一种用于土体与金属界面间应变控制式的分区电渗减粘试验装置及试验方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种用于土体与金属界面间应变控制式的分区电渗减粘试验装置及试验方法，该装置包括装置基座、电渗阳极、电渗阴极、绝缘条、硬质绝缘基座、薄金属片、电阻应变片、柔性绝缘垫、控制器、电源接头、拉杆、电源接头输出端口、信号接收端口、螺栓；装置与土体接触时，薄金属片产生变形，由电阻应变片测量装置不同部位的应变大小并传输至控制器，通过控制器传输适应的电压大小至相应的电渗区域，可以根据装置各部位与土体不同的粘附情况的反馈对各部位进行不同程度的电渗减粘控制，是优化土体与金属界面间减粘降阻的有效手段。

A device and test method of zone electroosmosis viscosity reduction for strain control between soil and metal interface

【技术实现步骤摘要】
一种用于土体与金属界面间应变控制式的分区电渗减粘试验装置及试验方法
本专利技术属于隧道与地下工程试验仪器
，特别涉及一种用于土体与金属界面间应变控制式的分区电渗减粘试验装置及试验方法。
随着我国城市化进程不断地深入，城市地下交通网络的建设得到的很大发展。盾构施工凭借其快捷、高效等特点在城市隧道建设中发挥了巨大的作用。但是当盾构穿越淤泥质土、粉土等黏土地层时，刀盘切削下来的渣土经过挤压后会在刀盘表面形成泥饼，泥饼的形成及扩散会造成盾构刀具磨损、掘进能力降低以及刀盘扭矩增大等不利影响。因此，针对刀盘结泥饼问题，对于泥饼的形成以及如何避免泥饼的形成等问题进行研究，具有十分重要的工程价值和学术价值。目前关于土体与金属界面间减粘降阻的电渗试验研究有很多，如：任露泉在《非光滑表面电渗减粘降阻应用研究》中将电渗应用在装载机铲斗上，通过试验证明，电渗铲斗具有良好的脱土效果；侯磊在《仿生微电渗减粘脱附探索》中，开展了电渗电压、电渗正负极面积以及电渗作用等因素对电渗减粘的影响的试验研究，并设计加工了自卸车车厢模型，通过仿生电渗试验研究，发现电渗方法有良好的脱土效果。然而，在实际情况中装置不同部位与土体的粘附情况均不相同，以上的电渗试验装置均是以额定的电压对装置整体进行通电，黏附力较大区域往往无法得到充分的减粘效果，而黏附力较小区域虽得到充分的电渗但不可避免的造成资源的浪费，无法根据装置不同部位与土体的实际粘附情况选取相适应的电压大小进行电渗试验。为克服以上不足，本专利技术提出一种用于土体与金属界面间应变控制式的分区电渗减粘试验装置及试验方法，由电阻应变片测量电渗装置不同区域的应变大小，并将电信号传输至控制器，最后通过控制器输送合适的电压至相应的电渗区域，可以根据装置各部位与土体不同的粘附情况的反馈对各部位进行不同程度的电渗减粘控制，从而达到最佳的减粘降阻的效果。
技术实现思路
本专利技术提出一种用于土体与金属界面间应变控制式的分区电渗减粘试验装置及试验方法，其目的在于解决目前试验手段不能根据土体与金属界面间实际的黏附情况选取合适的电压进行电渗试验的问题，由电阻应变片7测量电渗装置不同部位的应变情况，通过控制器9传输合适的电压至相应的电渗区域，以达到最佳的电渗效果。一种用于土体与金属界面间应变控制式的分区电渗减粘试验装置，其特征在于，包括装置基座1、电渗阳极2、电渗阴极3、绝缘条4、硬质绝缘基座5、薄金属片6、电阻应变片7、柔性绝缘垫8、控制器9、电源接头10、拉杆11、电源输出端口12、信号接收端口13、螺栓14；所述装置基座1边长为9.2cm，厚度为1cm，用于固定上部不同分区的电渗阴极3，同时下部中心位置通过螺栓14与拉杆11相连；所述电渗阴极3的边长为2～3cm，设置在装置基座1上部，电渗阴极3共有9块，等间距贴布在装置基座1上，相邻电渗阴极3间通过绝缘条4分隔，绝缘条4厚度为0.1