[发明专利]获取盾构泥浆颗粒在地层填充分布及成膜特征的试验装置

摘要

本发明提出的获取盾构泥浆颗粒在地层填充分布及成膜特征的试验装置，其特征包括A有机玻璃板、B有机玻璃板、C有机玻璃板、接合缝、橡胶条、弧形金属板、金属环形套箍、顶盖、顶部法兰盘、螺栓、底部法兰盘、拉杆、支座、滤层、地层、泥皮、渗透带分界面、承托固定支架。本发明的优点：（1）方便将地层土样取出，便于切开土样直接观察试验现象；（2）方便获取泥浆颗粒在地层中的填充分布及成膜特征和取得可信的数值；（3）切开土样后，可直接测出渗透带的长度以及其它试验数据、方便从侧面分层取土。

主权项

1.获取盾构泥浆颗粒在地层填充分布及成膜特征的试验方法，其特征在于，该方法使用的获取盾构泥浆颗粒在地层填充分布及成膜特征的试验装置，包括A有机玻璃板、B有机玻璃板、C有机玻璃板、接缝、橡胶条、弧形金属板、金属环形套箍、顶盖、顶部法兰盘、螺栓、底部法兰盘、拉杆、支座、滤层、地层、泥皮、渗透带分界面、承托固定支架；其中，A有机玻璃板、B有机玻璃板、C有机玻璃板拼接形成三瓣式试验筒主体，A有机玻璃板的B端与B有机玻璃板的C端、B有机玻璃板的D端与C有机玻璃板的E端、C有机玻璃板的F端与A有机玻璃板的A端依次对接，有机玻璃板两两相接合各形成1道接缝，接缝外设置橡胶条，橡胶条外设置弧形金属板，三道金属环形套箍分别设置在三瓣式试验筒主体上、中、下三个位置，三道金属环形套箍内侧与弧形金属板及三瓣式试验筒主体外壁贴合，顶盖通过螺栓与顶部法兰盘相接，顶部法兰盘固定在三瓣式试验筒主体的上部，支座通过底部法兰盘固定在三瓣式试验筒的下部，顶部法兰盘和底部法兰盘之间通过拉杆连接，拉杆底部由螺栓拧紧；承托固定支架连接在B有机玻璃板和C有机玻璃板接缝处；工作时，三瓣式试验筒主体内部由底部往上依次装填滤层和地层，试验时形成泥皮，地层中有泥浆渗透形成的渗透带分界面；该试验装置的拆解取样步骤如下：1）拆除试验装置顶盖上部的泥浆进浆口、测压接口、排气口上的管线，拧开顶盖和顶部法兰盘的连接螺栓，拆除顶盖，将试验筒中多余的泥浆吸出；2）将试验筒水平放置在承托固定支架上，A有机玻璃板位于B有机玻璃板和C有机玻璃板接缝正上方，拧开拉杆底部的螺栓，拆除与三瓣式试验筒连接的顶部法兰盘和底部法兰盘；3）松开试验筒上中下部的金属环形套箍，但不拆除金属环形套箍，让金属环形套箍对三瓣式试验筒主体保持一定的约束性；4）将泥皮和地层分为n+1段，依次为L0、L1、L2、L3、…Ln，其中，L0为泥皮厚度区域，L1、L2、…、Ln为地层厚度区域，L1、L2、…、Ln各段长度相等，具体根据地层粒径配比大小和成膜情况调整n值的大小，改变各段的长度；5）将L1、L2、…、Ln各段分三个部分切割，其中L1分①、②和③三个部分，L2分④、⑤和⑥三个部分，以此类推；6）A有机玻璃板顶面推至L1和L2分界线位置，L0区域和L1区域裸露出来，先切割掉地层表面泥皮，然后将①部分沿纵向分Ⅰ、Ⅱ、…、Ⅻ，共12层，依次切割，然后按照同样的分层方法，切割②部分和③部分；7）A有机玻璃板顶面推至L2和L3分界线位置，L2区域裸露出来，按照同样的分层方法，切割④、⑤和⑥三个部分；8）以此类推，推动A有机玻璃板顶面至Li和Li+1分界面，分层切割分界面前方裸露区域Li，直至将Ln区域切割完，完成试验地层取样；9）将各层取出的土样横向分为5段，即ⅰ、ⅱ、…、ⅴ，其中Ⅰ层和Ⅻ层分为3段，即ⅱ、ⅲ和ⅳ，根据取样位置用编号对各段进行标记，如试样④‑Ⅲ‑ⅱ代表取样位置为第④部分第Ⅲ层第ⅱ段，方便后续分析；取样后按如下步骤进行分析测定：1）对所取各段土样进行形态观测，包括肉眼观测、放大镜和电镜扫描观测；2）将各段试样分别放入已称量的铝盒中，称量铝盒质量变化得到该段试样总质量m1，m1为该段地层砂土颗粒、泥浆颗粒和水三者质量之和；3）烘干该段试样得到烘干后质量m2，m2为该段地层砂土颗粒和泥浆颗粒干质量之和，m1‑ m2为该段地层中水的质量，（m1‑ m2）/ m2为该段地层含水率；4）将烘干完毕的试样放入盆中清洗，去除砂土中的含有的泥浆颗粒，获得该段地层中的砂土颗粒，将其放入烘箱中烘干，烘干后质量m3，m3为该段地层砂土颗粒干质量，m2‑ m3为该段地层中泥浆颗粒干质量，（m2‑ m3）/ m2为该段地层泥浆颗粒干质量与该段地层砂土颗粒和泥浆颗粒干质量之和的比值，用质量含量C表示；5）根据取样分析结果获得泥浆颗粒在地层中的沿深度变化的填充分布特征，确定泥浆颗粒干质量含量C沿地层深度z变化规律；6）根据取样分析结果获得泥浆颗粒填充分布在地层空间连续性变化特征，将地层空间泥浆颗粒浓度相等的点连成曲面，绘制地层空间内泥浆颗粒浓度等值面，确定泥浆渗透带曲面；对于成膜效果较差、土质松散的土样，先采用低温冷冻处理，使得地层土体形成胶结后再进行拆解、土样切割工作。