CN114235677A - 一种粘土材料填充性能的测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种粘土材料填充性能的测试装置，包括筒体，筒体上部可拆卸地连接有顶盖，顶盖上设置有进风孔，筒体内部可滑移地连接有隔板，筒体内部位于隔板上方的空间形成容置腔，容置腔内填充有土样，土样上部填充有液体，液体和土样之间设置有防渗膜，隔板上设置有进料孔，粘土材料经进料孔进入容置腔，隔板由驱动装置驱动进行升降运动。本发明能够对粘土材料的填充性能进行有效测试。

Description

一种粘土材料填充性能的测试装置

技术领域

本发明涉及建筑施工技术领域，尤其是指一种粘土材料填充性能的测试装置。

背景技术

盾构法是一种全机械化施工方法，它是将盾构机械在地中推进，通过盾构外壳和管片支撑四周围岩防止而发生隧道内发生坍塌现象。盾构法施工在盾构的掩护下进行开挖和衬砌作业，有足够的施工安全性，且具有施工速度快、地表变形小、对地面建筑物及地下管线的影响较小等特点，是城市隧道建设的主要施工方法，特别是随着地铁建设的高速发展，盾构法已成为地铁建设的主要施工方法。

在盾构掘进过程中，开挖间隙的产生是导致地层变形的重要原因，因此在盾构施工时，开挖间隙的有效填充是保证地层稳定不受影响的前提。在现有技术中，通过采用良好性能的填充材料填充开挖间隙可起到减小地层变形的作用。

填充材料一般是由高浓度的泥水材料与塑强调整剂(即水玻璃)两种液体以适当比例混合而的高黏度塑性胶化体-粘土，混合后的流动塑性胶化体不易受水稀释，可以进行软硬调整，且其黏性也不随时间而变化；填充时，将填充材料通过径向孔注入盾构与土层之间。填充材料填充效果的好坏直接影响施工对于地层的扰动大小，但是目前对于粘土填充性能的研究较少，没有能够有效计算出粘土填充效果的方法，且也缺乏相关的试验设备能够对粘土材料填充性能进行有效测试，从而无法精准选择合适的粘土材料进行填充而达到有效减少地层扰动的作用。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中无法对粘土材料的填充性能进行有效测试的缺陷。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种粘土材料填充性能的测试装置，包括筒体，所述筒体上部可拆卸地连接有顶盖，所述顶盖上设置有进风孔，所述筒体内部可滑移地连接有隔板，所述筒体内部位于所述隔板上方的空间形成容置腔，所述容置腔内填充有土样，所述土样上部填充有液体，所述液体和土样之间设置有防渗膜，所述隔板上设置有进料孔，所述粘土材料经所述进料孔进入所述容置腔，所述隔板由驱动装置驱动进行升降运动。

在本发明的一个实施例中，所述进料孔通过进料管和压力泵的出口端相连接，所述压力泵的进口端和料箱相连通，所述料箱中填充有粘土材料。

在本发明的一个实施例中，所述进料管上连接有流量计和进料阀门。

在本发明的一个实施例中，所述进风孔通过进风管和空气压缩机相连接。

在本发明的一个实施例中，所述进风管上连接有压力调节阀和进风阀门。

在本发明的一个实施例中，所述隔板上包覆有密封套。

在本发明的一个实施例中，所述驱动装置采用电动推杆，所述电动推杆和所述隔板相连接。

在本发明的一个实施例中，所述驱动装置采用电机，所述电机通过丝杠螺母传动机构和所述隔板相连接。

在本发明的一个实施例中，所述筒体采用透明材质制成。

在本发明的一个实施例中，隔板上设置有多个进料孔，多个进料孔呈周向均布。

本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

本发明所述的粘土材料填充性能的测试装置，能够对粘土材料的填充性能进行有效测试，从而便于技术人员精准选择合适的粘土材料进行填充而达到有效减少地层扰动的作用；整体结构简单、便于操作和控制参数的调整，适用范围广泛，可进行多种工况下粘土材料填充性能的模拟测试，便于推广应用。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明的粘土材料填充性能的测试装置的结构示意图；

图2是图1的A-A方向的剖视图；

图3是图1中顶盖的俯视图；

说明书附图标记说明：1、空气压缩机；2、压力泵；3、料箱；4、筒体； 41、容置腔；5、顶盖；51、进风孔；52、螺纹孔；6、隔板；61、进料孔； 7、土样；8、液体；9、防渗膜；10、驱动装置；11、进料管；12、流量计；13、进料阀门；14、进风管；15、压力调节阀；16、进风阀门；17、密封套； 18、密封圈；19、支座；20、粘土材料。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

