一种用于评价分散剂处理泥饼效果的试验装置和方法与流程

1.本发明涉及分散剂处理泥饼效果评价领域。更具体地说，本发明涉及一种用于评价分散剂处理泥饼效果的试验装置和方法。


背景技术：

2.近年来，我国城市轨道交通建设迅速发展，地铁线路建设尤为突出，而盾构法作为地铁建设最主要的施工方法之一，应用范围逐渐扩大。由于我国幅员辽阔，不同地区的水文地质差异明显，盾构施工面临的困难越来越突出。其中，盾构在穿越粘性地层时出现刀盘结泥饼是困扰工程界的世界性难题，它的出现关系到盾构掘进的安全性、工程的经济性和施工进度的合理性，目前尚无一种能彻底解决盾构泥饼发生的技术方法。
3.在盾构机在粘性地层中开挖时，土体被盾构刀盘切削后会形成一些粒径较小的颗粒，由于颗粒的矿物成分易于粘附，会聚集成块或粘附在刀盘上，在地层压力以及掌子面高温作用下，粘附的土体会趋于固结，并在高温下逐渐硬化，进而在刀盘或土舱中形成半固结或固结的块状体，进而产生泥饼。泥饼会堆积在刀具周围，使刀具的贯入度降低，使刀具产生偏磨，甚至堵塞刀盘开口，严重时泥饼会堵塞排土装置，引起盾构扭矩过大、刀盘磨损严重、盾构掘进姿态控制困难等，严重降低盾构掘进效率，甚至导致地表沉降过大进而带来施工安全问题。
4.我国的许多地铁工程都遇到了结泥饼的问题，目前处理刀盘结泥饼的方法主要包括前期处置措施和施工处置措施，前期处置措施主要是从盾构机的设计上进行改进，减少泥饼产生的机率，具体方法为前期盾构机选型与刀具配置优化；施工处置措施则是在施工期间通过一系列辅助措施来避免泥饼的产生或去除已经产生的泥饼，具体方法主要有渣土改良、施工掘进参数控制等。但考虑到盾构刀盘的可旋转性，传统泡仓试验无法有效地评价刀盘泥饼在浸泡、旋转等往复作用下分散剂处理效果，且针对不同地层情况，改良剂处理成型泥饼作用效果无法直观反映。


