CN204286980U - 负载作用下渣土-泡沫混合物中泡沫消散性能测定装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种负载作用下渣土-泡沫混合物中泡沫消散性能测定装置，基座(1)上竖立设有套筒(9)，套筒(9)外侧轴向设有刻度(2)，套筒(9)内设有活塞(10)，活塞(10)上设有与刻度(2)对应指示的刻度指针(3)，套筒(9)的底部设有下出水口(8)，活塞(10)上设有上出水口(11)，一个测力计与活塞(10)连接，杠杆(6)的一端铰接在固定端(7)上，杠杆(6)的另一端连接有砝码(13)，杠杆(6)的中部压在活塞(10)上。本实用新型设备比较简单，容易实现，操作简单易行，试验成本低；采用这种泡沫消散鉴定方法，能够反映出泡沫在负载作用下渣土-泡沫混合物中泡沫的稳定性，对客观评价泡沫剂所具有的泡沫消散性能有利；因此，本实用新型是一种有效可靠且新颖的盾构用泡沫消散性能的鉴定装置。

Description

负载作用下渣土-泡沫混合物中泡沫消散性能测定装置

技术领域

本实用新型涉及一种负载作用下渣土-泡沫混合物中泡沫消散性能测定装置，特别适用于砂土等无粘性地层中土压平衡盾构渣土改良研究及应用。

背景技术

土压平衡盾构法施工具有安全性高、对周围环境影响较小等优点，逐渐成为我国城市地铁建设的主要工法。然而，在不同地层中掘进，土压平衡盾构会遇到结“泥饼”、喷涌或磨损大等问题。为了确保盾构的正常掘进，常采用泡沫作为渣土改良剂，提高渣土的和易性、减小它的渗透系数和摩擦系数等。泡沫作为一种重要的渣土改良添加剂，适用于多种地层，应用十分广泛。市场上的泡沫剂性能差异性较大，导致在施工时采用的泡沫剂具有一定的盲目性，尤其泡沫剂所产生泡沫的稳定性直接影响到渣土改良效果。为此，申请号为CN201320729916.1的专利公开了一种盾构渣土改良泡沫稳定性的鉴定装置，测定了纯泡沫在自重情况下稳定性能，该装置可有效地评定泡沫的消散性能。

然而，土压平衡盾构所用泡沫是处在土舱内负载作用下渣土环境中，由于渣土会吸附泡沫壁上水，促进泡沫破灭消散。另外在土舱压力与自重两种不同压力作用下，泡沫体积不同，进而了决定了泡沫壁厚度和其薄膜有效表面积在两种不同荷载环境下的差别。因此，土压平衡盾构土舱内渣土-泡沫混合物中泡沫与自重作用下纯泡沫的消散性能存在本质差别。因此，发明一种装置来测定负载作用下渣土-泡沫混合物泡沫稳定性，深刻理解土压平衡盾构渣土-泡沫混合物中泡沫的消散性能，对指导土压平衡盾构渣土改良及其选择性能稳定可靠的泡沫具有十分重要意义。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种有效可靠的负载作用下渣土-泡沫混合物中泡沫消散性能测定装置。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供的负载作用下渣土-泡沫混合物中泡沫消散性能测定装置，基座上竖立设有套筒，所述的套筒外侧轴向设有刻度，所述的套筒内设有活塞，所述的活塞上设有与所述的刻度对应指示的刻度指针，所述的套筒的底部设有下出水口，所述的活塞上设有上出水口，一个测力计与所述的活塞连接，杠杆的一端铰接在固定端上，所述的杠杆的另一端连接有砝码，所述的杠杆的中部压在所述的活塞上。

