本发明专利技术提供了一种考虑高温高压的盾构刀盘结泥饼的试验装置，双层圆柱形试验筒通过圆柱形筒底盖（4）实现底部密封，所述双层圆柱形试验筒的顶部开口，所述顶部开口处活动设置有圆柱形内筒顶盖（3），所述圆柱形内筒顶盖（3）的上表面连接有用于施加竖向压力的电控千斤顶（5），所述双层圆柱形试验筒的筒内设置若干通电可控加热棒（13）、若干无侧限抗压强度试样模具（11）和若干直接剪切试样模具（12）。本发明专利技术还公开了一种考虑高温高压的盾构刀盘结泥饼的试验方法。本发明专利技术能够在高温高压作用下对刀盘结泥饼的机理或条件进行研究，这与实际情况更加相符，避免了盾构实践中结泥饼后再注入分散剂进行分解泥饼等操作。剂进行分解泥饼等操作。剂进行分解泥饼等操作。
【技术实现步骤摘要】
一种考虑高温高压的盾构刀盘结泥饼的试验装置及试验方法
[0001]本专利技术涉及一种考虑高温高压的盾构刀盘结泥饼的试验装置及试验方法，属于地下工程试验测试
技术介绍
[0002]土压盾构技术已经成为我国城市隧道建设的主流施工方法。土压盾构施工具有最大限度降低对周围环境的影响，施工时不受天气影响，对道路交通影响小，在我国得到了广泛地应用。但我国国土辽阔、地质条件复杂多变，从硬塑黏土层、淤泥质粉质黏土地层，粉细砂地层、中粗砂地层、卵石地层，到各种风化程度的围岩地层，盾构技术不得不适应各类地质条件，随之也出现了一系列问题。其中碰到黏粒含量较高的硬塑黏土、红层等黏土地层时，结泥饼将不可避免，已经成为了盾构施工中多年难以治愈的难题。
[0003]土压盾构刀盘在地下倔削开挖时，与土体摩擦生热产生大量的热量，当土体中本身含水量较低时，土体中的黏粒将发生压力固结和胶结作用，导致倔削下来的土体粘附在刀盘和刀具上，结泥饼的故障频发导致土压盾构掘进过程中不得不频繁停机开舱进行风镐敲除刀盘刀具上泥饼。既增加土压盾构掘进过程中风险，又导致土压盾构掘进效率大幅度降低。土压盾构刀盘刀具结泥饼已经成为了到目前为止盾构技术发展上的一道难以逾越的“门槛”。其问题的根源还在于考虑高温高压试验装置目前市场是没有的，设计和实施上存在诸多难题，需要融合土力学、电磁学、热力学、渗流等多学科领域知识，才能突破该试验的难题。
[0004]由于结泥饼的问题形成机理目前还不是十分清楚，涉及到地层、压力和温度等效应的综合影响，目前的试验难以开展。因此，目前的研究更多的是总结工程中经验，是一种定性的结论，缺乏实验数据指导，难以形成理论体系，已经成为了盾构技术进步的一道难以逾越的难题，迫切需要开展实验技术、实验装置的研发，为盾构结泥饼难题的研究提供重要的数据支撑。
[0005]在现有的施工中，针对刀盘结泥饼的难题，也有很多处理方法，但是效率都不高，工期长。对于一般结泥饼不严重的情况，主要采用注入泡沫剂、分散剂等液体对结泥饼的刀盘进行1
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2d浸泡逐渐剥离，再高速旋转刀盘，通过离心力将泥饼离心脱落。对于结泥饼严重的情况，需要工人带压进仓，对刀盘上的泥饼进行敲、镐等清理。而且，带压进仓需要较多流程的准备工作，例如配制泥浆，注入压力舱置换舱土，制作泥膜，之后降低泥水仓液位等。工人带压进仓利用液压镐、风镐等工具对泥饼进行破除清理，面临盾构开挖面坍塌的风险；对于极不稳定地层还需要对开挖面进行地基加固，以降低带压开舱破除泥饼时开挖面坍塌的风险。