技术实现要素：

5.根据本发明实现的这些目的和其它优点，一方面，本发明的一实施方案提供了一种用于评价分散剂处理泥饼效果的试验装置，包括外容器、内容器、称重天平、搅拌电机，其中所述外容器放置在所述称重天平上，所述内容器悬空设置于所述外容器内，所述内容器的侧壁开设孔洞，所述内容器内放置成型泥饼试样，所述搅拌电机的输出轴通过连接杆连接于所述内容器，带动所述内容器转动；所述外容器内除去所述内容器的地方填充分散剂溶液。
6.优选地，所述电机通过连接线连接于电机控制装置。
7.优选地，所述电机安装于横向杆上，所述横向杆垂直连接于竖向杆上。
8.优选地，进一步包括调节支撑平台，其横向、纵向分别开设有贯穿孔，所述竖向杆穿过横向的贯穿孔内，所述调节支撑平台可沿着所述竖向杆上下移动，竖向调节旋钮穿入
所述调节支撑平台内，相抵于所述竖向杆，进行临时限位。
9.优选地，所述横向杆穿过纵向的贯穿孔内，所述横向杆可沿着所述调节支撑平台水平移动，横向调节旋钮穿入所述调节支撑平台内，相抵于所述横向杆，进行临时限位。
10.优选地，所述竖直杆垂直安装于支架底座上。
11.优选地，所述成型泥饼试样由压泥设备制得，所述压泥设备包括渣土加压板、内部渣土压板、待制作渣土、试样模具盒，所述内部渣土压板上布满孔洞，其中，所述内部渣土压板水平横向设置在所述试样模具盒内，将试样模具盒的内空间分隔为相对独立的上空间和下空间，所述待制作渣土设置在下空间内，所述渣土加压板通过连接杆连接所述内部渣土压板。
12.优选地，所述试样模具盒顶部设置有盖板，其通过连接螺栓与所述试样模具盒实现卡拆卸连接。
13.优选地，重量变送器，其连接于称重天平内的重量传感器，接收重量传感器内的实时重量数据并传递给控制中心，控制中心将重量数据绘制成重量随时间变化的曲线图。
14.另一方面，本发明的另一实施方案提供一种采用如权利要求1-8任一所述的用于评价分散剂处理泥饼效果的试验装置的试验方法，其特征在于，包括以下步骤
15.s1、准备待测试的成型泥饼试样，将称重天平平放于地面，保持天平的平整性；将分散剂溶液加入外容器中；
16.s2、待加入分散剂溶液后，将制备好的成型泥饼试样置于内容器内，平铺放置，并将其固定于搅拌电机底部的连接杆上，保持内容器的稳定性，将内容器浸入到盛有分散剂的外容器中，保证外容器内分散剂溶液完全浸没内容器内的成型泥饼；
17.s3、记录此时分散剂溶液的品种、浓度及成型泥饼试样的含水率、厚度，记录此时称重天平的读数m0；在浸泡时间t1后，记录天平的读数m1；
18.控制搅拌电机的转速，保证其在第一转速下旋转t2后，记录稳定的天平的读数m2；浸泡时间t3后，记录天平的读数m3；
19.控制搅拌电机的转速，保证其在第二转速下旋转t3后，记录稳定的天平的读数m3；浸泡时间t4后，记录天平的读数m4；
20.s4、重复上述操作s3，待称重天平的读数基本保持不变时，认为此时分散剂分散泥饼的分散效应基本完成，记录此时的称重天平的读数mt；
21.s5、更换分散剂的品种、浓度及变化泥饼的含水率、厚度，重复步骤s1-s4，即可获得分散剂处理泥饼效果的试验规律。
22.本发明至少包括以下有益效果：
23.本发明提供了一套不同含水率、不同厚度成型泥饼制作试验装置、一套评价分散剂处理泥饼效果的试验装置及一种分析不同成型泥饼厚度、不同含水率泥饼在不同分散剂品牌、分散剂浓度下分解变化效果的方法。
24.本发明较为真实地模拟了分散剂加入刀盘前方浸泡泥饼、旋转处理泥饼两种模式下分散剂处理泥饼的效果，更加贴近实际施工，对现场泥饼处理指导更有价值；
25.本发明也可以分析分散剂处理不同厚度、不同含水率的泥饼的效果快慢，明确何种浓度、何种品牌处理某种含水率或厚度的泥饼效果最佳，同时也可以处理不同粒径形成的泥饼，明确分散剂的特定参数等信息；本发明不局限于某一单一地层形成的泥饼，也可以
处理复合地层中成型的泥饼问题，普适性较广。
26.本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
27.图1为本发明中用于评价分散剂处理泥饼效果的试验装置的结构示意图。
28.图2为本发明中压泥设备的结构示意图。
29.图3为本发明中泥饼试样在分散剂分解的不同时间下外容器质量变化关系曲线。
具体实施方式
30.下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
31.以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变形。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。
32.本领域技术人员应理解的是，在本发明的揭露中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。
33.可以理解的是，术语“一”应理解为“至少一”或“一个或多个”，即在一个实施例中，一个元件的数量可以为一个，而在另外的实施例中，该元件的数量可以为多个，术语“一”不能理解为对数量的限制。
