CN210597407U - 一种加压状态下环向泥浆成膜装置 - Google Patents

Abstract

一种加压状态下环向泥浆成膜装置，该成膜装置包括成膜筒体2、泥浆循环系统、加压筒盖和泥浆压力测试系统四部分；泥浆循环系统和泥浆压力测试系统均连接至成膜筒体；加压筒盖使用时设置在成膜筒体开口处为成膜筒体内加压。该装置可以使具有一定压力的泥浆在现场采集并经过加工的标准岩样上成膜用以模拟实际旋挖钻孔灌注桩施工过程中泥浆护壁的过程，并且可以通过调整泥浆压力来研究不同泥浆压力下泥浆成膜情况，成膜后的试件还能够用作后续室内三轴试验等相关岩样试验的材料从而使得试验数据更贴近实际。

Description

一种加压状态下环向泥浆成膜装置

技术领域

本实用新型属于土工测试仪器装置技术领域，具体是一种加压状态下环向泥浆成膜装置。

背景技术

旋挖钻孔灌注桩在施工过程中容易发生缩颈、塌孔等工程问题，因此需要进行泥浆护壁，而泥浆与周围岩层相互作用后引起的力学性质变化是体现泥浆护壁效果的关键参数。普通室内试验仅使用施工现场采集并打磨处理后的纯标准岩样进行三轴试验来研究岩层的力学性质，并不能体现泥浆对于周围岩层的力学性质影响，若仅将岩样进行泥浆浸泡则无法模拟开挖过程中泥浆压力这一重要影响因素。因此若需要尽可能模拟旋挖钻孔灌注桩在施工过程中的泥浆与岩层相互作用，为后续室内试验提供更接近实际的试验试样，就需对成膜装置和试验方法进行改进和创新。

发明内容

发明目的：

本发明提供了一种加压状态下环向泥浆成膜装置及方法，其目的是解决以往所存在的问题。

技术方案：

一种加压状态下环向泥浆成膜装置，其特征在于：该成膜装置包括成膜筒体、泥浆循环系统、加压筒盖和泥浆压力测试系统四部分；泥浆循环系统和泥浆压力测试系统均连接至成膜筒体；加压筒盖使用时设置在成膜筒体开口处为成膜筒体内加压。

成膜筒体为使用时内部容纳泥浆液的筒体结构，成膜筒体的侧壁设置有入浆口，入浆口或与入浆口连接的管路上设置有入浆止水开关；成膜筒体的侧壁还设置有出浆口，在出浆口或者与出浆口连接的管路上设置有出浆止水开关；成膜筒体的侧壁还设置有压力测试口，压力测试口或与压力测试口连接的管路上设置有压力测试止水开关；

成膜筒体的上端开口位置的四周边缘内壁或外壁带有螺纹。

泥浆循环系统包括泥浆原液池和废液池；泥浆原液池通过管路连接至入浆口；

废液池通过管路连接至出浆口。

泥浆原液池通过压泥浆泵连接至入浆口。

加压筒盖主体为圆形筒盖，圆形筒盖为能盖在成膜筒体开口处且能与成膜筒体开口处的螺纹配合的结构；

圆形筒盖上部设置有扭矩加压环，扭矩加压环为通过转动带动圆形筒盖同转的结构；

圆形筒盖中部设有用于夹紧试验标准岩样的连通孔。

所谓加紧就是说由于加压时内部的泥浆是往岩样处施加压力，总体作用是把岩样往外推，在试验时在岩样上连通孔上方放置重物或者在扭力环上再增加一条横梁作为限位器承受往外的压力，这样试验标准岩样就会被夹紧在连通孔处。

该装置还包括使用时套在标准岩样上防止泥浆溢出的止水环或止水胶层，止水环或止水胶层置于试验标准岩样与连通孔之间。使用时，先将岩样连接到筒盖上在放置止水环或者用止水胶将标准岩样与连通孔连接处的空隙堵住放置内部加压时泥浆从这些空隙中溢出，同时止水胶具有一定粘结力，同样可以作为固定岩样的工具。扭矩加压环中部是空的，岩样可以从上部放入。