[0006]实际上工程中存在结泥饼的地层，还存在喷涌的可能，两者往往相伴相生的。比如含泥量高的裂隙风化岩地层，地下裂隙水丰富，且倔削下来的岩样吸少量水变成了粘性极强土。由于该地层中进行盾构掘进，一般实行半舱欠压施工，土样进入压力舱内快速排出，几乎没有充分时间进行混合均匀，导致结泥饼和喷涌这两种施工故障几乎是相伴相生的，
给施工造成较大的困难。
[0007]对于易结泥饼的地层中进行盾构掘进时，更需要的是能够准确判别并实时预防技术。
[0008]本专利技术提出了一种新的能够单独考虑压力、单独考虑温度效应或者联合考虑压力和温度共同作用下的土体强度性质的变化规律，并基于盾构工程实际情况，给出合理的渣土改良建议、结泥饼的判别条件，达到既确保掘进安全，又保障盾构倔削高效、经济的作用。
技术实现思路
[0009]本专利技术所要解决的技术问题是，提供了一种考虑高温高压的盾构刀盘结泥饼的试验装置，采用该装置开展黏性土或泥岩的结泥饼的发生机理及发生条件研究，为黏性土或泥岩地层盾构掘进选择合适的改良剂种类和经济的掺入量提供了重要的指导和参考。
[0010]同时，本专利技术提供一种考虑高温高压的盾构刀盘结泥饼的试验方法，该法考虑压力和温度共同作用下的土体强度性质的变化规律，能够准确判别并实时预防盾构掘进时结泥饼现象的发生。
[0011]为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：一种考虑高温高压的盾构刀盘结泥饼的试验装置，包括双层圆柱形试验筒，所述双层圆柱形试验筒通过圆柱形筒底盖实现底部密封，所述双层圆柱形试验筒的顶部开口，所述顶部开口处活动设置有圆柱形内筒顶盖，所述圆柱形内筒顶盖的上表面连接有用于施加竖向压力的电控千斤顶，所述双层圆柱形试验筒的筒内设置若干通电可控加热棒、若干无侧限抗压强度试样模具和若干直接剪切试样模具。
[0012]所述通电可控加热棒与控制器相连；所述通电可控加热棒、控制器和电控千斤顶均由电源供电。
[0013]所述双层圆柱形试验筒包括圆柱形外筒和圆柱形内筒，所述圆柱形筒底盖上表面设置有两个同心圆式的用于插入所述圆柱形外筒的底端的凹槽一和用于插入所述圆柱形内筒的底端的凹槽二；所述圆柱形外筒的顶端和所述圆柱形内筒的顶端之间密封连接。
[0014]位于所述凹槽一外侧的所述圆柱形筒底盖上均匀分布有4根竖直设置的反力架竖杆，所述反力架竖杆的顶端一体连接有螺纹杆，所述螺纹杆的直径小于所述反力架竖杆的直径，所述电控千斤顶的顶端连接于反力架十字架的中心，所述反力架十字架的末端均设置有用于贯穿所述螺纹杆的通孔，所述通孔的直径小于所述反力架竖杆的直径，所述反力架十字架穿过所述通孔后由反力架螺母紧固。
[0015]所述电控千斤顶包括壳体和位于所述壳体底端的伸缩头，所述壳体的顶端与所述反力架十字架相连，所述伸缩头的底端与所述圆柱形内筒顶盖的上表面相连。
[0016]所述无侧限抗压强度试样模具为上下均开口的圆柱形管。
[0017]所述直接剪切试样模具为双层直接剪切试样模具，所述双层直接剪切试样模具包括低于底层的金属块和一体连接于所述金属块顶端的环刀。
[0018]所述金属块的材质包括铝或铁。
[0019]一种考虑高温高压的盾构刀盘结泥饼的试验方法，包括以下步骤：步骤一：将双层圆柱形试验筒插入圆柱形筒底盖的凹槽一和凹槽二中，将填装好土样的无侧限抗压强度试样模具和直接剪切试样模具均匀放置在双层圆柱形试验筒的内
部，并使用土样填充其它空白区域，并压实，直到土样高出模具顶2
