【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及泥水盾构施工等，具体涉及一种复合地层泥水盾构泥浆渗透成膜试验设备及试验方法。
技术介绍
1、盾构法隧道施工技术因其高效性、安全性和可靠性，在城市地铁、市政公路、引调水等各类工程实践中得到了迅速发展，尤其是在海底或穿越江河的水下隧道施工中泥水平衡盾构更是被广泛采用。泥水平衡盾构通过调节压力仓内的泥浆压力来平衡开挖面地层的水土压力，由于泥浆压力大于地层孔隙水压力，泥浆中的细小颗粒在压差作用下会向地层中渗透形成不透水的泥膜，从而起到稳定地层的作用。因此，泥浆对地层的渗透成膜特性直接关系到泥水平衡盾构掘进的稳定性。
2、现有的方式是在掘进施工的过程中通过对泥浆的指标(包括粘度、比重、ph值等)进行控制，来使形成的泥膜特性满足泥水平衡盾构掘进的稳定性，但该种方式无法提前控制泥浆的指标，需要通过观察掘进的稳定性情况，当发生了不稳定情况之后再反过来调整泥浆的指标，及时性不够，且需要不断尝试，影响施工进度和施工质量。盾构施工时会遇到各种复杂地层。在掘进过程中因地质发生突变时，现有的泥浆指标(粘度、比重、ph值等)不满足突变地层的掘进要求，可能发生掌子面坍塌、泥水仓积仓滞排等情况，制约的盾构掘进施工效率。
技术实现思路
1、为了解决上述问题，本专利技术提供了一种复合地层泥水盾构泥浆渗透成膜试验设备及试验方法，能够针对各种土样层进行泥水盾构泥浆渗透成膜试验，以便于在掘进施工时根据实际地层的变化情况提前控制泥浆指标，保证掘进施工的稳定性。
2、本专利技术通过如下方案
3、竖向设置且可透视内部的渗透筒，所述渗透筒的内部自下而上依次设有滤层、利用实际地层土体制备而成的土样层以及供注浆的泥浆腔，所述渗透筒的顶部可拆卸地密封连接有上盖，所述上盖上设置有可连通至所述渗透筒内部的进气孔，所述渗透筒的底部密封连接有下盖，所述下盖上设置有可连通至所述渗透筒内部的入水孔和出液孔，所述进气孔、所述入水孔和所述出液孔处均设有用于控制孔开闭的阀门；
4、用于向所述渗透筒内部输送压缩气体以辅助完成泥浆渗透试验的气压装置，所述气压装置通过进气管与所述进气孔连通；
5、用于向所述渗透筒内部注水以对土样层进行饱和、进而辅助完成常水头试验的供水装置，所述供水装置通过入水管与所述入水孔连通；
6、用于收集从所述出液孔流出的渗滤液并基于流出的渗滤液计算渗透流量和渗透系数的渗滤液检测装置。
7、本专利技术复合地层泥水盾构泥浆渗透成膜试验设备的进一步改进在于：所述渗透筒上沿高度方向设有用以表征高度的刻度标识。
8、本专利技术复合地层泥水盾构泥浆渗透成膜试验设备的进一步改进在于：所述渗透筒上沿高度方向间隔设置有若干个孔压计，以实现分别监测所述土样层的不同高度位置处的压力。
9、本专利技术复合地层泥水盾构泥浆渗透成膜试验设备的进一步改进在于：最顶部的孔压计低于所述土样层的顶面初始标高1～2cm。
10、本专利技术复合地层泥水盾构泥浆渗透成膜试验设备的进一步改进在于：所述气压装置包括空压机以及与所述空压机连接以实现调整所述空压机的输出气压的稳压装置，所有所述孔压计均与所述稳压装置连接。
11、本专利技术复合地层泥水盾构泥浆渗透成膜试验设备的进一步改进在于：所述供水装置为供水漏斗，所述入水管与所述供水漏斗的底部连通，所述供水漏斗的底部标高高于所述土样层的顶面初始标高。
12、本专利技术复合地层泥水盾构泥浆渗透成膜试验设备的进一步改进在于：所述滤层包括铺设在所述下盖上的土工布，以及铺设在所述土工布上的石英砂层，所述石英砂层的厚度以及石英砂粒径满足所述滤层的渗透性远高于所述土样层的渗透性。
13、本专利技术还提供了一种复合地层泥水盾构泥浆渗透成膜试验方法，利用如上所述的复合地层泥水盾构泥浆渗透成膜试验设备进行试验，所述试验方法包括步骤：
14、打开渗透筒的上盖，依次制备滤层、土样层，并于所述土样层的上方预留泥浆腔；
15、打开入水孔和出液孔处的阀门，并利用供水装置从所述入水孔向渗透筒内部注水，以对土样层进行饱和，在所述土样层达到完全饱和的状态后，进行常水头试验来验证所述土样层的渗透性；
16、关闭所述入水孔和所述出液孔处的阀门，从所述渗透筒的顶部向所述泥浆腔内通入泥浆，使通入完毕后的泥浆液位、土样层的顶面高度和滤层的顶面高度均满足泥浆渗透试验的要求；
17、将所述上盖连接在所述渗透筒上，使所述泥浆腔为密封腔，然后同时打开进气孔和所述出液孔处的阀门，然后利用气压装置向所述渗透筒加压以进行泥浆渗透试验，在试验的过程中，利用渗滤液检测装置收集渗滤液并计算渗透流量，以判断通入的泥浆是否符合要求。
