一种盾构土体改良泡沫稳定性评价装置及评价方法

摘要

本发明涉及一种盾构土体改良泡沫稳定性评价装置及评价方法，该装置由封闭式检测箱、泡沫收集器、析液片、析出液收集器、三角架组成；所述的三脚架位于封闭式检测箱内中心位置，析出液收集器位于三脚架下方中心位置处，泡沫收集器置放在三脚架上方，泡沫收集器的出液口位于析出液收集器内，析液片位于泡沫收集器的出液口上方。通过记录某时刻所对应的泡沫析出液体量，得出多组数据，采用曲线拟合作图分析得出泡沫的半衰期，以此来评价泡沫的稳定性。该装置安装使用方便、成本低、可靠性强，能够有效的测试出泡沫的稳定性情况，为保证土体的改良效果提供依据。

说明书

技术领域

本发明涉及一种泡沫稳定性评价装置及评价方法，特别适用于土压平衡盾构 土体改良中泡沫稳定性的测试与评价，属于岩土工程技术领域。

技术背景

发泡剂是进行土体改良的重要添加剂，尤其是在盾构隧道土体改良的施工中 得到广泛的应用。发泡剂产生的泡沫稳定性对土体的改良效果具有重要的影响， 是评价泡沫剂好坏的重要指标，一般而言土体改良泡沫的稳定性越好，在开挖或 渣土排放的施工效果越好。盾构在施工过程中土仓内的土压力对泡沫性的稳定性 能具有重要的影响，在现有的相关发明，如“CN204286980U负载作用下渣土-泡 沫混合物中泡沫消散性能测定装置”中采用机械加压的办法来模拟土舱内土压力， 然而机械加压方式不能准确的进行压力控制，因此试验过程中产生的误差相对较 大。因此研究一种有效模拟盾构施工中土仓内土压力状况，且简单易行、控制方 便的泡沫稳定性评价装置显得格外重要，通过该装置按照一定的方法步骤测定的 泡沫稳定性对提高盾构土体的改良效果具有重要的意义。

发明内容

为了克服现有技术中存在的不足，本发明的目的在于提供一种盾构土体改良 泡沫稳定性评价装置及评价方法，该装置能够有效的完成模拟土仓压力影响下泡 沫的稳定性的测试试验，为盾构施工中的土体改良提供有力的施工依据。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种盾构土体改良泡沫稳定性评价装置，所述的评价装置由封闭式检测箱、 泡沫收集器、析液片、析出液收集器和三角架组成；所述的三脚架设置在封闭式 检测箱内中心位置，析出液收集器位于三脚架下方中心位置处，泡沫收集器置放 在三脚架上方，泡沫收集呈漏斗状，泡沫收集器的出液口位于析出液收集器内， 析液片位于泡沫收集器的出液口上方，封闭式检测箱上分别设置有泡沫入口、进 气口和压力自动控制阀，泡沫入口位于封闭式检测箱顶部，泡沫入口处设有控制 开关，泡沫收集器的出液口的中心、泡沫入口的中心和析出液收集器的中心位于 同一条垂线上，进气口位于封闭式检测箱侧壁下方处，压力自动控制阀位于封闭 式检测箱顶部。

所述的封闭式检测箱和析出液收集器为透明材料。

所述的析液片为双层金属网，金属网筛的目数不小于50目。

所述的析出液收集器的量程不小于100ml，精度不低于1ml。

盾构土体改良泡沫稳定性评价方法按以下步骤进行：

a将析液片置于泡沫收集器出液口上方，泡沫收集器放置在三角支架上， 析出液收集器置于三角支架中心位置，泡沫收集器的出液口伸入析出液收集器内， 调节三角架，使其处于水平。

