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专利号: 2024102769549
申请人: 安徽建筑大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-03-20
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种利用矩形顶管触变泥浆减阻与滤失性能测试系统进行测试的方法,其特征在于,包括如下步骤:步骤S1,制备混凝土块:根据矩形顶管的规格制备混凝土块;

步骤S2,铺设土体、埋设压力盒和泥浆渗滤探测传感器:在施工现场取矩形顶管顶进层位的土样,将土样分层均匀铺设在试验箱内形成土体,在铺设土体的过程中,在对应层位依次埋设压力盒和泥浆渗滤探测传感器,压力盒和泥浆渗滤探测传感器均通过测试线连接至数据采集仪,数据采集仪和计算机连接;

步骤S3,触变泥浆制备与铺设:按试验要求制备触变泥浆,将制备的触变泥浆均匀铺设于土体的上表面,将所述步骤S1中制备的混凝土块放置在触变泥浆上方,在混凝土块上放置配重块,通过放置不同质量的配重块模拟实际工程中的覆土压力;

步骤S4,安装顶推器:将顶推器的顶推端由顶推孔深入试验箱内,并将顶推器用螺栓固定于第二立板上;

步骤S5,施加水平推力:利用顶推器对混凝土块施加水平推力,使混凝土块匀速滑行至设定位置;

步骤S6,减阻和滤失性能测试:在混凝土块滑行过程中,计算机通过泥浆渗滤探测传感器记录触变泥浆渗入土体的情况与时间的关系曲线,计算机通过压力盒记录土压力与时间的关系曲线;

步骤S7,触变泥浆减阻与滤失性能分析评价:根据试验测试结果建立矩形顶管‑土体摩擦力计算公式 ,进行触变泥浆减阻与滤失性能分析评价,在所述步骤S7中,矩形顶管‑土体摩擦力 的计算公式为:     公式(1)

在公式(1)中, 为矩形顶管‑土体作用面间竖向应力,t1为触变泥浆静滤失时间,t2为触变泥浆动滤失时间, 为触变泥浆配比方式,T为顶推器推动混凝土块匀速滑动的顶推力,A为混凝土块与土体或触变泥浆的接触面积;

矩形顶管‑土体作用面间竖向应力 的计算公式为:

公式(2)

在公式(2)中,γ 为矩形顶管上覆土层的重度,H0为矩形顶管上覆土层的厚度,G0为矩形顶管的管节的自重,M0为混凝土块的质量,m0为配重块的质量,g为重力加速度;

配重块的质量m0的计算公式为:

 公式(3)

在公式(3)中,γ 为矩形顶管上覆土层的重度,H0为矩形顶管上覆土层的厚度,G0为矩形顶管的管节的自重,g为重力加速度,M0为混凝土块的质量;

触变泥浆静滤失时间t1为所述触变泥浆铺设后在静滤失阶段触变泥浆渗入土体的时间,触变泥浆静滤失时间t1为0~60min;

触变泥浆动滤失时间t2为在动滤失阶段控制所述顶推器以恒定速率v0顶推所述混凝土块的实时时间;

触变泥浆配比方式 以水为定含量基准,外加剂按比例加入水中配置而成所述触变泥浆,触变泥浆配比方式 影响所述触变泥浆渗入所述土体形成泥皮的厚度,进而影响所述触变泥浆减阻效果,所述矩形顶管触变泥浆减阻与滤失性能测试系统,包括支座、试验箱、土体、触变泥浆、混凝土块、顶推器和数据采集组件,其中,所述试验箱设置在所述支座上,所述土体铺设在所述试验箱内的底部,所述土体上方铺设所述触变泥浆,所述混凝土块置于所述触变泥浆的上表面;

所述顶推器与所述支座连接,所述顶推器的顶推端与所述混凝土块接触,在所述顶推器的作用下,所述混凝土块能够在所述试验箱内水平移动;

所述数据采集组件包括顶推压力传感器、压力盒、泥浆渗滤探测传感器、数据采集仪和计算机,所述顶推压力传感器能够监测所述顶推器对所述混凝土块产生的顶推力,所述压力盒和所述泥浆渗滤探测传感器均布设于所述土体内,所述顶推压力传感器、所述压力盒和所述泥浆渗滤探测传感器均与所述数据采集仪连接,所述数据采集仪和所述计算机连接。

