一种高水压卵石层盾构泥水流场透明试验方法

allin2022-12-02  31



1.本发明属于地质工程、隧道工程技术领域,具体涉及一种高水压卵石层盾构泥水流场透明试验方法。


背景技术:

2.目前,我国正在步入城市轨道交通建设高峰期,面临到的问题也越来越复杂。常规地层的盾构开挖技术日趋成熟,然而对于如砂卵石地层、孤石频出地层、软硬交互地层等复杂地层开挖技术还未完全研究透彻,经常出现刀具磕落、管片上浮等工程问题,且如何处理亟待解决。针对于盾构泥水流场的试验设备及方法目前没有学者开发过,更多学者都是采用数值模拟的方法进行研究,但其准确性有待讨论。


技术实现要素:

3.本发明的目的就是为了解决上述问题而提供一种高水压卵石层盾构泥水流场透明试验方法。
4.本发明的目的通过以下技术方案实现:
5.一种高水压卵石层盾构泥水流场透明试验方法,采用高水压卵石层盾构泥水流场透明实验装置进行,所述实验装置包括:
6.泥渣产生单元,用于将倒入的透明土材料推进刀盘切削单元;
7.刀盘切削单元,用于模拟刀盘旋转切削泥土;
8.泥渣排泄单元,用于排出泥渣;
9.流场迹线示踪单元,用于实现地下水动力流场迹线分析,包括惰性示踪离子、piv激光、高速摄像机;
10.试验方法具体包括以下步骤:将制作好的透明土试验材料倒入泥渣产生单元中,通过将透明土材料推进刀盘切削单元,模拟刀盘旋转切削泥土,达到直观再现盾构机刀盘切削土体的过程;
11.所述惰性示踪离子配合piv激光,在piv激光的照射下,在透明土材料中直观观察带有颜色的示踪离子的轨迹,实现地下水动力流场迹线分析,高速摄像机全程摄像,试验结束后观察各个过程中复杂地下水运动规律。
12.进一步地,所述透明土材料是以熔融石英砂为颗粒固化,以白矿油为流体介质配制而成的透明试验材料。
13.进一步地,所述透明土材料内加入惰性示踪离子。
14.进一步地,通过制作参数不同的透明土材料,用来模拟不同地质条件下盾构机开挖的过程。
15.进一步地,所述泥渣产生单元、刀盘切削单元及泥渣排泄单元设于同一个透明腔体内,所述泥渣产生单元包括第一驱动机构、设置在第一驱动机构上的螺旋盘;所述刀盘切削单元包括第二驱动机构、设置在第二驱动机构上的盾构机模拟刀盘及多个隔离板,所述
隔离板与盾构机模拟刀盘间隔一定距离形成模拟泥水仓;所述泥渣排泄单元包括长管、抽水机和电动钳,所述长管的前端固定电动钳,所述长管的后端固定抽水机。
16.进一步地,所述第一驱动机构包括马达、与所述马达连接的转杆以及与所述马达连接的转速控制器。
17.进一步地,所述泥渣产生单元在所述螺旋盘的前端设置一进料口,所述进料口上设置漏斗。
18.进一步地,所述第二驱动机构包括马达、与所述马达连接的转杆,所述盾构机模拟刀盘安装在所述转杆的端部,所述隔离板间隔设置在所述转杆上。
19.进一步地,所述长管的前端位于模拟泥水仓内。
20.进一步地,所述透明腔体为圆柱形结构。
21.本发明使用时,通过制作参数不同的透明土材料,用来模拟不同地质条件下盾构机开挖的过程,运用示踪装置能够实现地下水动力流场迹线分析,透过透明土能够观察到盾构机开挖全过程。
22.与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
