专利名称：一种粗粒土泥浆渗透仪的制作方法
技术领域：
本发明属于岩土工程设备技术领域，具体涉及一种粗粒土泥浆渗透仪。
背景技术：
在工程建设中，常常在砂砾土地层中钻孔(如灌注桩等)或开挖深槽(如防渗墙等)以便就地浇筑桩基础或浇注混凝土截渗墙。随着我国基础设施工程建设规模的扩大及功能的扩展，基础工程中钻孔灌注桩与防渗墙等开挖的深度越来越大，地层条件也越来越复杂。在砂土等粗粒土复杂地层中，如何保证钻孔或开挖深槽的工程质量及工程的顺利进行，受到关注。在复杂地层中提高钻孔灌注桩或防渗墙的成孔、成槽质量，关键的一个环节就是顺利、安全地成孔或开槽，并保证孔、槽壁面的稳定，现阶段主要是利用泥浆护壁技术来维持壁面的稳定。泥浆被称为钻井(孔)的血液，泥浆在地层中渗透的过程中，有可能会在孔、槽壁面上形成泥皮，但由于地下条件的复杂性以及地下施工的隐蔽性，人们很难对地下的情况有详细的了解，特别是很难对泥浆护壁过程中泥浆的渗透情况进行透彻的分析，对于泥皮在阻止孔、槽壁面上的土颗粒的脱落乃至槽孔的整体稳定等方面所起作用认识不明确，对于护壁机理缺乏的深刻了解。因此，不能对工程中出现的诸多问题进行合理的预判并采取相应的解决措施，实际施工过程中塌孔事件层出不穷，已经严重地影响到工程的正常进行。现在，人们对工程中出现的塌孔事件会进行适当的处理，但处理方法还主要是依据技术人员的工程经验，缺乏充分的理论依据作为指导。因此，很有必要通过试验来揭示泥浆在地层中的渗透机理，为泥浆护壁措施及槽壁稳定分析提供理论依据。
发明内容
本发明的目的是提供一种粗粒土泥浆渗透仪，能模拟泥浆在地层土体中的渗透过程，用于测试泥浆护壁过程中泥浆在土体中的渗透情况，填补了现有技术的空白。本发明所采用的技术方案是，一种粗粒土泥浆渗透仪，包括水平设置并依次密封连接的泥浆容器、试样容器和蓄水容器，泥浆容器的另一端通过注泥浆液阀门与外部泥浆源相连接，泥浆容器上还连接有竖直设置的泥浆管，泥浆管上安装有泥浆管气压阀；蓄水容器的另一端通过进水阀门与外部水源相连接，蓄水容器上还连接有竖直设置的水管，水管上安装有水管气压阀；泥浆容器和试样容器之间、以及蓄水容器和试样容器之间均设置有沙砾隔离件。泥浆容器为相连接的蓄泥箱和蓄液箱，注泥浆液阀门和泥浆管均连接在蓄泥箱上，蓄液箱与试样容器密封连接，蓄泥箱和蓄液箱之间还设置有控制阀门。试样容器为试样管，试样管为有机玻璃制成的圆筒形状，且其表面设置有刻度尺； 蓄水容器为蓄水箱。沙砾隔离件包括筛网和多孔板，筛网安装在筛网安装板的中心位置上，所述筛网安装板紧密配合、且竖直安装在蓄液箱内，多孔板为中心开有多个通孔的板状结构，且该多孔板紧密配合、且竖直安装在蓄水箱内。多孔板上还贴有纱布或钢丝网。筛网安装板上、且位于筛网的外侧设置有0型圈，多孔板上、且位于多个通孔的外侧也设置有0型圈；试样管的两端均固定有连接筒，两个连接筒的外端分别与两个0型圈固定连接。筛网安装板和多孔板上对应分布有多个连接螺栓安装孔，在该对应的连接螺栓安装孔之间安装有连接螺栓。本发明的有益效果是，能够真实模拟泥浆在地层土体中的渗透过程，用于测试泥浆护壁过程中，泥浆在土体中的渗透情况。在试验过程中，通过改变试样土体的颗粒级配情况、粒径大小、孔隙特征来模拟不同地层条件下泥浆在土体中的渗透情况；由于在不同开挖深度处的地层中，泥浆渗透时的压力是不同的，因此，可以通过改变试样土体两侧的压力差来模拟泥浆在不同开挖深度处地层中的渗透过程；泥浆自身特性如泥浆的粘度、泥浆的含沙量等，对泥浆的渗透也会造成很大的影响，因此，可以通过改变泥浆自身的特性来模拟不同性质的泥浆在地层中的渗透特征，进而分析泥浆特性对于渗透过程的影响。此外，还可以通过试验分析泥皮的形成过程，并对泥皮的抗渗性能进行研究。利用本发明进行以上试验研究，对泥浆的渗透特性和渗透机理做进一步的探讨，以获取更为深入的认识。
