本实用新型涉及地下工程测试设备技术领域，具体涉及一种地层泥浆渗透及地层土体力学特性变化测试装置。
背景技术：
随着我国地下工程施工技术的迅速发展，无论在跨江（河）海（湖）的公路或铁路隧道、城市轨道交通隧道，还是市政地下管线工程的施工中，泥水平衡盾构和泥水平衡顶管都得到了广泛的应用，两者的共同特征为施工中向前方地层注入泥浆，泥浆渗透动态成膜，从而维护开挖面的稳定。同时由于地质条件复杂多变，需要对不同地质的渗透性做出测试，目前国内对泥浆渗透地层的实验设备比较大，完成渗透性测试时间比较长，而且不能观察地层土体力学的变化。
技术实现要素：
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种地层泥浆渗透及地层土体力学特性变化测试装置，其通过测定土体在泥浆渗透过程中土压力与水压力的动态变化来观测泥浆渗透的具体情况，能够更直观更准确的观测泥浆的渗透情况。
为实现上述目的，本实用新型采取的技术方案为：
一种地层泥浆渗透及地层土体力学特性变化测试装置，包括支撑机构、透明的筒体、加压机构和土体测量机构，所述筒体的顶端安装有上顶盖，筒体的底端安装有下端盖，上顶盖和下端盖之间通过螺栓固定连接，上顶盖上设有与加压机构相连的进气孔，下端盖上均布有排水孔，下端盖的底面上固定有漏斗，所述漏斗安装在支撑机构上，支撑机构上于漏斗下方安装有滤水量测量机构，所述土体测量机构包括对称设置在筒体内的土压力盒和孔压力计，土压力盒和孔压力计分别通过数据线与设置在筒体一侧的静态应变测试仪连接。
优选的，所述支撑机构包括底板和竖向固定在底板上的两个支撑板，两个支撑板的底部之间固定连接有第一横板，所述漏斗通过第一驱动机构安装在第一横板上，第一驱动机构包括竖向固定在第一横板上的第一气缸，第一气缸的活塞杆端固定有横向布置的第一支撑轴，第一支撑轴的两端均转动装配有第一齿轮，两个第一齿轮上均安装有第一链条，两个第一链条的一端均与第一横板固定连接，两个第一链条的另一端固定连接有可沿两个支撑板竖向移动的第一安装板，第一安装板上固定有用于支撑固定漏斗的第一夹板，两个支撑板的中部之间固定连接有第二横板，第二横板上安装有第二驱动机构，第二驱动机构包括竖向固定在第二横板上的第二气缸，第二气缸的活塞杆端固定有横向布置的第二支撑轴，第二支撑轴的两端均转动装配有第二齿轮，两个第二齿轮上均安装有第二链条，两个第二链条的一端均与第二横板固定连接，两个第二链条的另一端固定连接有可沿两个支撑板竖向移动的第二安装板，第二安装板上固定有第二夹板，所述上顶盖与第二夹板固定连接。
优选的，所述两个支撑板相对的侧壁上沿支撑板长度方向均开设有滑槽，第一安装板的两侧均安装有与滑槽滑动配合的第一滑轮，第二安装板的两侧均安装有与滑槽滑动配合的第二滑轮。
优选的，所述加压机构包括气泵，气泵通过进气管道与上顶盖上的进气孔相连，进气管道上安装有加压阀。
优选的，所述滤水量测量机构包括安装在支撑机构上的电子秤，电子秤上于漏斗下方设有量筒。
优选的，所述筒体的上部侧壁上安装有排浆阀，筒体的中部侧壁上对称开设有安装孔，土压力盒和孔压力计的数据线分别通过橡胶塞密封安装在安装孔内。
优选的，所述筒体的外侧设有刻度线。
优选的，所述上顶盖上安装有压力表和安全阀。
优选的，所述上顶盖和下端盖相对的侧壁上均设有与筒体配合的凹槽，凹槽内设有密封圈。
优选的，所述支撑机构下方安装有万向轮。
