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原文传递模拟泥水盾构掘进过程中地层劈裂的装置及实验方法

专利名称：	模拟泥水盾构掘进过程中地层劈裂的装置及实验方法
摘要：	本发明提供了一种模拟泥水盾构掘进过程中地层劈裂的装置及实验方法，包括围压室，底板，设置在底板中心的注浆管，注浆管底帽，设置在注浆管底端的油缸，用来模拟盾壳的端管，设置在端管和注浆管顶端之间的连接件，设置在注浆管和端管内部的A、B高压软管，包裹在试样外侧的橡胶套，放置在试样顶部的顶板，设置在顶板上部施加轴压的轴压杆，用来连接压力室和底板的螺栓，设置在压力室顶部的压力表和排气孔，设置在底板上的注水孔，设备台架。本发明可以实现高水压条件下泥水盾构掘进过程中动态劈裂过程的模拟，对浆液进行着色便于观察裂缝的产生，注浆速度、泥浆压力和注浆管抽出速度可以通过流量计、液压传感器和位移传感器准确测量出来。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	北京;11
申请人：	北京交通大学
发明人：	袁大军;王滕;罗维平;韩冰宇;李兴高;金大龙;吴俊;沈翔;许丽群
专利状态：	有效
申请日期：	2019-01-22T00:00:00+0800
发布日期：	2019-05-14T00:00:00+0800
申请号：	CN201910060410.8
公开号：	CN109752253A
代理机构：	北京市商泰律师事务所
代理人：	黄晓军
分类号：	G01N3/12(2006.01);G;G01;G01N;G01N3
申请人地址：	100044 北京市海淀区西直门外上园村3号
主权项：	1.一种模拟泥水盾构掘进过程中地层劈裂的装置，其特征在于，包括：水平放置的底板(6)，在底板(6)上设置压力室(2)，压力室(2)的内部放置试样(4)，在底板(6)的中孔中垂直放置注浆管(22)，所述注浆管(22)从所述试样(4)的内孔中上下贯穿，在注浆管(22)的下部侧壁留有注浆口(31)，底端设置有底帽(8)；用来模拟盾壳的端管(15)通过连接件(16)与注浆管(22)的顶端连接，在注浆管(22)和端管(15)的内部设置液高压软管，在试样(4)的顶部设置盖板(12)，在盖板(12)的上部设置施加轴压的轴压杆(10)，在底板(6)上设置注水孔(5)；从底板(6)上的进水孔(5)往压力室(2)内注水，直至加到指定围压，通过底帽(8)的液体注入口向注浆管(22)的注浆口(31)内注入上色泥浆，注浆管(22)向下运动，连接件(16)牵引着端管(15)同步向下运动，注浆管(22)内的泥浆在开缝处作用在试样(4)上。 2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括设置在注浆管(22)底部两侧的两个油缸(7)，两个油缸(7)为液压伸缩式油缸，对称布置在注浆管(22)的两侧，两个油缸(7)同步伸缩，以使得注浆管(22)沿竖向运动不会倾斜。 3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述端管(15)的直径与所述注浆管(22)的直径一致，所述端管(15)的开口端的内壁设置突出(23)，所述端管(15)的封堵端设置A、B液出口。 4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述压力室(2)的侧壁为透明有机玻璃材料，所述压力室(2)的上盖板与底部法兰为金属材质，压力室(2)的侧壁、上盖板与底部法兰通过螺杆(14)固定成一个整体。 5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，在注浆管(22)和端管(15)的内部设置液高压软管-A(20)、液高压软管-B(21)，所述液高压软管-A(20)、液高压软管-B(21)的一端分别连接在底帽(8)上的A、B液注入口，另一端分别连接在端管(15)的A、B液出口，A、B液出口流出的液体在端管(15)后形成的空腔(13)内混合并凝固。 6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，在所述底板(6)的上部中心处设有试样台座，试样台座外径与试样(4)外径一致，试样台座中心设有圆孔，该圆孔内径与注浆管(22)的外径一致，圆孔内壁设有开槽放置密封圈(19)，注浆管(22)沿圆孔内壁上下运动，用来模拟盾构的推进。 7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，在试样(4)的顶部设置盖板(12)，所述盖板(12)为圆板状，所述盖板(12)的外径与试样(4)外径一致，盖板(12)的上部预留凹槽与轴压杆10接触。 8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，在试样(4)外侧包裹橡胶套(3)，所述橡胶套(3)呈两端开口的圆筒状，材质透明，橡胶套(3)的内径与试样4外径一致，橡胶套(3)的上端箍套在盖板(12)的外缘，下端箍套在台座外缘。 9.一种权利要求1至8任一项所述的模拟泥水盾构掘进过程中地层劈裂的装置的实验方法，其特征在于，包括： (1)将注浆管(22)插入底板(6)的中孔，注浆管(22)的上端伸出试验台座一个试样的高度，将液高压软管-A(20)接在注浆管的底帽(8)上的A液注入口上，将液高压软管-B(21)接在注浆管底帽(8)的B液注入口上，将液高压软管-A(20)、液高压软管-B(21)通过注浆管(22)内穿出，将液高压软管-A(20)、液高压软管-B(21)的另一端接到端管(15)的A、B液出口上，将连接件(16)一端固定在注浆管(22)的上端内壁中，另一端伸入端管(15)中，将端管沿竖直轴线旋转30度； (2)将制备好的带有中孔的试样(4)放置在底板台座上，注浆管(22)伸进试样(4)的中孔，将圆形盖板(12)放到试样(4)上方，将橡皮套(3)套在试样(4)的外部，橡皮套(3)上下端用喉箍分别箍在盖板(12)和台座边缘； (3)将压力室(2)放置在底板(6)上，轴压杆(10)与盖板(12)凹槽对齐，之后通过螺栓(7)将压力室(2)与底板(6)固定并压紧； (4)打开压力室(2)顶部的出气孔(9)，从底板进水孔(5)往压力室(2)内注水，压力室水满后关闭出气孔(9)，继续注水直至加到指定围压，压力室(2)顶部的压力表(11)显示压力室(2)的内部压力； (5)通过注浆管(22)下部的注浆口(31)向注浆管(22)内注入上色泥浆，当泥浆压力与压力室(2)的水压压力相同时，通过油缸(7)控制注浆管(22)向下运动，连接件(16)牵引着端管(15)同步向下运动； (6)在注浆管(22)向下运动时继续向注浆管(22)内注入泥浆，同时从底帽(8)的A、B液注入口注入A、B液，A、B液在端管(15)后形成的空腔(13)内混合并凝固，注浆管(22)内的泥浆在开缝(24)处作用在试样(4)上，随着泥浆压力增大开始产生微裂缝，端管(15)向下运动时，管壁将裂缝开口堵住，裂缝不再伸展； (7)泥浆压力和注浆管(22)向下运动的速度通过仪表记录，泥浆压力代表泥水仓压力，注浆管(22)向下运动的运动速度代表盾构机掘进速度，通过多组试验对比得出裂缝贯通时两个速度之间的关系。 10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述的方法还包括：初始时端管(15)与注浆管(22)上端接触，注浆管(22)向下运动时，注浆管(22)与端管(15)开始分离，逐渐产生开缝(24)，直至端管(15)内的连接件(16)滑动到开口端突出(23)位置时，连接件(16)牵引着端管(15)同步向下运动。
所属类别：	发明专利