图1是本发明粗粒土泥浆渗透仪的结构示意图；图2是本发明中筛网的结构示意图；图3是本发明中多孔板的结构示意图；图4是连接筒和试样管的装配关系图；其中，1.泥浆管，2.蓄泥箱，3.控制阀门，4.蓄液箱，5.筛网，6.连接筒，7.连接螺栓，8.试样管，9.多孔板，10.蓄水箱，11.水管，12.注泥浆液阀门，13.进水阀门，14.泥浆管气压阀，15.水管气压阀，16.0型圈，17.连接螺栓安装孔。
具体实施例方式如图1所示，本发明粗粒土泥浆渗透仪，包括水平设置并依次密封连接的泥浆容器、试样容器和蓄水容器。其中，试样容器为试样管8，试样管8为有机玻璃制成的圆筒形状，且其表面设置有刻度尺。泥浆容器为相连接的蓄泥箱2和蓄液箱4，蓄泥箱2上通过注泥浆液阀门12与外部泥浆源相连接，蓄泥箱2上还连接有竖直设置的泥浆管1，泥浆管1上安装有泥浆管气压阀14，蓄泥箱2和蓄液箱4之间设置有控制阀门3，蓄液箱4与试样管8 密封连接。蓄水容器为蓄水箱10，蓄水箱10的一端与试样管8连接，且另一端通过进水阀门13与外部水源相连接，蓄水箱10上还连接有竖直设置的水管11，水管11上安装有水管气压阀15。泥浆管1和水管11均与外接气压源连通，并分别通过泥浆管气压阀14和水管气压阀15进行控制，为试样两边施加压力控制水头。结合图2和图3所示，泥浆容器和试样容器之间、以及蓄水容器和试样容器之间均设置有沙砾隔离件。沙砾隔离件包括筛网5和多孔板9。筛网5安装在筛网安装板的中心
4位置上，筛网安装板的形状和蓄液箱4内腔的竖直剖面形状一致，筛网安装板紧密配合、且竖直安装在蓄液箱4内。筛网5既可以有效地阻止砂砾石通过，又不会影响泥浆的渗透，使本发明能真实模拟实际地层中的竖直开挖面。多孔板9为中心开有多个通孔的板状结构， 多孔板9的形状和蓄水箱10内腔的竖直剖面形状一致，多孔板9紧密配合、且竖直安装在蓄水箱10内。多孔板9的作用是，在渗透试验过程中，起到防止砂、石从试样管8向蓄水箱 10内扩散。当试验所用的土体试样颗粒较细时，在多孔板9上贴有纱布或钢丝网，这样既能有效隔砂，还不影响到水的流动，以保证试验结果的准确性。如图4所示，在筛网安装板上、且位于筛网5的外侧设置有0型圈16，在多孔板9 上、且位于多个通孔的外侧也设置有0型圈16。试样管8的两端均固定有金属材质的连接筒6，两个连接筒6的外端分别与两个0型圈16固定连接。0型圈16实现了两个连接筒6 分别与蓄液箱4以及蓄水箱10之间的密封连接，进而实现了试样管8与蓄液箱4之间、以及试样管8与蓄水箱10之间的紧密接触，防止漏水漏气的情况发生。筛网安装板和多孔板9上对应分布有多个连接螺栓安装孔17，在该对应的连接螺栓安装孔17之间安装有连接螺栓7。连接螺栓7使泥浆容器、试样容器和蓄水容器成为一个整体结构，增强了结构的稳定性，方便试验操作。本发明的装配及进行渗透试验步骤是步骤一仪器组装及装样将蓄水箱10与水管11连接为一整体，将多孔板9固定在蓄水箱10内，试样管8 的一端通过连接筒6与多孔板9固定连接；将蓄液箱4、控制阀门3、蓄泥箱2以及泥浆管1 连接为一个整体，在蓄液箱4的内部安装筛网5。通过试样管8的一侧进行装样，将一定孔隙比和级配的砂砾石料均勻地装入试样管8中，试样装完后，把已连接为整体的蓄液箱4、 控制阀门3、蓄泥箱2以及泥浆管1通过金属连接筒6与试样管8的另一端固定连接。试样管8两侧的蓄液箱4和蓄水箱10通过4根连接螺栓7固定连接。至此，本发明的组装及装样的过程完毕。步骤二 试样浸水并抽气饱和关闭水管气压阀15，使进水阀门13与外部水源连通进水，试样进水的过程一定要慢，让试样中的空气有足够的时间排出，试样完全浸水后，关闭注泥浆液阀门12、进水阀门 13和水管气压阀15，并让泥浆管气压阀14与真空泵连接，进行抽气饱和。抽气饱和完毕后，关闭控制阀门3，将本发明装置整体放在操作台上，并把水排�。� 用管子连接注泥浆液阀门12和外部泥浆源，通入泥浆，泥浆管气压阀14处的气压阀连接真空泵，让大气把泥浆通过注泥浆液阀门12压入泥管，同时放掉水管11中的水至试验所需高度，至此试验准备工作完毕。步骤三增大泥侧压力开始试验先往试样两边施加相同的气压，稳定一段时间后记录下此时泥浆管1与水管11内液体的高度，然后增大泥浆侧气压同时打开控制阀门3，至此试验正式开始。