本实用新型在筒体内设有土压力盒与孔压力计，在测试时将土压力盒与孔压力计置于试验饱和土体中，通过测定土体在泥浆渗透过程中土压力与水压力的动态变化来观测泥浆渗透的具体情况，能够更直观更准确的观测泥浆的渗透情况，通过设置滤水量测量机构，能够测试滤水量的变化进而来观测泥浆渗透是否达到稳定状态，增加试验的准确性，而且本实用新型装卸方便，缩短测试时间，能够在较短时间内模拟不同配合比的水泥泥浆在不同类型地层中的渗透动态成膜过程，并量化泥浆渗透成膜过程中地层水土压力随时空变化特征，提高工作效率。
附图说明
图1为本实用新型实施例的结构示意图。
图2为本实用新型的支撑机构的结构示意图。
图3为本实用新型的第一驱动机构结构示意图。
图4为图3中a区域放大结构示意图。
图5为本实用新型的上顶盖的结构示意图。
图6为本实用新型的下端盖的结构示意图。
图7为本实用新型的土压力盒和孔压力计装配结构示意图。
附图标识：1-筒体，2-上顶盖，3-下端盖，4-螺栓，5-进气孔，6-排水孔，7-漏斗，8-土压力盒，9-孔压力计，10-数据线，11-静态应变测试仪，12-底板，13-支撑板，14-第一横板，15-第一气缸，16-第一支撑轴，17-第一齿轮，18-第一链条，19-第一安装板，20-第一夹板，21-第二夹板，22-滑槽，23-第一滑轮，24-气泵，25-进气管道，26-加压阀，27-电子秤，28-量筒，29-排浆阀，30-刻度线，31-压力表安装孔，32-安全阀安装孔，33-压力表，34-安全阀，35-万向轮，36-计算机。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步说明。
如图1-图7所示，一种地层泥浆渗透及地层土体力学特性变化测试装置，包括支撑机构、透明的筒体1、加压机构和土体测量机构，筒体的顶端安装有上顶盖2，筒体的底端安装有下端盖3，筒体1可采用有机玻璃制成，上顶盖2和下端盖3可采用不锈钢板制成，上顶盖和下端盖之间通过螺栓4固定连接，螺栓4将上顶盖2、筒体1和下端盖3固定在一起。上顶盖2上设有与加压机构相连的进气孔5，下端盖上均布有排水孔6，下端盖的底面上固定有漏斗7，漏斗7用于收集渗透下来的水，漏斗安装在支撑机构上，支撑机构上于漏斗下方安装有滤水量测量机构，土体测量机构包括对称设置在筒体内的土压力盒8和孔压力计9，一个土压力盒和一个孔压力计为一组，不同实验可根据需要进行设计，比如一组、两组或多组，同一组中的土压力盒和孔压力计需放置在同一高度饱和压实土层中，且放置位置需距离数据线孔口1/2内径处，土压力盒与孔压力计两者在同一土层上相隔其内径的1/2倍，这样可避免土压力盒与孔压力计相互影响，同时确保测试的是同一高度饱和压实土层，测试时可以土压力盒和孔压力计分别通过数据线10与设置在筒体一侧的静态应变测试仪11连接，静态应变测试仪11可采用型号为dh3816的静态应变观测仪，其结构和工作原理为现有技术，使用时可将静态应变测试仪11通过数据线连接于计算机36，这样方便记录储存。
支撑机构包括底板12和竖向固定在底板上的两个支撑板13，两个支撑板的底部之间固定连接有第一横板14，漏斗7通过第一驱动机构安装在第一横板上，第一驱动机构包括竖向固定在第一横板上的第一气缸15，第一气缸的活塞杆端固定有横向布置的第一支撑轴16，第一支撑轴的两端均转动装配有第一齿轮17，两个第一齿轮上均安装有第一链条18，两个第一链条的一端均与第一横板固定连接，两个第一链条的另一端固定连接有可沿两个支撑板竖向移动的第一安装板19，第一安装板上固定有用于支撑固定漏斗的第一夹板20，第一气缸15的活塞杆伸缩时，第一气缸15驱动第一支撑轴16沿竖向方向移动，第一支撑轴16通过第一齿轮驱动第一链条18与第一安装板19相连的一端沿竖向方向移动进而带动第一安装板19沿竖向方向移动，第一安装板19带动第一夹板20沿竖向方向移动，这样可以调整下端盖3的高度，使用非常方便。