筒盖四周边缘向下延伸带有螺纹的环壁，环壁的外壁或内壁设置有用于与成膜筒体开口处的螺纹配合的螺纹，以互相嵌合固定。

泥浆压力测试系统为水压力计及与其连接的数据采集系统，水压力计连接至成膜筒体。

水压力计用带止水开关的塑胶软管与成膜筒体相连。

塑胶软管内放置有防止泥浆堵塞软管的铁丝过滤网。

扭矩加压环包括环体和两根环杆；两根环杆对称的分设于环体的两侧，(两根环杆与环体形成连接点，两个连接点之间的连线穿过环体中心)

环杆的顶端设置有“7”字形倒钩，环杆的底端设置有限位块；

在圆形筒盖的顶部设置有两个卡槽，卡槽的一端为封堵，卡槽的另一端为能容纳限位块穿过的开口，卡槽的顶盖上设置有供环杆穿过并移动的条形缝；

两根环杆分为固定环杆和旋转环杆；

上部均套有套筒，套筒能沿环杆的轴向做相对于环杆的移动；其中一个套筒的侧壁通过转轴与环体的侧壁活动连接，另一个套筒直接与环体的侧壁固定连接，使得环体能带动套筒沿环杆轴向移动；

“7”字形倒钩为由横杆和立片构成的结构，横杆垂直于立片，横杆的外端连接环杆的顶端，横杆的内端底部连接立片，立片处于环体的侧壁的轴向移动轨迹上，环体与立片对应为侧壁上设置有供立片插入的豁口；

套筒的顶部与横杆之间的立片上套有复位弹簧，复位弹簧的底部连接套筒的顶部，复位弹簧的顶部连接横杆；

当环体移动至立片上部极限时，立片伸进环体的豁口内。(豁口的宽度大于环杆的直径，这样，当环杆的旋转时，如果旋转的角度稍微过大，环杆的上部就会倾斜进豁口内，以增大旋转角度，另外，为了装配更灵活，固定环杆与底部的限位块之间通过转轴活动连接，使得，在装配的过程中另一侧的旋转环杆底部的定位块更容易的插入相应的卡槽内)

优点效果：

本发明提供了一种加压状态下环向泥浆成膜装置及方法，该装置可以使具有一定压力的泥浆在现场采集并经过加工的标准岩样上成膜用以模拟实际旋挖钻孔灌注桩施工过程中泥浆护壁的过程，并且可以通过调整泥浆压力来研究不同泥浆压力下泥浆成膜情况，成膜后的试件还能够用作后续室内三轴试验等相关岩样试验的材料从而使得试验数据更贴近实际。

附图说明

图1是成膜装置整体的示意图；

图2是加压筒盖和岩样组装后的正视图；

图3是成膜筒体的正视图；

图4为扭矩加压环装配图；

图5为扭矩加压环装备过程状态图；

图6为卡槽立体结构图。

具体实施方式

一种加压状态下环向泥浆成膜装置，其特征在于：该成膜装置包括成膜筒体2、泥浆循环系统、加压筒盖和泥浆压力测试系统四部分；泥浆循环系统和泥浆压力测试系统均连接至成膜筒体；加压筒盖使用时设置在成膜筒体开口处为成膜筒体内加压。

成膜筒体2为使用时内部容纳泥浆液4的筒体结构，成膜筒体2 的侧壁设置有入浆口，入浆口或与入浆口连接的管路上设置有入浆止水开关13；成膜筒体2的侧壁还设置有出浆口，在出浆口或者与出浆口连接的管路上设置有出浆止水开关14；成膜筒体2的侧壁还设置有压力测试口，压力测试口或与压力测试口连接的管路上设置有压力测试止水开关12；

成膜筒体2的上端开口位置的四周边缘内壁或外壁带有螺纹10。

泥浆循环系统包括泥浆原液池6和废液池7；泥浆原液池6通过管路连接至入浆口；

废液池7通过管路连接至出浆口。

泥浆原液池6通过压泥浆泵连接至入浆口。

加压筒盖主体为圆形筒盖1，圆形筒盖1为能盖在成膜筒体开口处且能与成膜筒体开口处的螺纹配合的结构；

圆形筒盖1上部设置有扭矩加压环5，扭矩加压环5为通过转动带动圆形筒盖1同转的结构；

圆形筒盖1中部设有用于夹紧试验标准岩样3的连通孔17。

所谓加紧就是说由于加压时内部的泥浆是往岩样处施加压力，总体作用是把岩样往外推，在试验时在岩样上连通孔17上方放置重物或者在扭力环上再增加一条横梁作为限位器承受往外的压力，这样试验标准岩样3就会被夹紧在连通孔17处。