23.本发明透明土地下水渗流物理模拟试验是以熔融石英砂为颗粒固化,以白矿油为流体介质配制而成的透明试验材料,该材料具有良好的可视化效果,配合惰性示踪和piv激光离子示踪技术,能够实现地下水动力流场迹线分析;通过在制作的材料中加入惰性示踪离子,在piv激光的照射下,能够在透明土材料中很直观的观察到带有颜色的示踪离子的轨迹,能够实现地下水动力流场迹线分析,高速摄像机用来全程摄像,能够直观再现盾构机刀盘切削土体过程中产生的复杂地下水运动规律。
附图说明
24.图1为本发明实验过程的过程示意图;
25.图2为本发明实验装置的整体结构示意图;
26.附图标记:100-石英砂;200-实验系统;300-排放混合浆液;400-惰性示踪释放器;500-piv激光;600-高速摄影机;700-模拟泥浆浆液;1-漏斗、2-马达、3-转速控制器、4-转杆、5-螺旋盘、6-模拟刀盘、7-电动钳、8-隔离板、9-长管。
具体实施方式
27.下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
28.一种高水压卵石层盾构泥水流场透明试验方法,采用如图2所示的高水压卵石层盾构泥水流场透明实验装置进行,该实验装置包括:泥渣产生单元,用于将倒入的透明土材料推进刀盘切削单元;刀盘切削单元,用于模拟刀盘旋转切削泥土;泥渣排泄单元,用于排出泥渣;流场迹线示踪单元,用于实现地下水动力流场迹线分析,包括惰性示踪离子、piv激光、高速摄像机。
29.其中,泥渣产生单元、刀盘切削单元及泥渣排泄单元设于同一个透明腔体内,泥渣产生单元包括第一驱动机构、设置在第一驱动机构上的螺旋盘5;刀盘切削单元包括第二驱动机构、设置在第二驱动机构上的盾构机模拟刀盘6及多个隔离板8,隔离板8与盾构机模拟刀盘6间隔一定距离形成模拟泥水仓;泥渣排泄单元包括长管9、抽水机和电动钳7,长管9的
前端固定电动钳7,长管9的前端位于模拟泥水仓内,长管9的后端固定抽水机。第一驱动机构包括马达2、与马达2连接的转杆4以及与马达2连接的转速控制器3,泥渣产生单元在螺旋盘5的前端设置一进料口,进料口上设置漏斗1,第二驱动机构包括马达2、与马达2连接的转杆4,盾构机模拟刀盘6安装在转杆4的端部,隔离板8间隔设置在转杆4上,透明腔体为圆柱形结构。
30.试验方法具体步骤为:将制作好的透明土试验材料倒入泥渣产生单元中,通过将透明土材料推进刀盘切削单元,模拟刀盘6旋转切削泥土,达到直观再现盾构机刀盘切削土体的过程;惰性示踪离子配合piv激光,在piv激光的照射下,在透明土材料中直观观察带有颜色的示踪离子的轨迹,实现地下水动力流场迹线分析,高速摄像机全程摄像,试验结束后观察各个过程中复杂地下水运动规律。
31.图2为本发明实验装置的整体结构示意图,附图标记:100-石英砂;200-实验系统;300-排放混合浆液;400-惰性示踪释放器;500-piv激光;600-高速摄影机;700-模拟泥浆浆液。其中,透明土材料是以熔融石英砂100为颗粒固化,以白矿油为流体介质配制而成的透明试验材料,该材料具有良好的可视化效果,透明土材料内加入惰性示踪离子,制作参数不同的透明土材料,用来模拟不同地质条件下盾构机开挖的过程。
32.上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改,并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此,本发明不限于上述实施例,本领域技术人员根据本发明的揭示,不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。