由于泥侧压力的增大，泥浆管1中的泥浆在压力作用下，通过试样管8中的土颗粒向水侧发生渗透。步骤四读数读数工作主要观察和记录两部分内容按一定的时间间隔记录泥浆管1、水管11内泥浆和水柱高度的变化，通过泥浆管1和水管11上的刻度读出；按一定的时间间隔记录泥浆在试样管8内的渗透距离，通过试样管8上的刻度尺读出。步骤五拆样先关闭控制阀门3，从注泥浆液阀门12和进水阀门13分别将泥浆和水排出，然后松开连接螺栓7，进行试样管8的清理和其余部分的拆卸。本发明能够真实的模拟在采用泥浆护壁技术来维持槽、孔壁面稳定的情况下，泥浆在地层中渗透过程的试验装置，以便能够通过试验更好的探究泥浆在粗粒土等复杂地层中的流动和凝固特性以及渗透机理，认清泥浆的渗透过程、泥皮的形成过程以及泥浆的护壁机理，进而指导工程实践，为工程中现存的实际问题提供充实的理论依据。
权利要求
1.一种粗粒土泥浆渗透仪，其特征在于，包括水平设置并依次密封连接的泥浆容器、试样容器和蓄水容器，所述泥浆容器的另一端通过注泥浆液阀门(1 与外部泥浆源相连接， 所述泥浆容器上还连接有竖直设置的泥浆管(1)，所述泥浆管(1)上安装有泥浆管气压阀 (14)；所述蓄水容器的另一端通过进水阀门(1 与外部水源相连接，所述蓄水容器上还连接有竖直设置的水管(11)，所述水管(11)上安装有水管气压阀(1 ；所述泥浆容器和试样容器之间、以及蓄水容器和试样容器之间均设置有沙砾隔离件。
2.按照权利要求1所述的粗粒土泥浆渗透仪，其特征在于，所述泥浆容器为相连接的蓄泥箱⑵和蓄液箱G)，所述注泥浆液阀门(12)和泥浆管⑴均连接在蓄泥箱(2)上，所述蓄液箱(4)与试样容器密封连接，所述蓄泥箱( 和蓄液箱(4)之间还设置有控制阀门 ⑶。
3.按照权利要求2所述的粗粒土泥浆渗透仪，其特征在于，所述试样容器为试样管 (8)，所述试样管(8)为有机玻璃制成的圆筒形状，且其表面设置有刻度尺；所述蓄水容器为蓄水箱(10)。
4.按照权利要求3所述的粗粒土泥浆渗透仪，其特征在于，所述沙砾隔离件包括筛网 (5)和多孔板(9)，所述筛网(5)安装在筛网安装板的中心位置上，所述筛网安装板紧密配合、且竖直安装在所述蓄液箱内，所述多孔板(9)为中心开有多个通孔的板状结构，且该多孔板(9)紧密配合、且竖直安装在蓄水箱(10)内。
5.按照权利要求4所述的粗粒土泥浆渗透仪，其特征在于，所述多孔板(9)上贴有纱布或钢丝网。
6.按照权利要求4所述的粗粒土泥浆渗透仪，其特征在于，所述筛网安装板上、且位于筛网( 的外侧设置有0型圈(16)，所述多孔板(9)上、且位于多个通孔的外侧也设置有0 型圈(16)；所述试样管⑶的两端均固定有连接筒(6)，所述两个连接筒(6)的外端分别与两个0型圈(16)固定连接。
7.按照权利要求1、4或5所述的粗粒土泥浆渗透仪，其特征在于，所述筛网安装板和所述多孔板(9)上对应分布有多个连接螺栓安装孔(17)，在该对应的连接螺栓安装孔(17) 之间安装有连接螺栓(7)。
全文摘要
本发明公开了一种粗粒土泥浆渗透仪，包括水平设置并依次密封连接的泥浆容器、试样容器和蓄水容器，泥浆容器的另一端通过注泥浆液阀门与外部泥浆源相连接，泥浆容器上还连接有竖直设置的泥浆管，泥浆管上安装有泥浆管气压阀；蓄水容器的另一端通过进水阀门与外部水源相连接，蓄水容器上还连接有竖直设置的水管，水管上安装有水管气压阀；泥浆容器和试样容器之间、以及蓄水容器和试样容器之间均设置有沙砾隔离件。本发明能模拟泥浆在地层土体中的渗透过程，用于测试泥浆护壁过程中泥浆在土体中的渗透情况，填补了现有技术的空白。
文档编号G01N15/08GK102419298SQ20111033368
公开日2012年4月18日 申请日期2011年10月28日 优先权日2011年10月28日
发明者杨扶银, 杨春鸣, 邵生俊 申请人:西安理工大学
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