该装置还包括使用时套在标准岩样3上防止泥浆溢出的止水环 11或止水胶层，止水环11或止水胶层置于试验标准岩样3与连通孔 17之间。使用时，先将岩样连接到筒盖上在放置止水环或者用止水胶将标准岩样3与连通孔17连接处的空隙堵住放置内部加压时泥浆从这些空隙中溢出，同时止水胶具有一定粘结力，同样可以作为固定岩样的工具。扭矩加压环中部是空的，岩样可以从上部放入。

筒盖四周边缘向下延伸带有螺纹的环壁，环壁的外壁或内壁设置有用于与成膜筒体开口处的螺纹配合的螺纹，以互相嵌合固定。

泥浆压力测试系统为水压力计8及与其连接的数据采集系统，水压力计8连接至成膜筒体2。

水压力计8用带止水开关的塑胶软管与成膜筒体2相连。

塑胶软管内放置有防止泥浆堵塞软管的铁丝过滤网9。

扭矩加压环5包括环体5-1和两根环杆5-2；两根环杆5-2对称的分设于环体5-1的两侧，(两根环杆5-2与环体5-1形成连接点，两个连接点之间的连线穿过环体中心)

环杆5-2的顶端设置有“7”字形倒钩，环杆5-2的底端设置有限位块5-2-1；

在圆形筒盖1的顶部设置有两个卡槽5-5，卡槽5-5的一端为封堵5-5-3，卡槽5-5的另一端为能容纳限位块5-2-1穿过的开口5-5-1，卡槽5-5的顶盖上设置有供环杆5-2穿过并移动的条形缝5-5-2；

两根环杆5-2分为固定环杆5-2-3和旋转环杆5-2-4；

上部均套有套筒5-2-2，套筒5-2-2能沿环杆5-2的轴向做相对于环杆5-2的移动；其中一个套筒5-2-2的侧壁通过转轴5-6与环体 5-1的侧壁活动连接，另一个套筒5-2-2直接与环体5-1的侧壁固定连接，使得环体5-1能带动套筒5-2-2沿环杆5-2轴向移动；

“7”字形倒钩为由横杆5-3和立片5-4构成的结构，横杆5-3 垂直于立片5-4，横杆5-3的外端连接环杆5-2的顶端，横杆5-3的内端底部连接立片5-4，立片5-4处于环体5-1的侧壁的轴向移动轨迹上，环体5-1与立片5-4对应为侧壁上设置有供立片5-4插入的豁口；

套筒5-2-2的顶部与横杆5-3之间的立片5-4上套有复位弹簧 5-7，复位弹簧5-7的底部连接套筒5-2-2的顶部，复位弹簧5-7的顶部连接横杆5-3；

当环体5-1移动至立片5-4上部极限时，立片5-4伸进环体5-1 的豁口内。(豁口的宽度大于环杆5-2的直径，这样，当环杆5-2的旋转时，如果旋转的角度稍微过大，环杆5-2的上部就会倾斜进豁口内，以增大旋转角度，另外，为了装配更灵活，固定环杆5-2-3与底部的限位块5-2-1之间通过转轴活动连接，使得，在装配的过程中另一侧的旋转环杆5-2-4底部的定位块更容易的插入相应的卡槽内)

使用时，先将固定环杆5-2-3底部接触圆形筒盖1的顶部，然后向下拉动环体5-1，此时，复位弹簧5-7被拉伸，使得环体5-1离开立片5-4，然后另一只手转动旋转环杆5-2-4(如图4所示为逆时针旋转)，使得固定环杆5-2-3和旋转环杆5-2-4由平行成八字形，之后移动固定环杆5-2-3使得固定环杆5-2-3底部的限位块5-2-1由开口伸进卡槽5-5内，然后，反向转动(如图4所示为顺时针旋转)旋转环杆5-2-4，使得旋转环杆5-2-4底部的限位块5-2-1下落并逐渐的伸入卡槽5-5内，卡槽5-5与限位块5-2-1要预留有一定的活动间隙，防止进入和挪出时被卡住；直至使得两根环杆平行，然后松手，在复位弹簧5-7收缩复位的作用下，环体5-1上移直至立片5-4重新卡在环体5-1的豁口处，完成装配。