所述的活塞上设有支架，所述的杠杆压在所述的支架上。

所述的支架为三脚架。

所述的活塞上设有拉环，所述的测力计与拉环连接。

所述的测力计为电子测力计。

所述的下出水口设在所述的基座上与所述的套筒的底部连通。

采用上述技术方案的负载作用下渣土-泡沫混合物中泡沫消散性能测定装置，是在一定的负载作用下测定渣土中泡沫的稳定性，更能反映泡沫在土压平衡盾构土舱内的工作环境。通常情况下盾构用泡沫的有效稳定性是指其与渣土混合后的稳定性，本装置通过测定泡沫在渣土中消散后体积变化对其消散随时间变化进行测定，从而获得其消散性能的评价。本试验装置通过杠杆原理，添加砝码对渣土-泡沫混合物施加一定的荷载，以达到泡沫在土压平衡盾构内的工作环境，并允许渣土中泡沫破灭成液体后流出，适时记录渣土-泡沫混合物的体积变化情况。绘制渣土混合物体积变化随时间变化曲线，排除由于渣土颗粒结构调整以及泡沫、渣土弹性变形造成的体积变化(体积变化趋势与泡沫消散引起的体积变化趋势相异)，从而得到在负载作用下渣土-泡沫混合物中泡沫的消散时间曲线，根据消散曲线可确定渣土中泡沫的半衰期，对泡沫再渣土中的稳定性进行评价。

本实用新型将透水石以及滤纸放置于基座上，随后将套筒套上并进行固定，取适量渣土-泡沫混合物(使指针指向有效刻度尚有一定余量)灌入套筒，活塞随后置于套筒内并缓慢往下压排除套筒内的空气直至活塞与渣土接触，关闭排气孔；读取指针所指示的刻度并记录；利用杠杆原理对渣土-泡沫混合物施加竖向压力，模拟土压平衡盾构内土舱压力，由于活塞与套筒内壁的摩擦力，采用电子测力计来记录渣土-混合物所受的实际竖向荷载，取试验前计算重量的砝码置于托盘上并开始计时，渣土中泡沫会在一定程度上缓慢消散形成溶液经过滤纸、透水石以及出水管排出；每隔适当时间记录指针所示刻度变化(前期可每分钟记录一次，随后根据指针变化速率进行调整)并记录，最后在渣土-泡沫混合物体积变化超过初始泡沫体积75％时方可停止本试验；绘制渣土混合物体积变化随时间变化曲线，排除由于渣土颗粒结构调整以及泡沫、渣土弹性变形造成的体积变化(体积变化趋势与泡沫消散引起的体积变化趋势相异)，从而得到在负载作用下渣土-泡沫混合物中泡沫的消散时间曲线，根据消散曲线可确定渣土中泡沫的半衰期，对泡沫再渣土中的稳定性进行评价。

本试验装置可在一定的负载作用下对泡沫在渣土中的稳定性进行测定，这在本领域内尚属首次。本实用新型设备比较简单，容易实现，操作简单易行，试验成本低；采用这种泡沫消散鉴定方法，能够反映出泡沫在负载作用下渣土-泡沫混合物中泡沫的稳定性，对客观评价泡沫剂所具有的泡沫消散性能有利；因此，本实用新型是一种有效可靠且新颖的盾构用泡沫消散性能的鉴定装置。

附图说明

图1是测定装置构造示意图。

图2是测定渣土中泡沫消散性能的示意图。

图中：1—基座、2—刻度、3—刻度指针、4—拉环、5—电子测力计、6—杠杆、7—固定端(与杠杠铰接)、8—下出水口、9—套筒、10—活塞、11—上出水口、12—三脚架、13—砝码、14—第一透水石、15—第一滤纸、16—渣土-泡沫混合物、17—第二透水石、18—第二滤纸。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细说明。

参见图1，负载作用下渣土-泡沫混合物中泡沫消散性能测定装置，基座1上竖立设有套筒9，套筒9外侧轴向设有刻度2，套筒9内设有活塞10，活塞10上设有与刻度2对应指示的刻度指针3，套筒9的底部设有下出水口8，优选地，下出水口8设在基座1上与套筒9的底部连通，活塞10上设有上出水口11，一个测力计与活塞10连接，优选地，测力计为电子测力计5，杠杆6的一端铰接在固定端7上，杠杆6的另一端连接有砝码13，杠杆6的中部压在活塞10上。

具体地，活塞10上设有支架，杠杆6压在支架上，优选地，支架为三脚架12。

具体地，活塞10上设有拉环4，电子测力计5与拉环4连接。

参见图1和图2，本实用新型在具体实施中，由下列步骤来实现：

第一步：选取直径大于渣土粒径6倍的套筒9，其高度根据试验需求而定，将套筒固定在基座1上，确保套筒9和基座1接触处密封。

第二步：在套筒9内相应位置放置第一透水石14以及第一滤纸15，取适量渣土-泡沫混合物16置于套筒9内，目测估计渣土-泡沫混合物16能使刻度指针3指向刻度2的中部以上位置，对渣土-泡沫混合物16表面进行整平处理。

