一种恒温加热界面-土体粘附力测试装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种恒温加热界面

【技术实现步骤摘要】
一种恒温加热界面-土体粘附力测试装置


[0001]本技术属于岩土工程模型试验
，尤其涉及一种土的接触界面加热对土体粘附力状况的影响的测试装置。

技术介绍

[0002]盾构刀盘穿越黏土地层时切削下来的黏土碎屑会粘附在刀盘表面，经刀盘挤压作用形成固体或半固体块状物，并粘附阻塞刀盘，盾构刀盘结泥饼是盾构在含黏土地层施工中普遍遇到的工程难题。
[0003]当盾构刀盘结泥饼时，刀盘上的刀具会逐渐被固结的黏土糊住，导致切削地层时刀具贯入度降低，盾构开挖效率下降。泥饼存在不仅会导致盾构刀盘扭矩的增大，还会堵塞排浆管的吸浆口，将严重影响盾构施工技术和施工安全，渣土改良、泥饼清除、盾构系统改造、停机开舱作业、风险防范等一系列施工问题的处理与修复，大大增加了施工成本。如若盾构刀盘结泥饼没有得到妥当处置，而任由盾构继续推进，刀盘泥饼会越压越密，固结成岩，造成推进油缸推力大为增加，刀盘驱动力矩维持在临界高位，刀盘中心体升温加快甚至达到高温。
[0004]在正常工作情况下，盾构刀盘的温度一般为40～50℃，但是在盾构的掘进过程中，特别是在复合地层的条件下，随着泥饼形成与增大的作用下，刀盘扭矩、总推力的大幅增大、推进速度减慢，导致刀盘温度高达400～500℃，甚至更高，在如此高温的情况下，会导致刀盘与开挖面接触的土体温度上升，黏土粘附于刀盘特性增强，土体水分迁移，进一步加剧泥饼的生成，使刀盘上结泥饼现象进一步加重形成恶性循环。
[0005]所以控制不同界面加热温度测试其与土体粘附力的状况，了解界面温度升高对土体粘附力的影响规律是必要的，因此本技术提出一种恒温加热界面-土体粘附力测试装置，能够恒温加热与土体接触的界面，测试不同温度下的界面与土体粘附力的大小，获得温度对粘附力影响规律情况，可以更好地理解泥饼的生成与发展规律，从而能够针对性地提出和解决刀盘结泥饼问题，达到有效预测风险、对刀盘结泥饼采取及时有效的应对措施的目的。