参照图1所示，本实施例公开了一种粘土材料20填充性能的测试装置，包括筒体4，筒体4上部可拆卸地连接有顶盖5，顶盖5上设置有进风孔51，以向筒体4内部通入空气而实现加压，筒体4内部可滑移地连接有隔板6，筒体4内部位于隔板6上方的空间形成容置腔41，容置腔41内填充有土样 7，土样7上部填充有液体8，液体8和土样7之间设置有防渗膜9，隔板6 上设置有进料孔61，粘土材料20经进料孔61进入容置腔41，隔板6由驱动装置10驱动进行升降运动。

在土样7上部填充有液体8，是用以通过液体8对土样7施压，可增强土样7的受压均匀性，该液体8可采用水。

在其中一个实施方式中，进料孔61通过进料管11和压力泵2的出口端相连接，压力泵2的进口端和料箱3相连通，料箱3中填充有粘土材料20，以通过压力泵2将料箱3中的粘土材料20泵入进料管11中，再经由进料管 11和进料孔61而进入容置腔41中。

通过调节压力泵2的压力，可以改变粘土材料20的注入压力，从而模拟不同的注入压力下粘土材料20的填充效果。

在其中一个实施方式中，进料管11上连接有流量计12和进料阀门13，流量计12用于检测进料管11内粘土材料20的流量情况，通过观察流量计 12上的数值可以得出粘土材料20的填充体积；进料阀门13用于控制进料管11的通断。

在其中一个实施方式中，进料孔61处连接有管接头，管接头和进料管 11相连接，管接头和进料管11之间通过生料带密封，只需将生料带缠绕在进料管11端部的外壁上，再将进料管11端部和管接头连接即可。

在其中一个实施方式中，进风孔51通过进风管14和空气压缩机1相连接，以通过空气压缩机1向进风孔51输出空气，以向土样7施压，模拟实际固结压力。

在其中一个实施方式中，进风管14上连接有压力调节阀15和进风阀门 16，通过调节压力调节阀15，可以调节输入中容置腔41内的空气的压力大小，从而模拟土样7在受到不同的压力情况下粘土材料20的填充效果，进风阀门16用于控制进风管14的通断。

在其中一个实施方式中，进风孔51处也连接有管接头，管接头和进风管14相连接，管接头和进风管14之间通过生料带密封。

在其中一个实施方式中，进风管14采用PU(Polyurethane，聚氨酯)管；进料管11采用透明软管,比如可采用PVC(Polyvinylchlorid，聚氯乙烯)管。

在其中一个实施方式中，隔板6上包覆有密封套17，以增强隔板6和筒体4内壁之间的密封效果。

可以理解地，进料孔61是贯穿密封套17的，以使得粘土材料20能够进入隔板6上方的容置腔41内。

优选地，密封套17采用橡胶密封套。

在其中一个实施方式中，为保证连接可靠性，密封套17和隔板6之间还采用硅酮结构胶进行粘接。硅酮结构胶具有优异的粘结性和极佳的耐老化稳定性，同时也能承受较大荷载。

在其中一个实施方式中，驱动装置10采用电动推杆，电动推杆和隔板 6相连接，由电动推杆驱动隔板6做上下运动。

在另外一个实施方式中，驱动装置10也可采用电机，电机通过丝杠螺母传动机构和隔板6相连接，丝杠螺母传动机构包括丝杠和传动螺母，可将丝杠和隔板6相连接，由电机驱动传动螺母转动，丝杠则相对传动螺母做直线上下运动，从而由丝杠带动隔板6做上下运动。

进一步地，电机上连接有变速器，变速器的输出端和传动螺母相连接。

上述电机可采用伺服电机，以更精准的控制速度和位置精度。

其中，驱动装置10并不限于上述装置，也可采用液压缸、气缸或其他可以实现直线驱动的装置。

在其中一个实施方式中，筒体4采用透明材质制成，以使得试验过程可以实现可视化。

在其中一个实施方式中，筒体4上设置有刻度，以更加方便的控制和观察土样7、液体8和粘土材料的高度，以及观察隔板6的运动距离等。

在其中一个实施方式中，顶盖5和筒体4之间设置有密封圈18，以提高容置腔41的密封效果。

在其中一个实施方式中，参阅图2，隔板6上设置有多个进料孔61，多个进料孔61呈周向均布，以提高填充均匀性。

在其中一个实施方式中，顶盖5和筒体4之间采用螺栓连接。参阅图3，顶盖5上设置有多个螺纹孔52内，螺栓连接在该螺纹孔52中。

在其中一个实施方式中，筒体4底部连接在支座19上。筒体4和支座 19之间通过螺栓相连接。

下面以已连接空气压缩机1和压力泵2的上述测试装置为例，具体说明该测试装置的使用方法：

在进行测试之前，需先进行气密性检测和进料检测，气密性检测方法为：关闭进料阀门13，打开进风阀门16，启动空气压缩机1，监测装置是否漏气，若出现漏气情况，对漏气处进行密封处理；进料检测方法为：关闭进风阀门16，打开进料阀门13，启动压力泵2，检测压力泵2是否能够正常将粘土材料20压入隔板6上方的容置腔41中。若上述检测均正常，则可以开始粘土材料填充性能的正常测试。