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3cm，并压实；同时将通电可控加热棒均匀插入土层中；步骤二：将反力架十字架穿过反力架竖杆的顶端的螺纹杆，使圆柱形内筒顶盖与土层上表面相接触，然后在反力架十字架的上表面加装反力架螺母并紧固；电控千斤顶对土层施加竖向压力至某一设定值并维持；步骤三：为通电可控加热棒通电并设定至某一设定的温度；步骤四：试验持续至某一设定时间；步骤五：断电和泄压后打开圆柱形内筒顶盖，取出放入双层圆柱形试验筒中的无侧限抗压强度试样模具和直接剪切试样模具并脱模后，分别开展无侧限抗压强度和直接剪切强度测试；步骤六：依据无侧限抗压强度和直接剪切强度判断盾构刀盘发生结泥饼的概率和条件；步骤七：对土样进行改良，重复步骤一至步骤六，直至确定了合适的渣土改良剂及其掺入量。
[0020]步骤七中，所述的合适的渣土改良剂主要为黏土分散剂、水或泡沫。
[0021]本专利技术中无侧限抗压强度本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种考虑高温高压的盾构刀盘结泥饼的试验装置，其特征在于，包括双层圆柱形试验筒，所述双层圆柱形试验筒通过圆柱形筒底盖（4）实现底部密封，所述双层圆柱形试验筒的顶部开口，所述顶部开口处活动设置有圆柱形内筒顶盖（3），所述圆柱形内筒顶盖（3）的上表面连接有用于施加竖向压力的电控千斤顶（5），所述双层圆柱形试验筒的筒内设置若干通电可控加热棒（13）、若干无侧限抗压强度试样模具（11）和若干直接剪切试样模具（12）。2.根据权利要求1所述的一种考虑高温高压的盾构刀盘结泥饼的试验装置，其特征在于，所述通电可控加热棒（13）与控制器相连；所述通电可控加热棒（13）、控制器和电控千斤顶（5）均由电源供电。3.根据权利要求1所述的一种考虑高温高压的盾构刀盘结泥饼的试验装置，其特征在于，所述双层圆柱形试验筒包括圆柱形外筒（1）和圆柱形内筒（2），所述圆柱形筒底盖（4）上表面设置有两个同心圆式的用于插入所述圆柱形外筒（1）的底端的凹槽一（9）和用于插入所述圆柱形内筒（2）的底端的凹槽二（10）；所述圆柱形外筒（1）的顶端和所述圆柱形内筒（2）的顶端之间密封连接。4.根据权利要求1所述的一种考虑高温高压的盾构刀盘结泥饼的试验装置，其特征在于，位于所述凹槽一（9）外侧的所述圆柱形筒底盖（4）上均匀分布有4根竖直设置的反力架竖杆（6），所述反力架竖杆（6）的顶端一体连接有螺纹杆，所述螺纹杆的直径小于所述反力架竖杆（6）的直径，所述电控千斤顶（5）的顶端连接于反力架十字架（7）的中心，所述反力架十字架（7）的末端均设置有用于贯穿所述螺纹杆的通孔，所述通孔的直径小于所述反力架竖杆（6）的直径，所述反力架十字架（7）穿过所述通孔后由反力架螺母（8）紧固。5.根据权利要求4所述的一种考虑高温高压的盾构刀盘结泥饼的试验装置，其特征在于，所述电控千斤顶（5）包括壳体和位于所述壳体底端的伸缩头，所述壳体的顶端与所述反力架十字架（7）相连，所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘江涛，钟小春，丰土根，张箭，张坤勇，钟建玲，黄思远，刘昶，易斌斌，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：
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