34.如图1-3所示，本发明的一优选实施方案提供一种用于评价分散剂处理泥饼效果的试验装置，包括外容器10、内容器9、称重天平12、搅拌电机7，其中所述外容器10放置在所述称重天平12上，所述内容器9悬空设置于所述外容器10内，所述内容器9的侧壁开设孔洞，所述内容器9内放置成型泥饼试样13，所述搅拌电机7的输出轴通过连接杆8连接于所述内容器，带动所述内容器转动；所述外容器内除去所述内容器的地方填充分散剂溶液11。所述电机通过连接线14连接于电机控制装置15。所述电机安装于横向杆6上，所述横向杆6垂直连接于竖向杆2上。
35.本发明的一优选实施方案中，还进一步包括调节支撑平台4，其横向、纵向分别开设有贯穿孔，所述竖向杆2穿过横向的贯穿孔内，所述调节支撑平台可沿着所述竖向杆2上下移动，竖向调节旋钮3穿入所述调节支撑平台4内，相抵于所述竖向杆2，进行临时限位。
36.所述横向杆6穿过纵向的贯穿孔内，所述横向杆6可沿着所述调节支撑平台4水平移动，横向调节旋钮5穿入所述调节支撑平台4内，相抵于所述横向杆6，进行临时限位。
37.所述竖直杆垂直安装于支架底座1上。
38.重量变送器，其连接于称重天平内的重量传感器，接收重量传感器内的实时重量数据并传递给控制中心，控制中心将重量数据绘制成重量随时间变化的曲线图。
39.下面还提供具体的测试方法，包括以下步骤：
40.s1、准备待测试的成型泥饼试样13，将称重天平12平放于地面，保持天平的平整性；将分散剂溶液11加入外容器10中，加入量依据内容器9进入分散剂溶液11后整体液面控制在外容器10的最大刻度线附近，且不会导致分散剂被挤出或易挤出的风险；
41.s2、待加入分散剂溶液11后，将制备好的成型泥饼试样13置于内容器9内，平铺放置，并将其固定于搅拌电机7底部的连接杆8上，保持内容器9的稳定性，将内容器9浸入到盛有分散剂的外容器10中，保证外容器内分散剂溶液11完全浸没内容器9内的成型泥饼13；
42.s3、记录此时分散剂溶液11的品种、浓度及成型泥饼试样13的含水率、厚度，记录此时称重天平12的读数m0；在浸泡时间t1后，记录天平的读数m1；
43.控制搅拌电机7的转速，保证其在第一转速下旋转t2后，记录稳定的天平的读数m2；浸泡时间t3后，记录天平的读数m3；
44.控制搅拌电机7的转速，保证其在第二转速下旋转t3后，记录稳定的天平的读数m3；浸泡时间t4后，记录天平的读数m4；
45.s4、重复上述操作s3，待称重天平12的读数基本保持不变时，认为此时分散剂分散泥饼的分散效应基本完成，记录此时的称重天平12的读数mt；
46.更换分散剂的品种、浓度及变化泥饼的含水率、厚度，重复步骤s1-s4，即可获得分散剂处理泥饼效果的试验规律。
47.图3为泥饼分解后烧杯质量变化与时间的关系曲线示意图。通过记录不同时间下电子天平的读数情况，可以获取成型泥饼试样在分散剂溶液中经过浸泡、旋转浸泡后出现的质量变化，利用分散剂溶液质量的变化进行直观反映。
48.假定初始情况下，成型泥饼试样完全浸入分散剂时，此时的天平读数为m0，在经过时间t后，天平读数变化为m
t
，待分散剂分解成型泥饼反应完全后，记录天平读数为m
t
，设a
t
为特定时间t下烧杯质量m
t
与反应完全后烧杯质量m
t
。
49.at＝(m
t-m0)/(m
t-m0)
×
100％
50.本发明的一优选实施方案中，所述成型泥饼试样13由压泥设备制得，所述压泥设备包括渣土加压板16、内部渣土压板17、待制作渣土18、试样模具盒19，所述内部渣土压板17上布满孔洞，其中，所述内部渣土压板17水平横向设置在所述试样模具盒19内，将试样模具盒19的内空间分隔为相对独立的上空间和下空间，所述待制作渣土18设置在下空间内，所述渣土加压板16通过连接杆连接所述内部渣土压板17。
51.其中，所述试样模具盒19顶部设置有盖板20，其通过连接螺栓21与所述试样模具盒19实现卡拆卸连接。
52.拌制足量特定颗粒级配下含水率为w的待制作渣土18，取模具试样盒19，卸除盖板20与试样模具盒19间的连接螺栓21，取下渣土加压板16、盖板19及布满微小孔洞的内部渣土压板6，将渣土加压板1与内部渣土压板6进行连接，将拌制好的特定含水率v的试验渣土18导入模具试样盒19内，利用铲刀进行平铺、整平，具体量可依据试验需求进行控制；
53.等到待制作渣土18填装完毕后，安装渣土加压板16及盖板20，紧固盖板20与试样模具盒19间的连接螺栓21，施加荷载于渣土加压板16上，将待制作渣土18压制成成型泥饼，渣土中的水、气体等可以通过内部渣土压板6上的小孔进行排除，保证了成型泥饼的压制质量；
54.待成型泥饼压制完成后，卸除紧固盖板20与试样模具盒19间的连接螺栓21，取下紧固盖板20与试样模具盒19，将压制好的泥饼试样取出备用。
55.尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。