2.根据权利要求1所述的利用矩形顶管触变泥浆减阻与滤失性能测试系统进行测试的方法,其特征在于,所述支座包括底座、第一立板和第二立板,所述第一立板和所述第二立板相对设置在所述底座上;

所述底座、所述第一立板和所述第二立板均为U型钢,所述底座的长度L0为150cm~

200cm、宽度W0为20cm~40cm,所述第一立板的长度L1为40cm~80cm、宽度W1为20cm~40cm,所述第二立板的规格与所述第一立板的规格一致;

所述第一立板的下端和所述第二立板的下端均通过焊接或螺栓方式与所述底座连接,所述底座的一端与所述第一立板之间的距离为10cm 20cm,所述底座的另一端与所述第二~立板之间的距离为10cm 20cm。

~

3.根据权利要求2所述的利用矩形顶管触变泥浆减阻与滤失性能测试系统进行测试的方法,其特征在于,所述试验箱为上表面敞开的立方体结构,所述试验箱包括底板、第一侧板、第二侧板、第三侧板和第四侧板,所述第一侧板、所述第二侧板、所述第三侧板、所述第四侧板和所述第一侧板依次连接,所述第一侧板、所述第二侧板、所述第三侧板和所述第四侧板均与所述底板连接;

所述试验箱内部的长度L2为50cm~100cm、宽度W2为20cm~40cm、高度H1为20cm~40cm;

所述第一侧板与所述第一立板接触,所述第三侧板与所述第二立板之间存在距离,所述试验箱通过卡扣与所述第一立板连接;

所述试验箱还包括挡板,所述第二侧板的内表面和所述第四侧板的内表面均设置有竖向的第一限位槽,所述第一限位槽与所述第一侧板之间的距离为L3,L3=3/5L2,所述第二侧板的内表面和所述第四侧板的内表面均设置有竖向的第二限位槽,所述第二限位槽与所述第一侧板之间的距离为L4,L4=4/5L2,所述第一限位槽和所述第二限位槽的深度均为3mm~

5mm;

所述挡板的两端能够分别插入两个所述第一限位槽或两个所述第二限位槽,所述土体铺设在所述挡板、所述第二侧板、所述第一侧板和所述第三侧板围成的空间内;

所述试验箱和所述挡板的材质均为透明的亚克力板;

所述试验箱外部设置有固定套环,所述固定套环围绕所述试验箱设置有上下两圈,利用所述固定套环对所述第一侧板、所述第二侧板、所述第三侧板和所述第四侧板进行固定,上圈所述固定套环与所述试验箱底部的垂直距离为h4,h4=2*H1/3,下圈所述固定套环与所述试验箱底部的垂直距离为h5,h5=H1/3;

所述土体的厚度H2为所述试验箱的高度H1的1/3~2/3,所述触变泥浆的厚度为0~10mm。

4.根据权利要求3所述的利用矩形顶管触变泥浆减阻与滤失性能测试系统进行测试的方法,其特征在于,所述第二立板上设置若干螺纹孔,所述顶推器利用螺栓和所述螺纹孔与所述第二立板连接,所述第三侧板和所述挡板上均设置有顶推孔;

在所述混凝土块靠近所述顶推器的一侧壁开设有橡胶垫槽,所述橡胶垫槽内设置有橡胶垫圈,所述顶推压力传感器设置在所述顶推器的顶推端,所述顶推器的顶推端依次穿过所述第三侧板的所述顶推孔和所述挡板的所述顶推孔,所述顶推器的顶推端通过所述顶推压力传感器与所述橡胶垫圈接触;

所述顶推器能够对顶推力和位移进行控制,所述顶推器能够将所述混凝土块匀速推进至设定位移处;

所述顶推器的顶推力随设定值变化,所述顶推器通过电机控制或者通过油压控制;

所述顶推器具有位移控制装置,所述位移控制装置的量程为120cm 200cm、精度为全量~程的0.02% 0.2%。

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5.根据权利要求1所述的利用矩形顶管触变泥浆减阻与滤失性能测试系统进行测试的方法,其特征在于,所述矩形顶管触变泥浆减阻与滤失性能测试系统还包括配重块,所述配重块设置在所述混凝土块上,所述混凝土块的上端设置有向所述混凝土块的内部凹陷的配重孔;

所述配重孔为圆柱形结构,所述配重孔的直径为40mm 60mm、深度为8mm 10mm;所述配~ ~重块的下端位于所述配重孔内;