b待上述装置准备完毕后，打开控制开关，将连续生成的盾构土体改良使 用的泡沫经泡沫入口收集在泡沫收集器内。

c待盾构土体改良泡沫收集完毕，关闭控制开关，调整压力自动控制阀至 压力值p，通过进气口对封闭式检测箱内充入空气加压，直至压力自动控制阀自 动打开后，停止充气。

d启动秒表，读取并记录秒表时间t₀和析出液收集器内液体的体积v₀；

e经过△t时间间隔后，读取并记录秒表时间t₁和析出液收集器内液体的 体积v₁。

f重复e步骤，并读取和记录时间t_i和析出液收集器内液体体积读数v_i，直 至泡沫收集器内泡沫完全消散，得出多组数据。

g计算出读取每组数据的累积用时间T_i和所对应的累积析出的液体体积 V_i，累积用时间T_i和累积析出的液体体积V_i的计算公式如下：

T_i＝t_i-t₀(式1)

V_i＝v_i-v₀(式2)

h依据得出的多组(T_i，V_i)绘制V-T曲线，按相关系数R²对曲线进行拟 合得到泡沫在消散时的排液体积V-时间T的关系曲线。

i做V-T曲线的水平渐近线与纵轴相交,读取该交点坐标值(0,V_t)。

j做y＝1/2V_t水平线与V-T曲线相交,读取该点坐标值(t,1/2V_t),则该条件下 的泡沫半衰期为T_1/2＝t。

k重复步骤b～j，测出相同条件下的泡沫半衰期3～4组，求平均值。

所述的排液体积-时间关系拟合要求相关系数R²不低于0.95。

由于采用以上技术方案，本发明的优点在于：本发明采用带压气体控制盾构 土体改良泡沫消散过程中的压力环境，通过自动压力控制阀门能够更加准确的进 行压力环境的控制，本发明装置克服了现有机械加压方式测试装置在使用过程中 不能准确的进行压力控制的缺点，与工程现场实际情况比较吻合，采用本发明装 置按照上述评价方法中的步骤得出的实验数据能够更加有效的指导盾构土体改 良施工，同时本发明安装操作简便，成本低、可靠性高等优点，对改善土体的改 良效果具有明显的作用。

附图说明

图1是泡沫稳定性能测试装置立体图。

图2是析液片立体图。

图3是泡沫稳定性测试评价原理图。

图中：1-泡沫，2-泡沫收集器，3-三角架，4-三脚架支腿，5-调节固定螺母，6- 出液口，7-析液片，8-析出液收集器，9-金属网，10-泡沫入口，11-封闭式检测 箱，12-进气口，13-压力自动控制阀，14-控制开关。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作更进一步的说明。

见附图。

一种盾构土体改良泡沫稳定性评价装置，该评价装置由封闭式检测箱11、 泡沫收集器2、析液片7、析出液收集器8和三角架3组成；所述的封闭式检测 箱11和析出液收集器8为透明材料；所述的析出液收集器8的量程不小于100ml， 精度不低于1ml；所述的三脚架3设置在封闭式检测箱11内中心位置，析出液 收集器8位于三脚架3下方中心位置处，泡沫收集器2置放在三脚架3上方，泡 沫收集器2呈漏斗状，泡沫收集器2的出液口6位于析出液收集器8内，析液片 7位于泡沫收集器2的出液口6上方，析液片7为双层金属网9，金属网筛的目 数不小于50目封闭式检测箱11上分别设置有泡沫入口10、进气口12和压力自 动控制阀13，泡沫入口10位于封闭式检测箱11顶部，泡沫入口10处设有控制 开关14，泡沫收集器2的出液口6的中心、泡沫入口10的中心和析出液收集器 8的中心位于同一条垂线上，进气口位于封闭式检测箱11侧壁下方处，压力自 动控制阀13位于封闭式检测箱11顶部。