技术实现思路

[0006]为研究不同温度界面对土体粘附力的影响规律，本技术提供了一种恒温加热界面-土体粘附力测试装置。
[0007]本技术所采用的技术方案是：
[0008]一种恒温加热界面-土体粘附力测试装置，包括试验土、试锥、电热丝、控温电源等，其特征为：试锥底部锥体部分压入试验土中与土充分接触，试锥由上端表面围绕的电热丝加热升温，控温电源给电热丝供电并采集锥体温度，由牵引力装置施力使试锥与试验土脱离接触。
[0009]所述试锥柱体部分外表面设有绝缘导热层，贴近锥体部分为石墨烯导热片，石墨
烯导热片上附有绝缘薄膜，绝缘薄膜上围绕多圈电热丝，电热丝由控温电源供电，试锥柱体部分中部开有凹槽，槽内设置有温度传感器，槽体与温度传感器间隙由导热硅脂填充，试锥柱体部分上端设有吊绳。
[0010]所述控温电源为电热丝供电并实时采集锥体温度，当采集到的锥体温度低于设置加热温度时，控温电源供电，电热丝加热试锥；当控温电源采集到的锥体温度大于设置加热温度时，控温电源断电，试锥冷却，维持试锥锥体保持恒定加热温度。
[0011]有益效果
[0012]本技术可以开展不同加热温度下的界面-土体粘附力的测试，研究界面温度升高对土体粘附力的影响规律，可用于模拟盾构机掘进过程中刀盘因摩擦生热温度升高，对黏土与刀盘间粘附特性的影响，为解决温度对界面-土体间粘附规律量化判定提供一种测试手段。
附图说明：
[0013]图1是本技术提供的恒温加热界面-土体粘附力测试方法示意图；
[0014]图2是本技术提供的恒温加热界面-土体粘附力测试试锥主要装置示意图；
[0015]图3是图2、图1中试锥部分剖面图；
[0016]图4是图2、图1中试锥部分俯视图；
[0017]图5是试锥界面恒温加热原理；
[0018]在附图1、附图2、附图3、附图4、附图5中：试验土1、试锥2、电热丝3、牵引力装置4、吊绳5、土盒6、控温电源7、石墨烯导热片8、温度传感器9、导热硅脂10、绝缘薄膜11。
具体实施方式：
[0019]为了对本技术的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本技术的具体实施方式。
[0020]如图1、图2、图3、图4、图5所示，恒温加热界面-土体粘附力测试装置，其特征在于：包括试验土1、试锥2、电热丝3、牵引力装置4、吊绳5、土盒6、控温电源7、石墨烯导热片8、温度传感器9、导热硅脂10、绝缘薄膜11组成。
[0021]所述试锥2锥身由金属材质制成，其柱体部分紧贴锥身外表面设有一层导热层，可由石墨烯或高热传导率金属材料构成，导热层外部贴附有电绝缘薄膜11，由聚酰亚胺等有机绝缘材料构成，绝缘薄膜11上绕多圈电热丝3，电热丝3由外置控温电源7供电，试锥2柱体部分中心设有凹槽，槽内设置有温度传感器9，槽体与温度传感器9间隙由导热硅脂10填充，温度传感器9与控温电源7连接。所述控温电源7为电热丝3供电并实时采集锥体温度，当采集到的锥体温度低于设置加热温度时，控温电源7供电，电热丝3加热试锥2；当控温电源7采集到的锥体温度大于设置加热温度时，控温电源7断电，试锥2冷却，维持试锥2锥体保持恒定加热温度。
[0022]试验时，根据试验土1层的要求配置试验土1，将制备好的试验土1分层装入土盒6内并压实，将试锥2锥体部分压入试验土1中，锥入深度依试验需求确定。将试锥2上部吊绳5悬挂在牵引力装置4上，接通温度传感器9，检查控温电源7的温度采集状况。根据试验要求，设置控温电源7的加热温度，接通电热丝3供电，锥体开始由电热丝3加热，记录加热时间。当
达到试锥2加热所需时间，启动牵引力装置4对试锥2施加上部拉力，使试锥2脱离试验土1，记录锥表面与土体分离过程中所施加的力大小。
[0023]本技术的工作过程如下：
[0024]步骤1：根据试验土1层的要求配置试验土1，将制备好的试验土1分层装入土盒6内并压实；
[0025]步骤2：将试锥2锥体部分压入试验土1中，锥入深度依试验需求确定，将试锥2上部吊绳5悬挂在牵引力装置4上；
[0026]步骤3：接通温度传感器9，检查控温电源7的温度采集状况；
[0027]步骤4：根据试验要求，设置控温电源7的加热温度，接通电热丝3供电，锥体开始由电热丝3加热，记录加热时间；
[0028]步骤5：当达到试锥2加热所需时间，启动牵引力装置4对试锥2施加上部拉力，使试锥2脱离试验土1，记录锥表面与土体分离过程中所施加的力大小。
[0029]以上所述，仅为本技术的较佳实施例，并非对本技术做任何形式上的限制。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本技术技术方案范围情况下，都可利用上述所述
技术实现思路
对本技术技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本技术技术方案的内容，依据本技术的技术对以上实施例所做的任何改动修改、等同变化及修饰，均属本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种恒温加热界面-土体粘附力测试装置，包括试验土(1)、试锥(2)、电热丝(3)、控温电源(7)等，其特征为：试锥(2)底部锥体部分压入试验土(1)中与土充分接触，试锥(2)由上端表面围绕的电热丝(3)加热升温，控温电源(7)给电热丝(3)供电并采集锥体温度，由牵引力装置(4)施力使试锥(2)与试验土(1)脱离接触。2.根据权利要求1所述的一种恒温加热界面-土体粘附力测试装置，其特征为：所述试锥(2)柱体部分外表面贴有石墨烯导热片(8)，石...

【专利技术属性】
技术研发人员：仇涛，刘成，黄琳，蔡光华，黄蓉聘，马天龙，
申请(专利权)人：南京林业大学，
类型：新型
国别省市：