18、本专利技术复合地层泥水盾构泥浆渗透成膜试验方法的进一步改进在于：所述渗透筒上沿高度方向间隔设置有若干个孔压计；在进行泥浆渗透试验的过程中，通过若干个孔压计分别监测所述土样层的不同高度位置处的压力，然后结合监测的各压力和计算的所述渗透流量，判断通入的泥浆是否符合要求。
19、本专利技术复合地层泥水盾构泥浆渗透成膜试验方法的进一步改进在于：在所述泥浆渗透试验完成后，关闭所述进气孔和所述出液孔处的阀门，打开所述上盖并观察泥浆渗透范围和形成的泥膜状态，然后去除泥膜对所述泥膜的厚度和含水率进行测量。
20、本专利技术能够模拟各种复合地层的土样层、并可针对土样层预先进行泥水盾构泥浆渗透成膜试验，可直观的观察到泥浆在不同土样层下的渗透情况，并能够直接获取到所形成的泥膜的质量，基于试验结果调整泥浆的指标，进而得到适用于不同土样层的最佳泥浆指标，以便于在掘进施工时根据实际地层的变化情况提前控制泥浆指标，保证掘进施工的稳定性。另外，本专利技术通过上端盖的可拆卸设置，使得制备土样层和注入泥浆更加方便，通过供水漏斗和渗透筒的高低配合，便于对土样层进行饱和，通过若干个孔压计的设置可实现分别监测土样层的不同高度位置处的压力，使试验结果更加准确，且整个设备制作简单，操作方便。
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1.一种复合地层泥水盾构泥浆渗透成膜试验设备，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的复合地层泥水盾构泥浆渗透成膜试验设备，其特征在于：所述渗透筒上沿高度方向设有用以表征高度的刻度标识。
3.如权利要求1所述的复合地层泥水盾构泥浆渗透成膜试验设备，其特征在于：所述渗透筒上沿高度方向间隔设置有若干个孔压计，以实现分别监测所述土样层的不同高度位置处的压力。
4.如权利要求3所述的复合地层泥水盾构泥浆渗透成膜试验设备，其特征在于：最顶部的孔压计低于所述土样层的顶面初始标高1～2cm。
5.如权利要求3所述的复合地层泥水盾构泥浆渗透成膜试验设备，其特征在于：所述气压装置包括空压机以及与所述空压机连接以实现调整所述空压机的输出气压的稳压装置，所有所述孔压计均与所述稳压装置连接。
6.如权利要求1所述的复合地层泥水盾构泥浆渗透成膜试验设备，其特征在于：所述供水装置为供水漏斗，所述入水管与所述供水漏斗的底部连通，所述供水漏斗的底部标高高于所述土样层的顶面初始标高。
7.如权利要求1所述的复合地层泥水盾构泥浆渗透成膜试验设
8.一种复合地层泥水盾构泥浆渗透成膜试验方法，其特征在于，利用如权利要求1所述的复合地层泥水盾构泥浆渗透成膜试验设备进行试验，所述试验方法包括步骤：
9.如权利要求8所述的复合地层泥水盾构泥浆渗透成膜试验方法，其特征在于：所述渗透筒上沿高度方向间隔设置有若干个孔压计；在进行泥浆渗透试验的过程中，通过若干个孔压计分别监测所述土样层的不同高度位置处的压力，然后结合监测的各压力和计算的所述渗透流量，判断通入的泥浆是否符合要求。
10.如权利要求8所述的复合地层泥水盾构泥浆渗透成膜试验方法，其特征在于：在所述泥浆渗透试验完成后，关闭所述进气孔和所述出液孔处的阀门，打开所述上盖并观察泥浆渗透范围和形成的泥膜状态，然后去除泥膜对所述泥膜的厚度和含水率进行测量。
...【技术特征摘要】
1.一种复合地层泥水盾构泥浆渗透成膜试验设备，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的复合地层泥水盾构泥浆渗透成膜试验设备，其特征在于：所述渗透筒上沿高度方向设有用以表征高度的刻度标识。
3.如权利要求1所述的复合地层泥水盾构泥浆渗透成膜试验设备，其特征在于：所述渗透筒上沿高度方向间隔设置有若干个孔压计，以实现分别监测所述土样层的不同高度位置处的压力。
4.如权利要求3所述的复合地层泥水盾构泥浆渗透成膜试验设备，其特征在于：最顶部的孔压计低于所述土样层的顶面初始标高1～2cm。
5.如权利要求3所述的复合地层泥水盾构泥浆渗透成膜试验设备，其特征在于：所述气压装置包括空压机以及与所述空压机连接以实现调整所述空压机的输出气压的稳压装置，所有所述孔压计均与所述稳压装置连接。
6.如权利要求1所述的复合地层泥水盾构泥浆渗透成膜试验设备，其特征在于：所述供水装置为供水漏斗，所述入水管与所述供水漏斗的底部连通，所述供水漏斗的底部标高高于所述土样层的顶面初始标高。
【专利技术属性】
技术研发人员：陈时光，李海，孙尚卿，张育菘，宗绍鹏，
申请(专利权)人：中建八局轨道交通建设有限公司，
类型：发明
国别省市：
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