cm；所述电渗阴极3在中心位置开设正方形孔，在孔上部布置薄金属片6，在薄金属片6下布置电阻应变片7，柔性绝缘垫8布置在电阻应变片7下方，将电阻应变片7包裹，装置基座1在相应位置开设同样宽度的正方形槽，容纳电阻应变片7和柔性绝缘垫8；所述硬质绝缘基座5采用憎水材料，其截面为梯形，布置在电渗阴极3上部，呈环形分布；硬质绝缘基座5的设置可以避免在电渗过程中电渗阴极3处聚集较多水导致电渗阳极2和电渗阴极3间发生短路；所述电渗阳极2贴布在硬质绝缘基座5上，同样呈环形分布；所述控制器9布置在拉杆11上；控制器9上设置电源接头10，用于连接输入直流电源；所述拉杆11在尾部开设凹槽，槽壁开孔布置螺栓14，用以与拉力测定装置相连。进一步地，所述控制器9上有电源输出端口12和信号接收端口13，信号接收端口13与电阻应变片7间使用导线连接，电源输出端口12与电渗阳极2和电渗阴极3相连接；所述各分区的电渗阳极2在其中任一点处向下设置导线穿过硬质绝缘基座5并与电源输出端口12的正极相连；所述各分区的电渗阴极3在其中任一点处向下设置导线与电源输出端口12的负极相连；一种用于土体与金属界面间应变控制式的分区电渗减粘试验方法，采用上述用于土体与金属界面间应变控制式的分区电渗减粘试验装置进行试验，包括以下步骤：步骤1：电源接头10连接电源，保证薄金属片6处不受压力作用，电源输出端口12不输出电流；步骤2：对拉杆11施加法向的压力，使得装置与试验土体接触，装置受压后，薄金属片6产生变形，电阻应变片7将测得的应变传输到控制器9，控制器9根据应变反馈判定各分区的压力大小，控制输出电压大小，使得装置在土体上静置，进行电渗；步骤3：待静置时间tmin后，对拉杆11施加法向的拉力，将装置从土体中拉出，在拉拔过程中，薄金属片6产生变形，电阻应变片7将测得的应变传输到控制器9，控制器9根据应变反馈判定各分区的压力大小，控制输出电压大小，直到完全拉出后，装置不再受土体黏附力作用，电渗结束。有益效果本专利技术提出一种用于土体与金属界面间应变控制式的分区电渗减粘试验装置及试验方法，该试验装置包括装置基座1、电渗阳极2、电渗阴极3、绝缘条4、硬质绝缘基座5、薄金属片6、电阻应变片7、柔性绝缘垫8、控制器9、电源接头10、拉杆11、电源输出端口12、信号接收端口13、螺栓14；电阻应变片7将测得的应变传输到控制器9，控制器9根据应变反馈判定各分区的压力大小，控制输出电压大小，有效地解决目前试验手段无法根据装置不同部位与土体的实际粘附情况选取相适应的电压进行电渗试验的问题。附图说明图1为本专利技术所述的装置结构示意图，其中(a)为装置剖面图，(b)为装置俯视图；图2为电阻应变片与控制器连接示意图；标号说明：装置基座1、电渗阳极2、电渗阴极3、绝缘条4、硬质绝缘基座5、薄金属片6、电阻应变片7、柔性绝缘垫8、控制器9、电源接头10、拉杆11、电源输出端口12、信号接收端口13、螺栓14。具体实施方式下面将结合附图和实施例对本专利技术做进一步的说明。如图1-图2所示，一种用于土体与金属界面间应变控制式的分区电渗减粘试验装置，其特征在于，包括装置基座1、电渗阳极2、电渗阴极3、绝缘条4、硬质绝缘基座5、薄金属片6、电阻应变片7、柔性绝缘垫8、控制器9、电源接头10、拉杆11、电源输出端口12、信号接收端口13、螺栓14；所述装置基座1边长为9.2cm，厚度为1cm，用于固定上部不同分区的电渗阴极3，同时下部中心位置通过螺栓14与拉杆11相连；所述电渗阴极3的边长为2～3cm，设置在装置基座1上部，电渗阴极3共有9块，等间距贴布在装置基座1上，相邻电渗阴极3间通过绝缘条4分隔，绝缘条4厚度为0.1cm；所述电渗阴极3在中心位置开设正方形孔，在孔上部布置薄金属片6，在薄金属片6下布置电阻应变片7，柔性绝缘垫8布置在电阻应变片7下方，将电阻应变片7包裹，装置基座1在相应位置开设同样宽度的正方形槽，容纳电阻应变片7和柔性绝缘垫8；所述硬质绝缘基座