[发明专利]复杂地层水下泥水盾构泥膜形成模拟装置及模拟方法

权利要求书

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。