粘土材料填充性能的测试方法为：先取下顶盖5，标记隔板6的位置；接着将土样7置入容置腔41中，当土样7高度达10cm时，在土样7上表面放置防渗膜9，使得防渗膜9边缘紧贴容置腔41内壁；接着将液体8倒入容置腔41，这里的液体8采用水，将水倒入容置腔41后，要保证水始终在防渗膜9之上，不会泄漏至土样7处；水量达到设计要求后，将顶盖5安装在筒体4上部而实现筒体4封闭。然后启动空气压缩机1，打开进风阀门16，并调节压力调节阀15使得气压大小达到设定值，空气经进气孔51进入容置腔41上部，使得空气能够通过水均匀地向土样7施加压力，从而模拟土样 7的固结情况，接着关闭进风阀门16，启动驱动装置10带动隔板6缓慢的下移，同时打开进料阀门13并启动压力泵2，从而将粘土材料20注入因隔板6移动而在隔板6与土样7之间形成的缝隙当中。

记录隔板6移动的距离，通过计算因隔板6移动产生缝隙(隔板6与土样7之间的缝隙)的体积与粘土材料20的填充体积就可以评价粘土材料20 的填充效果，根据填充效果就可以评价粘土材料20的填充性能。

需要说明的是，上述粘土材料20是塑性胶化体，具有流动性，一般是由泥水材料与塑强调整剂(即水玻璃)两种液体以适当比例混合而的高黏度塑性胶化体。

在上述粘土材料填充性能的测试的过程中，通过调整输入容置腔41的气压、土样7的类型、隔板6的移动速度以及粘土材料20注入容置腔41的压力可以测试粘土材料20在各种不同情况下的填充效果，也利于展开大量的对照试验，便于获得大量的详尽的监测数据，从而通过对这些监测数据进行对比分析，得到不同土质下粘土的填充适应性，从而便于技术人员优化施工参数，更好的控制盾构施工造成的土体变形。

上述实施例的粘土材料填充性能的测试装置，能够对粘土材料的填充性能进行有效测试，从而便于技术人员精准选择合适的粘土材料进行填充而达到有效减少地层扰动的作用；整体结构简单、便于操作和控制参数的调整，适用范围广泛，可进行多种工况下粘土材料填充性能的模拟测试，便于推广应用。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种粘土材料填充性能的测试装置，其特征在于：包括筒体，所述筒体上部可拆卸地连接有顶盖，所述顶盖上设置有进风孔，所述筒体内部可滑移地连接有隔板，所述筒体内部位于所述隔板上方的空间形成容置腔，所述容置腔内填充有土样，所述土样上部填充有液体，所述液体和土样之间设置有防渗膜，所述隔板上设置有进料孔，所述粘土材料经所述进料孔进入所述容置腔，所述隔板由驱动装置驱动进行升降运动。

2.根据权利要求1所述的粘土材料填充性能的测试装置，其特征在于：所述进料孔通过进料管和压力泵的出口端相连接，所述压力泵的进口端和料箱相连通，所述料箱中填充有粘土材料。

3.根据权利要求2所述的粘土材料填充性能的测试装置，其特征在于：所述进料管上连接有流量计和进料阀门。

4.根据权利要求1所述的粘土材料填充性能的测试装置，其特征在于：所述进风孔通过进风管和空气压缩机相连接。

5.根据权利要求4所述的粘土材料填充性能的测试装置，其特征在于：所述进风管上连接有压力调节阀和进风阀门。

6.根据权利要求1所述的粘土材料填充性能的测试装置，其特征在于：所述隔板上包覆有密封套。

7.根据权利要求1所述的粘土材料填充性能的测试装置，其特征在于：所述驱动装置采用电动推杆，所述电动推杆和所述隔板相连接。

8.根据权利要求1所述的粘土材料填充性能的测试装置，其特征在于：所述驱动装置采用电机，所述电机通过丝杠螺母传动机构和所述隔板相连接。

9.根据权利要求1所述的粘土材料填充性能的测试装置，其特征在于：所述筒体采用透明材质制成。

10.根据权利要求1所述的粘土材料填充性能的测试装置，其特征在于：隔板上设置有多个进料孔，多个进料孔呈周向均布。

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