所述混凝土块的宽度为W3,W3=W2‑d,d=5mm~10mm;所述混凝土块的长度为10cm~50cm;所述混凝土块的高度为10cm;

所述混凝土块设置有多块,多块所述混凝土块在所述试验箱内水平依次放置。

6.根据权利要求1所述的利用矩形顶管触变泥浆减阻与滤失性能测试系统进行测试的方法,其特征在于,所述泥浆渗滤探测传感器用于对渗入所述土体内部的所述触变泥浆进行探测,所述数据采集仪将所述泥浆渗滤探测传感器采集的触变泥浆数据传输给所述计算机,所述计算机根据触变泥浆渗入所述土体内部的数据进行计算获得所述触变泥浆随时间渗入所述土体内部的实时状况,进而研究所述触变泥浆的滤失性能;

所述压力盒用于测量所述土体内测试位置处的土压力,所述数据采集仪将所述压力盒采集的土压力数据传输给所述计算机,所述计算机根据土压力数据进行计算获得所述土体的土压力随着所述混凝土块水平位移变化的实时值;

所述顶推压力传感器监测所述顶推器顶推所述混凝土块水平移动过程中的顶推力,所述数据采集仪通过所述顶推压力传感器采集所述顶推器的顶推力数据,所述数据采集仪将采集的顶推力数据传输给所述计算机,所述计算机根据所述顶推压力传感器采集的顶推力数据进行计算获得所述混凝土块滑动过程中的摩阻力实时值。

7.根据权利要求3所述的利用矩形顶管触变泥浆减阻与滤失性能测试系统进行测试的方法,其特征在于,所述第二侧板和所述第四侧板上均开设有N列第一穿线孔和M列第二穿线孔,一个所述泥浆渗滤探测传感器的测试线通过一个所述第一穿线孔引出所述试验箱,一个所述压力盒的测试线通过一个所述第二穿线孔引出所述试验箱;

所述第一穿线孔的列数N为2 4,所述第二穿线孔的列数M为2 4;

~ ~

每一列所述第一穿线孔包括3个所述第一穿线孔,其中,位于一列内最上方的所述第一穿线孔的孔心与所述试验箱的下端的垂直距离为H3,H3=H2/4,位于一列内中间的所述第一穿线孔的孔心与所述试验箱的下端的垂直距离为H4,H4=2*H2/4,位于一列内最下方的所述第一穿线孔的孔心与所述试验箱的下端的垂直距离为H5,H5=3*H2/4,3个所述第一穿线孔的孔心的连线与所述试验箱的竖向轴线平行;

每一列所述第二穿线孔包括2个第二穿线孔,位于一列内上方的所述第二穿线孔的孔心与所述试验箱的下端的垂直距离为H6,H6=H2/3,位于一列内下方的所述第二穿线孔的孔心与所述试验箱的下端的垂直距离为H7,H7=2*H2/3,2个所述第二穿线孔的孔心的连线与所述试验箱的竖向轴线平行;

N列所述第一穿线孔与M列所述第二穿线孔交替布置,每列所述第一穿线孔的孔心的连线与相邻列的所述第二穿线的孔心的连线之间的距离为10 20cm。

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8.根据权利要求1所述的利用矩形顶管触变泥浆减阻与滤失性能测试系统进行测试的方法,其特征在于,按与水的质量比,所述外加剂包括以下组分:膨润土8%‑12%,碱性无机处理剂0.15%‑

0.3%,增稠剂0.05%‑0.15%,絮凝剂0.006%‑0.02%;

所述膨润土为钠基膨润土,所述碱性无机处理剂为碳酸钠,所述增稠剂为羧甲基纤维素,所述絮凝剂为聚丙烯酰胺;

通过所述泥浆渗滤探测传感器监测所述触变泥浆在静滤失阶段和动滤失阶段渗入所述土体的滤失深度d0,得到渗入时间与渗入深度d0的关系曲线;所述触变泥浆进入所述土体后会逐渐填补和支撑土体内部缝隙,在所述土体表面形成一层泥皮,所述触变泥浆静滤失时间t1、触变泥浆动滤失时间t2分别和所述滤失深度d0的具体关系式通过试验结果拟合获得;

通过所述滤失深度d0和所述泥皮厚度d1,分析评价所述触变泥浆的滤失性能。