技术特征:
1.一种高水压卵石层盾构泥水流场透明试验方法,其特征在于,采用高水压卵石层盾构泥水流场透明实验装置进行,所述实验装置包括:泥渣产生单元,用于将倒入的透明土材料推进刀盘切削单元;刀盘切削单元,用于模拟刀盘旋转切削泥土;泥渣排泄单元,用于排出泥渣;流场迹线示踪单元,用于实现地下水动力流场迹线分析,包括惰性示踪离子、piv激光、高速摄像机;试验方法具体包括以下步骤:将制作好的透明土试验材料倒入泥渣产生单元中,通过将透明土材料推进刀盘切削单元,模拟刀盘旋转切削泥土,达到直观再现盾构机刀盘切削土体的过程;所述惰性示踪离子配合piv激光,在piv激光的照射下,在透明土材料中直观观察带有颜色的示踪离子的轨迹,实现地下水动力流场迹线分析,高速摄像机全程摄像,试验结束后观察各个过程中复杂地下水运动规律。2.根据权利要求1所述的一种高水压卵石层盾构泥水流场透明试验方法,其特征在于,所述透明土材料是以熔融石英砂为颗粒固化,以白矿油为流体介质配制而成的透明试验材料。3.根据权利要求1所述的一种高水压卵石层盾构泥水流场透明试验方法,其特征在于,所述透明土材料内加入惰性示踪离子。4.根据权利要求1所述的一种高水压卵石层盾构泥水流场透明试验方法,其特征在于,通过制作参数不同的透明土材料,用来模拟不同地质条件下盾构机开挖的过程。5.根据权利要求1所述的一种高水压卵石层盾构泥水流场透明试验方法,其特征在于,所述泥渣产生单元、刀盘切削单元及泥渣排泄单元设于同一个透明腔体内,所述泥渣产生单元包括第一驱动机构、设置在第一驱动机构上的螺旋盘;所述刀盘切削单元包括第二驱动机构、设置在第二驱动机构上的盾构机模拟刀盘及多个隔离板,所述隔离板与盾构机模拟刀盘间隔一定距离形成模拟泥水仓;所述泥渣排泄单元包括长管、抽水机和电动钳,所述长管的前端固定电动钳,所述长管的后端固定抽水机。6.根据权利要求5所述的一种高水压卵石层盾构泥水流场透明试验方法,其特征在于,所述第一驱动机构包括马达、与所述马达连接的转杆以及与所述马达连接的转速控制器。7.根据权利要求5所述的一种高水压卵石层盾构泥水流场透明试验方法,其特征在于,所述泥渣产生单元在所述螺旋盘的前端设置一进料口,所述进料口上设置漏斗。8.根据权利要求5所述的一种高水压卵石层盾构泥水流场透明试验方法,其特征在于,所述第二驱动机构包括马达、与所述马达连接的转杆,所述盾构机模拟刀盘安装在所述转杆的端部,所述隔离板间隔设置在所述转杆上。9.根据权利要求5所述的一种高水压卵石层盾构泥水流场透明试验方法,其特征在于,所述长管的前端位于模拟泥水仓内。10.根据权利要求5所述的一种高水压卵石层盾构泥水流场透明试验方法,其特征在于,所述透明腔体为圆柱形结构。

技术总结
本发明公开了一种高水压卵石层盾构泥水流场透明试验方法,采用高水压卵石层盾构泥水流场透明实验装置进行,包括以下步骤:将制作好的透明土试验材料倒入泥渣产生单元中,通过将透明土材料推进刀盘切削单元,模拟刀盘旋转切削泥土,达到直观再现盾构机刀盘切削土体的过程;所述惰性示踪离子配合PIV激光,在PIV激光的照射下,在透明土材料中直观观察带有颜色的示踪离子的轨迹,实现地下水动力流场迹线分析,高速摄像机全程摄像,试验结束后观察各个过程中复杂地下水运动规律。过程中复杂地下水运动规律。过程中复杂地下水运动规律。


技术研发人员:黄昌富 刘中欣 李建旺 张庆军 牛得草 王建秀 李胡博强 栾焕强 焦雷 田国文 杨云 潘恒宇 张玉龙 王春晓 唐冬雪 吴凡 刘笑天
受保护的技术使用者:中铁十五局集团城市轨道交通工程有限公司 同济大学
技术研发日:2022.03.30
技术公布日:2022/7/5
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