第三步：在渣土-泡沫混合物16表面放置第二滤纸17以及第二透水石18，安设活塞10，手动按压活塞排出套筒9内渣土-泡沫混合物16与活塞10之间的空气，直至活塞10接触渣土-泡沫混合物16，读取刻度指针3所指示刻度2并记录初始值。

第四步：将杠杠6与固定端7铰接，并将杠杠6搁置在三脚架12上，根据盾构土仓内的压力施加渣土-泡沫混合物16所受的竖向应力，利用杠杠原理推算砝码13质量，取相等量的砝码放置于托盘上(渣土-泡沫混合物16实际所受竖向压力以电力测力计5测得荷载为准)，开始计时。

第五步：由于泡沫在渣土中消散较慢，故渣土-泡沫混合物16的体积变化可设定为每分钟记录一次，随后根据体积变化速率记录频率相应进行调整。

第六步：待渣土-泡沫混合物16体积变化超过初始泡沫体积75％时方可停止本次试验，根据混合物体积变化随时间变化数据绘制渣土-泡沫混合物16时程变化曲线，排除掉渣土颗粒结构调整以及试验初期渣土、泡沫弹性应变造成的体积变化(变化趋势与后期相异)，便可得在负载作用下渣土-泡沫混合物16中泡沫消散时间曲线，从而可对泡沫的稳定性进行评价。

需要说明的是，本试验装置目前主要用于诸如砂土等无粘性地层土压平衡盾构渣土-泡沫混合物16中泡沫的消散性能评价，由于粘性渣土在压力作用下会产生固结变形，如何排除固结变形而获得只是由于泡沫破灭引起的渣土-泡沫混合物16物体积变化尚是难题。

Claims (10)

1.一种负载作用下渣土-泡沫混合物中泡沫消散性能测定装置，其特征是：基座(1)上竖立设有套筒(9)，所述的套筒(9)外侧轴向设有刻度(2)，所述的套筒(9)内设有活塞(10)，所述的活塞(10)上设有与所述的刻度(2)对应指示的刻度指针(3)，所述的套筒(9)的底部设有下出水口(8)，所述的活塞(10)上设有上出水口(11)，一个测力计与所述的活塞(10)连接，杠杆(6)的一端铰接在固定端(7)上，所述的杠杆(6)的另一端连接有砝码(13)，所述的杠杆(6)的中部压在所述的活塞(10)上。

2.根据权利要求1所述的负载作用下渣土-泡沫混合物中泡沫消散性能测定装置，其特征是：所述的活塞(10)上设有支架，所述的杠杆(6)压在所述的支架上。

3.根据权利要求2所述的负载作用下渣土-泡沫混合物中泡沫消散性能测定装置，其特征是：所述的支架为三脚架(12)。

4.根据权利要求1或2所述的负载作用下渣土-泡沫混合物中泡沫消散性能测定装置，其特征是：所述的活塞(10)上设有拉环(4)，所述的测力计与拉环(4)连接。

5.根据权利要求1或2所述的负载作用下渣土-泡沫混合物中泡沫消散性能测定装置，其特征是：所述的测力计为电子测力计(5)。

6.根据权利要求3所述的负载作用下渣土-泡沫混合物中泡沫消散性能测定装置，其特征是：所述的测力计为电子测力计(5)。

7.根据权利要求4所述的负载作用下渣土-泡沫混合物中泡沫消散性能测定装置，其特征是：所述的测力计为电子测力计(5)。

8.根据权利要求1或2所述的负载作用下渣土-泡沫混合物中泡沫消散性能测定装置，其特征是：所述的下出水口(8)设在所述的基座(1)上与所述的套筒(9)的底部连通。

9.根据权利要求3所述的负载作用下渣土-泡沫混合物中泡沫消散性能测定装置，其特征是：所述的下出水口(8)设在所述的基座(1)上与所述的套筒(9)的底部连通。

10.根据权利要求4所述的负载作用下渣土-泡沫混合物中泡沫消散性能测定装置，其特征是：所述的下出水口(8)设在所述的基座(1)上与所述的套筒(9)的底部连通。