盾构土体改良泡沫稳定性评价方法按以下步骤进行：

a将析液片7置于泡沫收集器2出液口上方，泡沫收集器2放置在三角支 架3上，析出液收集器8置于三角支架3中心位置，泡沫收集器2的出液口6 伸入析出液收集器8内，调节三脚架支腿4上的调节固定螺母5，使三角架3处 于水平。

b待上述装置准备完毕后，打开控制开关14，将连续生成的盾构土体改良 使用的泡沫1经泡沫入口10收集在泡沫收集器2内。

c待盾构土体改良泡沫1收集完毕，关闭控制开关14，调整压力自动控制 阀13至压力值p，通过进气口12对封闭式检测箱11内充入空气加压，直至压 力自动控制阀13自动打开后，停止充气。

d启动秒表，读取并记录秒表时间t₀和析出液收集器8内液体的体积v₀。

e经过△t时间间隔后，读取并记录秒表时间t₁和析出液收集器8内液体 的体积v₁。

f重复e步骤，并读取和记录时间t_i和析出液收集器内8液体体积读数v_i， 直至泡沫收集器2内泡沫完全消散，得出多组数据。

g计算出读取每组数据的累积用时间T_i和所对应的累积析出的液体体积 V_i，累积用时间T_i和累积析出的液体体积V_i的计算公式如下：

T_i＝t_i-t₀(式1)

V_i＝v_i-v₀(式2)

h依据得出的多组(T_i，V_i)绘制V-T曲线，按相关系数R²对曲线进行拟 合得到泡沫在消散时的排液体积V-时间T的关系曲线。

i做V-T曲线的水平渐近线与纵轴相交,读取该交点坐标值(0,V_t)。

j做y＝1/2V_t水平线与V-T曲线相交,读取该点坐标值(t,1/2V_t)，则该条件 下的泡沫半衰期为T_1/2＝t。

k重复步骤b～j，测出相同条件下的泡沫半衰期3～4组，求平均值。

所述的排液体积-时间关系拟合要求相关系数R²不低于0.95。

具体实施例

按照上述方法进行盾构土体改良泡沫稳定性检测。

a将析液片7置于泡沫收集器2出液口上方，泡沫收集器2放置在三角支 架3上，析出液收集器8置于三角支架3中心位置，泡沫收集器2的出液口6 伸入析出液收集器8内，调节三脚架支腿4上的调节固定螺母5，使三角架3处 于水平。

b待上述装置准备完毕后，打开控制开关14，将连续生成的盾构土体改良 使用的泡沫1经泡沫入口10收集在泡沫收集器2内。

c待泡沫收集器2装满盾构土体改良使用的泡沫1后关闭控制开关14，调 整压力自动控制阀13至压力值0.6MPa，通过进气口12对封闭式检测箱11内充 入空气加压，直至压力自动控制阀13自动打开后，停止充气。

d启动秒表，读取并记录秒表时间1min30s和析出液收集器8内液体的体 积5mL。

e经过50s时间间隔后，读取并记录秒表时间2min20s和析出液收集器8 内液体的体积7mL。

f重复e步骤，直至泡沫收集器2内泡沫完全消散，得出多组数据，此处 选择性读取和记录时间分别为3min10s、4min50s、8min10s、15min40s、22min20s， 每个时刻所对应的析出液收集器内8液体体积读数分别为9mL、10.5mL、13.5mL、 16.5mL、17.5mL。

g按照式(1)和式(2)计算出读取每组数据累计用时间T分别为0、50s、 100s、200s、400s、850s、1250s，所对应的累积析出的液体体积V分别为0、2mL、 4mL、5.5mL、8.5mL、11.5mL、12.5mL。

h依据步骤g得出的7组数据绘制V-T曲线，按相关系数R²对曲线进行拟 合得到泡沫在消散时的排液体积V-时间T的关系曲线。

i做V-T曲线的水平渐近线与纵轴相交，读取该交点坐标值(0，12.4)。

j做y＝6.2水平线与V-T曲线相交，读取该点坐标值(210,6.2),则该条件下 的泡沫半衰期为T_1/2＝210s，盾构土体改良泡沫稳定性稳定性测试详见图3。

k重复步骤b～j，测出相同条件下的泡沫半衰期3～4组，求平均值。

所述的排液体积-时间关系拟合要求相关系数R²不低于0.95。