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原文传递复杂地层水下泥水盾构泥膜形成模拟装置及模拟方法

专利名称：	复杂地层水下泥水盾构泥膜形成模拟装置及模拟方法
摘要：	本发明公开了一种复杂地层水下泥水盾构泥膜形成模拟装置，包括土箱、半圆形盾壳和动力加载系统，土箱和盾壳采用透明材质制作，动力加载系统为泥水仓内混有荧光粉的泥浆提供驱动力，土箱内位于刀盘的前方设有连接至U型压力计的超孔隙水压力监测孔，土箱上还设有为其提供常水头的常水头模拟装置；土箱设有盾壳的侧壁上设有与盾壳轴线平行的刻度尺，土箱的底部设有通过排水管连接至量筒的排水孔，排水管上设有排水阀。该装置可以控制不同地层条件、泥浆配比、注浆压力、注浆量等进行泥水盾构注浆系统模拟，测定泥浆滤水量、泥膜厚度及泥膜前方土体超孔隙水压力等参数进行泥膜形成效果的研究分析。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	湖南;43
申请人：	中国水利水电第八工程局有限公司
发明人：	张健;周中;刘五一;刘撞撞;秦坤元;常彦博;姜克寒;张磊
专利状态：	有效
申请日期：	2019-05-22T00:00:00+0800
发布日期：	2019-07-19T00:00:00+0800
申请号：	CN201910427364.0
公开号：	CN110031369A
代理机构：	长沙市融智专利事务所(普通合伙)
代理人：	谢浪
分类号：	G01N13/04(2006.01);G;G01;G01N;G01N13
申请人地址：	410004 湖南省长沙市天心区长青路8号
主权项：	1.一种复杂地层水下泥水盾构泥膜形成模拟装置，包括土箱、半圆形盾壳和动力加载系统，所述盾壳固定安装在所述土箱的内侧壁上，所述盾壳的前端设有刀盘，内部形成有泥水仓，所述土箱和盾壳采用透明材质制作，其特征在于：所述动力加载系统为所述泥水仓内混有荧光粉的泥浆提供驱动力，所述土箱内位于所述刀盘的前方设有连接至U型压力计的超孔隙水压力监测孔，所述土箱上还设有为其提供常水头的常水头模拟装置；所述土箱设有盾壳的侧壁上设有与盾壳轴线平行的刻度尺，所述土箱的底部设有通过排水管连接至量筒的排水孔，所述排水管上设有排水阀。 2.根据权利要求1所述的模拟装置，其特征在于：所述常水头模拟装置包括第一水箱、第二水箱和抽水泵，所述第一水箱设置在所述第二水箱的下方，所述第二水箱的出水口通过进水管连接至所述土箱顶部的进水口，所述第二水箱的侧部设有连通至所述第一水箱的溢流口，所述第一水箱通过抽水泵将其内的水泵送至与所述第二水箱，所述进水管上设有进水阀。 3.根据权利要求2所述的模拟装置，其特征在于：所述盾壳的内腔通过活塞分隔为前侧的泥水仓和后侧的气压仓，所述泥水仓的侧壁上设有注浆孔，所述注浆孔通过注浆管连接至注浆设备。 4.根据权利要求3所述的模拟装置，其特征在于：所述气压仓的侧壁上设有进气孔，所述动力加载系统包括空气压缩机，所述进气孔通过进气管连接至所述空气压缩机，所述气压仓上设有气压表，所述进气管上设有调压阀。 5.根据权利要求4所述的模拟装置，其特征在于：所述刀盘上设有渗透孔且其内侧设有滤网。 6.根据权利要求5所述的模拟装置，其特征在于：所述盾壳采用有机玻璃制作，且平直面利用环氧树脂胶结在土箱上。 7.根据权利要求4所述的模拟装置，其特征在于：所述盾壳上还设有对活塞进行位置锁定的止动阀。 8.根据权利要求4所述的模拟装置，其特征在于：在土箱底部设有砂卵石滤层。 9.根据权利要求4所述的模拟装置，其特征在于：所述土箱呈方形。 10.一种复杂地层水下泥水盾构泥膜形成的模拟方法，采用权利要求4-9任一项所述的模拟装置，其特征在于，包括如下步骤：步骤一：将土箱底部的排水孔通过排水管连接至量筒，并关闭排水阀，将刀盘安装在盾壳的前端，将超孔隙水压力监测孔与U型压力计连接，并关闭U型压力计阀门；步骤二：在土箱底部装一层砂卵石滤层，然后装入试验土层并压实；通过顶板将土箱封闭并连接至常水头模拟装置，关闭进水管上的进水阀。步骤三：在第一水箱内注入水，打开抽水泵，将第一水箱内的水箱泵送至第二水箱内并溢流；打开进水阀，使第二水箱中的水流入土箱中，直到土箱内实验土层饱和；然后打开排水阀，调整排水管和量筒的高度，直到排水管刚好不再有水流入量筒中；步骤四：通过止动阀将活塞位置进行锁止，打开空气压缩机，利用调压阀设置预定大小的气压，通过进气孔，使气压传递到气压仓，观察气压表，保证气压仓气压达到要求值；步骤五：将配制完成的泥浆通过泥浆管和注浆孔注入泥水仓，泥水仓被注满后，将注浆孔封住，然后打开超孔隙水压力监测孔上的U型压力计阀门；步骤六：关闭锁止阀，用秒表记录开始时间，使气压仓的气压通过活塞传递到泥水仓中，形成预定大小的注浆压力，泥浆通过刀盘上的渗透孔，向刀盘前方实验土层渗透，在刀盘前方形成泥膜；步骤七：泥浆向实验土层中渗透，每隔一段时间利用量筒记录泥浆滤水量，读取U型压力计各个超孔隙水压力监测孔位置处的孔隙水压力，直到泥浆滤水量和U型压力计的读数稳定时，表明致密的泥膜形成，通过刻度尺读取活塞移动的距离以及泥膜的厚度和泥浆渗透距离，计算出泥浆用量；最后，取出泥膜并将泥膜放入烘箱测量泥膜含水率，完毕后，将试验后的土层和砂卵石滤层清除，至此一个试验就完全完成。
所属类别：	发明专利