[发明专利]土体泥水劈裂伸展过程的可视化模拟试验装置和方法

说明书

本发明提供了一种土体泥水劈裂伸展过程的可视化模拟试验装置和方法。包括：试验平台、注浆系统、加压系统、激光照射系统和呈像系统；在试验平台中试验模型箱中的围压室中放置带有开孔的土体试样，围压室的外壁上设置注浆孔和注水孔；注浆系统中的注浆泵通过活塞式注浆管将泥浆箱中的泥浆浇注到土体试样的内部；加压系统往围压室注水和加载围压；激光照射系统中的激光仪发射在所述土体试样的内部传输的片状激光束，呈像系统中的相机对粒子散斑图像进行采集。本发明实现了土体中泥水劈裂伸展过程的可视化，解决了目前研究土体中劈裂伸展过程手段匮乏的问题，为研究泥水在土体中劈裂伸展规律及其发展特征提供试验设备。

技术领域

本发明涉及土体劈裂试验技术领域，尤其涉及一种土体泥水劈裂伸展过程的可视化模拟试验装置和方法。

背景技术

泥水盾构在软土隧道施工时，为了保证施工的质量和工程安全，需要通过设定一定的泥水压力平衡掌子面的水土压力，特别是在江海中段掘进时，由于覆土厚度一般较小，水压较大，极限支护压力难以确定，而极限支护压力偏大时，极易发生泥水劈裂，造成开挖面失稳坍塌，海水倒灌的严重后果。

现有技术研究土体劈裂的室内试验装置主要是基于常规三轴仪进行改装的，由于常规三轴仪试样尺寸较小(直径为31.9mm)，试验过程中一旦发生劈裂便立即贯通到试样边界，因此无法观察到劈裂发生后的伸展过程，更监测不到劈裂伸展时的流量和压力等特性。针对土体劈裂伸展过程难以模拟的难题，因此，设计一种有效的大型可视化土体泥水劈裂伸展过程模拟试验方法是一个亟待解决的问题。

发明内容

本发明的实施例提供了一种土体泥水劈裂伸展过程的可视化模拟试验装置和方法，以克服现有技术的缺点。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。

根据本发明的一个方面，提供了一种土体泥水劈裂伸展过程的可视化模拟试验装置，包括：试验平台、注浆系统、加压系统、激光照射系统和呈像系统；

所述试验平台包括试验模型箱，所述试验模型箱与加压系统、注浆系统相连通，在所述试验模型箱中的围压室中放置带有开孔的土体试样，所述围压室的外壁上设置注浆孔和注水孔；

所述注浆系统包括互相连接的活塞式注浆管、注浆泵和泥浆箱，所述活塞式注浆管穿过所述注浆孔插入所述土体试样的开孔中，所述注浆泵通过所述活塞式注浆管将所述泥浆箱中的泥浆浇注到所述土体试样的内部；

所述加压系统包括互相连接的蓄水箱和围压加载装置，所述蓄水箱通过所述注水孔往围压室注水，所述围压加载装置往所述围压室加载围压；

所述激光照射系统中的激光仪发射片状激光束，所述片状激光束在所述土体试样的内部传输，形成粒子散斑图像，所述呈像系统中的相机对所述粒子散斑图像进行采集。

优选地，所述试验平台还包括反力架，所述反力架支撑所述试验模型箱。

优选地，所述实验模型箱包括围压室透明侧壁、围压室、围压室顶板、围压室注水孔、围压室底座、注浆孔、溢流阀、橡胶膜、轴压杆、轴压传感器和试样顶帽，所述围压室由围压室透明侧壁、围压室顶板和围压室底座围成，所述围压室透明侧壁为亚克力透明壳体，所述围压室底座与所述围压室透明侧壁之间通过橡胶膜进行密封，所述溢流阀用于控制围压室中的围压，当围压大于指定压力时，溢流阀自动打开进行减压，所述轴压杆通过试样顶帽对试样施加轴压，所述轴压传感器用于监测轴压的大小。

优选地，所述注浆系统包括活塞式注浆管、泥浆压力变送器、质量流量计、注浆泵和泥浆箱，所述泥浆压力变送器与所述注浆泵连接，调节所述注浆泵的泥浆输出压力，所述质量流量计与所述注浆管连接，监测所述注浆管中的泥浆的流量。