利用上述的一种加压状态下环向泥浆成膜装置所实施的成膜实验方法，其特征在于：

该方法包括以下步骤：

准备：

先将标准岩样3固定于加压筒盖1上，固定方式就是先将岩样连接到筒盖上的通孔位置，再放置止水环或者用止水胶将标准岩样3 与连通孔17连接处的空隙堵住放置内部加压时泥浆从这些空隙中溢出，同时止水胶具有一定粘结力，同样可以作为固定岩样的工具；

然后套上止水环11做好防溢浆措施，标准岩样3和加压筒盖1 固定好以后作为一个整体与成膜筒体2连接，利用扭矩加压环5将筒盖1旋进成膜筒体2内一部分，由于有螺纹10的存在使得成膜筒体 2和加压筒盖1稳定连接，将塑料软管分别与筒体入浆口和出浆口相连接，并通过塑料软管将入浆口与接到泥浆原液池6连接，将出浆口与废液池7连接；将与数据采集系统连接好并经过调试的水压力计8 与筒体的压力测试口12连接，并放置泥浆过滤网9；

实施：

a、首先，先打开入浆口的止水开关13和关闭出浆口的止水开关14，打开泥浆泵，使得泥浆原液通过入浆口13进入成膜筒体2，当泥浆快要浸满筒体内部时打开压力测试口的止水开关12，此时水压力计开始采集泥浆压力数据，当到达一定压力值(具体压力值由实际试验需求所定，可参照施工实际的泥浆压力，体现具有普遍适用性，通过泥浆泵的粗调和扭矩加压环的微调可以较好的控制压力值。)时，关闭泥浆泵和入浆口止水开关13，通过向成膜筒体2旋进扭矩加压环5进行泥浆压力微调，记录此时压力值和实验过程中所需时间，进行稳定加压状态下的泥浆成膜过程，通过压力测试计8和扭矩加压环 5配合使用多次改变压力可研究在不同泥浆压力下岩样成膜情况；

b、在经过一定时间后，泥浆4与标准岩样3的相互作用会使得泥浆侵入岩样中造成泥浆压力的损失，此时通过进一步向成膜筒体2 旋进扭矩加压环5对泥浆继续施加压力来补充压力损失使得在整个成膜过程中泥浆压力总是保持恒定的；

c、在经过一定时间后，缓慢反向拧动扭矩加压环5进行泥浆压力卸载，取出加压筒盖1，将已经被泥浆附着上的标准岩样3缓慢取出用直尺测量岩样表面所成泥皮厚度(即取出岩样后测量直径增加了多少)，并对岩样做好处理准备后续的相关室内试验，随后打开出浆口止水开关14将剩余废弃浆液排到废液池7。

上述的一定时间，可按需求设定，实验对象不同，选择就不同，这个属于常规选择，不做赘述，但随着时间越长泥浆压力会损失，需要使用扭矩加压环补偿压力损失。

Claims (10)

1.一种加压状态下环向泥浆成膜装置，其特征在于：该成膜装置包括成膜筒体(2)、泥浆循环系统、加压筒盖和泥浆压力测试系统四部分；泥浆循环系统和泥浆压力测试系统均连接至成膜筒体；加压筒盖使用时设置在成膜筒体开口处。

2.根据权利要求1所述的一种加压状态下环向泥浆成膜装置，其特征在于：成膜筒体(2)为使用时内部容纳泥浆液(4)的筒体结构，成膜筒体(2)的侧壁设置有入浆口，入浆口或与入浆口连接的管路上设置有入浆止水开关(13)；成膜筒体(2)的侧壁还设置有出浆口，在出浆口或者与出浆口连接的管路上设置有出浆止水开关(14)；成膜筒体(2)的侧壁还设置有压力测试口，压力测试口或与压力测试口连接的管路上设置有压力测试止水开关(12)；