两个支撑板的中部之间固定连接有第二横板，第二横板上安装有第二驱动机构，第二驱动机构包括竖向固定在第二横板上的第二气缸，第二气缸的活塞杆端固定有横向布置的第二支撑轴，第二支撑轴的两端均转动装配有第二齿轮，两个第二齿轮上均安装有第二链条，两个第二链条的一端均与第二横板固定连接，两个第二链条的另一端固定连接有可沿两个支撑板竖向移动的第二安装板，第二安装板上固定有第二夹板21，上顶盖2与第二夹板21固定连接，第二气缸的活塞杆伸缩时，第二气缸驱动第二支撑轴沿竖向方向移动，第二支撑轴通过第二齿轮驱动第二链条与第二安装板相连的一端沿竖向方向移动进而带动第二安装板沿竖向方向移动，第二安装板带动第二夹板21沿竖向方向移动，第二夹板21可以带动上顶盖2在竖向方向移动，使得上顶盖2与筒体装配非常方便，省时省力。
两个支撑板相对的侧壁上沿支撑板长度方向均开设有滑槽22，第一安装板通过第一滑轮23和滑槽的配合可沿支撑板竖向方向移动，第一滑轮23和滑槽22配合起到导向作用，使得第一安装板运行平稳。第二安装板的两侧均安装有与滑槽滑动配合的第二滑轮，第二安装板通过第二滑轮和滑槽的配合可沿支撑板竖向方向移动，第二滑轮和滑槽22配合起到导向作用，使得第二安装板运行平稳。
加压机构包括气泵24，气泵通过进气管道25与上顶盖上的进气孔相连，进气管道上安装有加压阀26，通过气泵可向筒体内加压。
滤水量测量机构包括电子秤27，电子秤27固定在底板上，电子秤上于漏斗下方设有量筒28，电子秤通过可测量量筒内水的重量的变化来确定其单位时间内的水量是否达到稳定。
筒体的上部侧壁上安装有排浆阀29，方便测试结束后将浆液排出。筒体的中部侧壁上对称开设有安装孔，土压力盒和孔压力计的数据线分别通过橡胶塞密封安装在安装孔内。
筒体的外侧设有刻度线30，可通过其来控制填土高度与灌浆高度。
上顶盖上设有压力表安装孔31和安全阀安装孔32，压力表安装孔上安装有压力表33，安全阀安装孔32上安装有安全阀34。
上顶盖和下端盖相对的侧壁上均设有与筒体配合的凹槽，凹槽内设有密封圈，确保上顶盖和筒体、下端盖和筒体连接密封性好。
支撑机构下方安装有万向轮35，便于整个装置的移动，使用方便。
本实用新型具体使用时，将筒体1置于下端盖3上，然后在筒体内依次放入透水石、压实饱和土层和配制的泥浆，比如在筒体内填入的压实饱和土层的高度为40cm，泥浆的高度为20cm，由于最底部放置有一定厚度的透水石，此时排浆阀29可设置在高度为50cm处的筒体侧壁上，在筒体高度为15cm及35cm处各开一组用于安装土压力盒与孔压力计数据线的安装孔，将土压力盒与孔压力计放置于同一平面的压实饱和土层中，需以圆心为对称放置，其距离有机玻璃孔口的距离基本一致，土压力盒与孔压力计的数据线通过安装孔后连接在dh3816静态应变测试仪上，这样测定土体在泥浆渗透过程中土压力与水压力的动态变化进而来观测泥浆渗透的具体情况，能够更直观更准确的观测泥浆的渗透情况，并通过电子秤来观测量筒内水量重量的变化，通过滤水量重量的变化来观测泥浆渗透是否达到稳定状态，避免在观测量筒数值时的误差，增加试验的准确性。在对于试验土体渗透前后的微观变化的观测中，需要对试验前后的土体及渗透之后的泥膜进行扫描电子显微镜微观观测，其中泥浆渗透前在土体压实饱和的情况下，取土压力盒与孔压力处的2mm*2mm*2mm的固结饱和土体做试验土体；并在渗透结束后在渗透完成土体内相同位置处取相同尺寸的试验土体，与此同时在渗透形成的泥膜中取相同尺寸的试验土体，对以上取得的试验土体进行扫描电镜试验，观测其前后土体内的微观变化，并通过对其微观土体变化的观测来确定不同配比泥浆在土层内的渗透性能及渗透形成泥膜的质量。