5采用憎水材料，其截面为梯形，布置在电渗阴极3上部，呈环形分布；硬质绝缘基座5的设置可以避免在电渗过程中电渗阴极3处聚集较多水导致电渗阳极2和电渗阴极3间发生短路；所述电渗阳极2贴布在硬质绝缘基座5上，同样呈环形分布；所述控制器9布置在拉杆11上；控制器9上设置电源接本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于土体与金属界面间应变控制式的分区电渗减粘试验装置，其特征在于，包括装置基座(1)、电渗阳极(2)、电渗阴极(3)、绝缘条(4)、硬质绝缘基座(5)、薄金属片(6)、电阻应变片(7)、柔性绝缘垫(8)、控制器(9)、电源接头(10)、拉杆(11)、电源输出端口(12)、信号接收端口(13)、螺栓(14)；所述装置基座(1)边长为9.2cm，厚度为1cm，用于固定上部不同分区的电渗阴极(3)，同时下部中心位置通过螺栓(14)与拉杆(11)相连；所述电渗阴极(3)的边长为2～3cm，设置在装置基座(1)上部，电渗阴极(3)共有9块，等间距贴布在装置基座(1)上，相邻电渗阴极(3)间通过绝缘条(4)分隔，绝缘条(4)厚度为0.1cm；所述电渗阴极(3)在中心位置开设正方形孔，在孔上部布置薄金属片(6)，在薄金属片(6)下布置电阻应变片(7)，柔性绝缘垫(8)布置在电阻应变片(7)下方，将电阻应变片(7)包裹，装置基座(1)在相应位置开设同样宽度的正方形槽，容纳电阻应变片(7)和柔性绝缘垫(8)；所述硬质绝缘基座(5)采用憎水材料，其截面为梯形，布置在电渗阴极(3)上部，呈环形分布；硬质绝缘基座(5)的设置可以避免在电渗过程中电渗阴极(3)处聚集较多水导致电渗阳极(2)和电渗阴极(3)间发生短路；所述电渗阳极(2)贴布在硬质绝缘基座(5)上，同样呈环形分布；所述控制器(9)布置在拉杆(11)上；控制器(9)上设置电源接头(10)，用于连接输入直流电源；所述拉杆(11)在尾部开设凹槽，槽壁开孔布置螺栓(14)，用以与拉力测定装置相连。...

【技术特征摘要】
1.一种用于土体与金属界面间应变控制式的分区电渗减粘试验装置，其特征在于，包括装置基座(1)、电渗阳极(2)、电渗阴极(3)、绝缘条(4)、硬质绝缘基座(5)、薄金属片(6)、电阻应变片(7)、柔性绝缘垫(8)、控制器(9)、电源接头(10)、拉杆(11)、电源输出端口(12)、信号接收端口(13)、螺栓(14)；所述装置基座(1)边长为9.2cm，厚度为1cm，用于固定上部不同分区的电渗阴极(3)，同时下部中心位置通过螺栓(14)与拉杆(11)相连；所述电渗阴极(3)的边长为2～3cm，设置在装置基座(1)上部，电渗阴极(3)共有9块，等间距贴布在装置基座(1)上，相邻电渗阴极(3)间通过绝缘条(4)分隔，绝缘条(4)厚度为0.1cm；所述电渗阴极(3)在中心位置开设正方形孔，在孔上部布置薄金属片(6)，在薄金属片(6)下布置电阻应变片(7)，柔性绝缘垫(8)布置在电阻应变片(7)下方，将电阻应变片(7)包裹，装置基座(1)在相应位置开设同样宽度的正方形槽，容纳电阻应变片(7)和柔性绝缘垫(8)；所述硬质绝缘基座(5)采用憎水材料，其截面为梯形，布置在电渗阴极(3)上部，呈环形分布；硬质绝缘基座(5)的设置可以避免在电渗过程中电渗阴极(3)处聚集较多水导致电渗阳极(2)和电渗阴极(3)间发生短路；所述电渗阳极(2)贴布在硬质绝缘基座(5)上，同样呈环形分布；所述控制器(9)布置在拉杆(11)上；控制器(9)上设置电源接头(10)，用于连接输入直流电源；所述拉杆(11...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘成，黄琳，马天龙，王东栋，仇涛，肖宇豪，
申请(专利权)人：南京林业大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32