成膜筒体(2)的上端开口位置的四周边缘内壁或外壁带有螺纹(10)。

3.根据权利要求2所述的一种加压状态下环向泥浆成膜装置，其特征在于：泥浆循环系统包括泥浆原液池(6)和废液池(7)；泥浆原液池(6)通过管路连接至入浆口；

废液池(7)通过管路连接至出浆口。

4.根据权利要求3所述的一种加压状态下环向泥浆成膜装置，其特征在于：泥浆原液池(6)通过压泥浆泵连接至入浆口。

5.根据权利要求2所述的一种加压状态下环向泥浆成膜装置，其特征在于：加压筒盖主体为圆形筒盖(1)，圆形筒盖(1)为能盖在成膜筒体开口处且能与成膜筒体开口处的螺纹配合的结构；

圆形筒盖(1)上部设置有扭矩加压环(5)，扭矩加压环(5)为通过转动带动圆形筒盖(1)同转的结构；

圆形筒盖(1)中部设有用于容纳并限位试验标准岩样(3)的连通孔(17)。

6.根据权利要求5所述的一种加压状态下环向泥浆成膜装置，其特征在于：该装置还包括使用时套在标准岩样(3)上防止泥浆溢出的止水环(11)或止水胶层，止水环(11)或止水胶层置于试验标准岩样(3)与连通孔(17)之间。

7.根据权利要求5所述的一种加压状态下环向泥浆成膜装置，其特征在于：圆形筒盖四周边缘向下延伸带有螺纹的环壁，环壁的外壁或内壁设置有用于与成膜筒体开口处的螺纹配合的螺纹，以互相嵌合固定。

8.根据权利要求1或2所述的一种加压状态下环向泥浆成膜装置，其特征在于：泥浆压力测试系统为水压力计(8)及与其连接的数据采集系统，水压力计(8)连接至成膜筒体(2)；水压力计(8)用带止水开关的塑胶软管与成膜筒体(2)相连。

9.根据权利要求8所述的一种加压状态下环向泥浆成膜装置，其特征在于：塑胶软管内放置有防止泥浆堵塞软管的铁丝过滤网(9)。

10.根据权利要求5所述的一种加压状态下环向泥浆成膜装置，其特征在于：扭矩加压环(5)包括环体(5-1)和两根环杆(5-2)；两根环杆(5-2)对称的分设于环体(5-1)的两侧，环杆(5-2)的顶端设置有“7”字形倒钩，环杆(5-2)的底端设置有限位块(5-2-1)；

在圆形筒盖(1)的顶部设置有两个卡槽(5-5)，卡槽(5-5)的一端为封堵(5-5-3)，卡槽(5-5)的另一端为能容纳限位块(5-2-1)穿过的开口(5-5-1)，卡槽(5-5)的顶盖上设置有供环杆(5-2)穿过并移动的条形缝(5-5-2)；

两根环杆(5-2)分为固定环杆(5-2-3)和旋转环杆(5-2-4)；

两根环杆(5-2)上部均套有套筒(5-2-2)，套筒(5-2-2)能沿环杆(5-2)的轴向做相对于环杆(5-2)的移动；其中一个套筒(5-2-2)的侧壁通过转轴(5-6)与环体(5-1)的侧壁活动连接，另一个套筒(5-2-2)直接与环体(5-1)的侧壁固定连接，使得环体(5-1)能带动套筒(5-2-2)沿环杆(5-2)轴向移动；

“7”字形倒钩为由横杆(5-3)和立片(5-4)构成的结构，横杆(5-3)垂直于立片(5-4)，横杆(5-3)的外端连接环杆(5-2)的顶端，横杆(5-3)的内端底部连接立片(5-4)，立片(5-4)处于环体(5-1)的侧壁的轴向移动轨迹上，环体(5-1)侧壁上与立片(5-4)对应的位置设置有供立片(5-4)插入的豁口(5-1-1)；

套筒(5-2-2)的顶部与横杆(5-3)之间的立片(5-4)上套有复位弹簧(5-7)，复位弹簧(5-7)的底部连接套筒(5-2-2)的顶部，复位弹簧(5-7)的顶部连接横杆(5-3)；

当环体(5-1)移动至立片(5-4)上部极限时，立片(5-4)伸进环体(5-1)的豁口内。

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