1.一种地层泥浆渗透及地层土体力学特性变化测试装置，其特征在于：包括支撑机构、透明的筒体、加压机构和土体测量机构，所述筒体的顶端安装有上顶盖，筒体的底端安装有下端盖，上顶盖和下端盖之间通过螺栓固定连接，上顶盖上设有与加压机构相连的进气孔，下端盖上均布有排水孔，下端盖的底面上固定有漏斗，所述漏斗安装在支撑机构上，支撑机构上于漏斗下方安装有滤水量测量机构，所述土体测量机构包括对称设置在筒体内的土压力盒和孔压力计，土压力盒和孔压力计分别通过数据线与设置在筒体一侧的静态应变测试仪连接。
2.根据权利要求1所述的地层泥浆渗透及地层土体力学特性变化测试装置，其特征在于：所述支撑机构包括底板和竖向固定在底板上的两个支撑板，两个支撑板的底部之间固定连接有第一横板，所述漏斗通过第一驱动机构安装在第一横板上，第一驱动机构包括竖向固定在第一横板上的第一气缸，第一气缸的活塞杆端固定有横向布置的第一支撑轴，第一支撑轴的两端均转动装配有第一齿轮，两个第一齿轮上均安装有第一链条，两个第一链条的一端均与第一横板固定连接，两个第一链条的另一端固定连接有可沿两个支撑板竖向移动的第一安装板，第一安装板上固定有用于支撑固定漏斗的第一夹板，两个支撑板的中部之间固定连接有第二横板，第二横板上安装有第二驱动机构，第二驱动机构包括竖向固定在第二横板上的第二气缸，第二气缸的活塞杆端固定有横向布置的第二支撑轴，第二支撑轴的两端均转动装配有第二齿轮，两个第二齿轮上均安装有第二链条，两个第二链条的一端均与第二横板固定连接，两个第二链条的另一端固定连接有可沿两个支撑板竖向移动的第二安装板，第二安装板上固定有第二夹板，所述上顶盖与第二夹板固定连接。
3.根据权利要求2所述的地层泥浆渗透及地层土体力学特性变化测试装置，其特征在于：所述两个支撑板相对的侧壁上沿支撑板长度方向均开设有滑槽，第一安装板的两侧均安装有与滑槽滑动配合的第一滑轮，第二安装板的两侧均安装有与滑槽滑动配合的第二滑轮。
4.根据权利要求1所述的地层泥浆渗透及地层土体力学特性变化测试装置，其特征在于：所述加压机构包括气泵，气泵通过进气管道与上顶盖上的进气孔相连，进气管道上安装有加压阀。
5.根据权利要求1所述的地层泥浆渗透及地层土体力学特性变化测试装置，其特征在于：所述滤水量测量机构包括安装在支撑机构上的电子秤，电子秤上于漏斗下方设有量筒。
6.根据权利要求1所述的地层泥浆渗透及地层土体力学特性变化测试装置，其特征在于：所述筒体的上部侧壁上安装有排浆阀，筒体的中部侧壁上对称开设有安装孔，土压力盒和孔压力计的数据线分别通过橡胶塞密封安装在安装孔内。
7.根据权利要求1所述的地层泥浆渗透及地层土体力学特性变化测试装置，其特征在于：所述筒体的外侧设有刻度线。
8.根据权利要求1所述的地层泥浆渗透及地层土体力学特性变化测试装置，其特征在于：所述上顶盖上安装有压力表和安全阀。
9.根据权利要求1所述的地层泥浆渗透及地层土体力学特性变化测试装置，其特征在于：所述上顶盖和下端盖相对的侧壁上均设有与筒体配合的凹槽，凹槽内设有密封圈。
10.根据权利要求1所述的地层泥浆渗透及地层土体力学特性变化测试装置，其特征在于：所述支撑机构下方安装有万向轮。
技术总结