高强度玻璃制作，方形渗透腔侧壁底部设置有用于观测渗透最终形成泥皮厚度的刻度尺。
所述泥浆层7左侧界面设置有柔性薄膜6，柔性薄膜6用于固定泥浆位置并将气压均匀地转化为泥浆压力。
所述进浆漏斗10的斗颈上设置有进浆阀11。
所述排浆孔出口设置有排浆管9，排浆管9管身上设置有排浆阀8。
所述滤水管19管身上设置有止水阀17。
所述压力调节器3与进气孔之间的导气管2管身上设置有气压表4和通气阀5。
所述泥浆层7、土层14和滤层15之间均设置滤网12进行分隔。
采用上述述装置实现泥浆水平渗透的方法，包括下述步骤：
S1将渗透组件的方形渗透腔安装在钢支架底座上，保持位置固定，并在透明方形渗透腔内依次放置透水石、土层和泥浆，泥浆通过进浆漏斗10进行注浆，然后关闭进浆阀门11，完成注浆；
S2连接渗透组件和加压组件，即将空压机1通过导气管2与进气孔连通；
S3连接渗透组件和数据采集组件，即将滤水孔通过滤水管19与量筒20连通；
S4设定加压组件的压力调节器3的压力值；
S5调整渗透组件的加压头13，并对土层进行预定荷载加压；
S6滤水管口接通量筒20，用来记录测试时间内量筒20中的滤出水量，量筒20底下放置电子天平21，用来精确记录泥皮即将形成时失水量的微小质量变化。
S7开启空压机1，控制压力调节器3保持在某一定值，打开通气阀5，气压通过柔性薄膜6均匀水平作用在泥浆上。
S9当滤水管19有水滴落入量筒20时或电子天平21读数有变化时开始记录时间，随着失水量不断增加，每隔1min记录一次失水量。
S10当间隔一段时间后，量筒20里的失水量不再增加或电子天平21的读数不再变化时停止计时，并关闭通气阀5。
S11读取量筒20里的出水量，并记录电子天平21的最终读数。
S12打开排浆阀8，让泥浆全部流出，通过观察底端刻度读取泥皮的厚度，并做好记录。
针对不同配比泥浆分别按照上述方法进行试验，其中保持透水石、土层以及泥浆厚度相同，保持每次空压机1的压力值为同一数值，通过观察相同时间下量筒20的出水量和渗透土层形成泥皮的厚度来确定各配比下泥浆的渗透性。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种考虑地层上覆荷载的泥浆水平渗透装置，其特征在于，它包括渗透组件、加压组件和数据采集组件；
所述渗透组件包括渗透腔、进浆漏斗（10）、加压头（13）和钢支架（18）；所述渗透腔为中空壳体，渗透腔沿腔体长度方向依次填充有泥浆层（7）、土层（14）和滤层（15），渗透腔底面设置有钢支架（18），渗透腔的泥浆层（7）位置处顶面与进浆漏斗（10）的斗颈连通，渗透腔的泥浆层（7）位置处侧壁中部开有进气孔，渗透腔的泥浆层（7）位置处侧壁下部开有排浆孔，渗透腔的土层（14）位置处顶面为可上下移动的平板，顶面上设置有加压头（13），用于调节土层（14）的上覆载荷，渗透腔的滤层（15）位置处侧壁下部开有滤水孔；
所述加压组件包括空压机（1）、导气管（2）和压力调节器（3）；所述空压机（1）出风口通过导气管（2）与进气孔连通，导气管（2）管身上安装有压力调节器（3）；
所述数据采集组件包括滤水管（19）、量筒（20）和电子秤（21），所述滤水管（19）一端与滤水孔连通，另一端与量筒（20）连通，量筒（20）置于电子秤（21）上方。
2.根据权利要求1所述的泥浆水平渗透装置，其特征在于，所述渗透腔侧壁使用透明材料制作，渗透腔的侧壁底部设置有用于观测渗透最终形成泥皮厚度的刻度。
3.根据权利要求1所述的泥浆水平渗透装置，其特征在于，所述泥浆层（7）左侧界面设置有柔性薄膜（6），柔性薄膜（6）用于固定泥浆位置并将气压均匀地转化为泥浆压力。
4.根据权利要求1所述的泥浆水平渗透装置，其特征在于，所述进浆漏斗（10）的斗颈上设置有进浆阀（11）。
5.根据权利要求1所述的泥浆水平渗透装置，其特征在于，所述排浆孔出口设置有排浆管（9），排浆管（9）管身上设置有排浆阀（8）。
6.根据权利要求1所述的泥浆水平渗透装置，其特征在于，所述滤水管（19）管身上设置有止水阀（17）。
7.根据权利要求1所述的泥浆水平渗透装置，其特征在于，所述压力调节器（3）与进气孔之间的导气管（2）管身上设置有气压表（4）和通气阀（5）。
8.根据权利要求1所述的泥浆水平渗透装置，其特征在于，所述泥浆层（7）、土层（14）和滤层（15）之间均设置滤网（12）进行分隔。
9.采用如权利要求1-8任一所述装置实现泥浆水平渗透的方法，其特征在于，包括下述步骤：
S1在渗透组件的透明渗透腔内依次放置透水石、土层和泥浆；
S2连接渗透组件和加压组件，即将空压机（1）通过导气管（2）与进气孔连通；
S3连接渗透组件和数据采集组件，即将滤水孔通过滤水管（19）与量筒（20）连通；
S4设定加压组件的压力调节器（3）的压力值；
S5设定渗透组件的加压头（13）对土层的上覆荷载值；
S6记录测试时间内量筒（20）中的滤出水量；
S7打开排浆阀（8），让泥浆全部流出，通过观察底端刻度读取泥皮的厚度，并做好记录。
10.根据权利要求9所述的泥浆水平渗透的方法，其特征在于， S6中滤出水量获取的方法为：
当量筒（20）有滤出水滴或电子秤（21）的读数由零开始增加时，开始用秒表记录初始时间，每隔1min记录测试时间段内的量筒（20）中的滤出水量，直至滤水口不再出水或电子秤（21）读数2min内无变化，停止计时，记录此时的总出水量。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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Application publication date: 20220121 Assignee: Wuxi Ruilin Construction Engineering Co.,Ltd. Assignor: NO.1 ENGINEERING CORPORATION LIMITED OF CR20G Contract record no.: X2024980000348 Denomination of invention: A mud horizontal permeability test device and method considering the overlying load of the formation Granted publication date: 20230530 License type: Common License Record date: 20240111 |
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| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract | ||
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Application publication date: 20220121 Assignee: Handan Jiaxin Construction Labor Subcontracting Engineering Co.,Ltd. Assignor: NO.1 ENGINEERING CORPORATION LIMITED OF CR20G Contract record no.: X2024990000058 Denomination of invention: A mud horizontal permeability test device and method considering the overlying load of the formation Granted publication date: 20230530 License type: Common License Record date: 20240130 |