CN110596110B - 一种用于对比在土体局部非连续状态下电渗减黏效果的测定装置与测试方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于对比在土体局部非连续状态下电渗减黏效果的测定装置与测试方法，由玻璃筒、吊环、限位块、木架、微型摄像头、接线木塞、吊带、电极贴片、凹型导电槽、通电线、导电插头、土体、土箱、电源、电极板和拉力计共同组成，在玻璃筒底部对称布置电极贴片，试验开始前将通电线一端的导电插头插入试验所需的凹型导电槽，另一端连接于电源负极，并将电极板连接于电源正极，在一定的通电时间后，通过拉力计施加的拉力使玻璃筒与土体分离，测定在电渗作用下的土体黏附力大小。采用在玻璃筒底部对称布置电极贴片能够便于对比在不连续土体中电渗减黏效果的差异，是研究电渗在土体局部非连续状态下对土体黏附力影响的一种有效手段。

Description

一种用于对比在土体局部非连续状态下电渗减黏效果的测定 装置与测试方法
技术领域
本发明属于隧道与地下工程试验仪器技术领域，特别涉及一种用于对比在土体局部非连续状态下电渗减黏效果的测定装置与测试方法。
背景技术
随着日益发展的经济以及工业化水平不断提高，盾构法施工在跨江跨海、穿山越岭等隧道工程中受到广泛运用，但在实际施工中土压平衡盾构机在富黏土地层常遇到黏土堵塞及黏附机械的现象，从而导致刀盘扭矩增大；随着盾构的推进，机械表面刀盘结泥饼的程度不断增加，从而降低盾构掘进的施工进度甚至损坏机械设备。根据张继先在《土壤对固体材料粘附和摩擦性能的研究》文中提出土壤——固体材料五层界面模型，土壤与固体表面间的水膜在充分厚的条件下，依次分布着五种不同结构的水，中间一层为自由水，因自由水的结构较其他四层结构松散，因此，此时土壤与固体间的相互作用力最弱，当水膜厚度很小，不足以形成自由水层时，则此时两者间的相互作用较强。利用土壤电渗可使这层水膜增厚，从而减小土壤与固体材料间的黏附力，达到减黏脱土的效果。因此，研究电渗法对土壤黏附力的影响规律是解决刀盘结泥饼问题的一种有效手段。
目前，国内外利用电渗法研究土壤黏附力已有相关研究，例如：早在1949年，Casagrande在《Electro-osmosis in soils：Ge′otechnique，Vol》文中将电渗法作为一种土体排水手段介绍推广；1998年，阎备战、丛茜、任露泉等人在《土壤非光滑表面电渗粘附的试验优化技术研究》文中利用土壤动物体表的非光滑的仿生学信息，以非光滑凸包作为正极面，利用工作部位作为负极面，进行非光滑表面电渗。2013年，陆嘉在《电渗法运用於地下钻掘包泥问题之可行性探讨》文中利用多功能砂箱进行试验，在连续土体中设置电极棒，对连续土体进行黏附力测定。但这些通过电渗法测定黏附力装置和方法的研究不能有效的进行测试在土体局部非连续状态下电渗减黏效果，也没有涉及到对特殊曲面进行电渗的试验方法，以及对特殊曲面的不同位置进行电渗减黏，对比在土体局部非连续状态下不同位置的电渗减黏效果的差异。
为克服上述不足，本发明提出一种用于对比在土体局部非连续状态下电渗减黏效果的测定装置与测试方法，分析在土体局部非连续状态下电渗不同位置的土体黏附力值，得到土体局部非连续状态下电渗减黏效果的影响，从而为刀盘结泥饼的防治提供有效分析依据。
发明内容
本发明提供了一种用于对比在土体局部非连续状态下电渗减黏效果的测定装置与测试方法，其目的在于，利用电渗法测量土体黏附力的试验中，通过测试特殊曲面下不同位置的黏附力值，从而达到对比在土体局部非连续状态下电渗减黏效果的影响规律，可以应用在刀盘结泥饼的处理工程之中。
一种用于对比在土体局部非连续状态下电渗减黏效果的测定装置与测试方法，由玻璃筒、吊环、限位块、木架、微型摄像头、接线木塞、吊带、电极贴片、凹型导电槽、通电线、导电插头、土体、土箱、电源、电极板和拉力计共同组成，在玻璃筒底部对称布置电极贴片，试验开始前将通电线一端的导电插头插入试验所需的凹型导电槽，另一端连接于电源负极，并将电极板连接于电源正极，在一定的通电时间后，通过拉力计施加的拉力使玻璃筒与土体分离，测定在电渗作用下的土体黏附力大小。通过对比在土体局部非连续状态下电渗减黏效果的差异，为实际工程中刀盘泥饼的去除提供分析依据。
所述用于对比在土体局部非连续状态下电渗减黏效果的测定装置，其特征在于，玻璃筒1上部距顶端2cm处对称设置4个吊孔，吊孔内插入4个接线木塞6，吊环2与接线木塞6通过耐高温的吊带8连接；玻璃筒1采用透明玻璃材质，便于微型摄像头5透过玻璃筒1观察土体12在电渗作用时的变化情况；所述限位块3由环氧树脂胶固定于玻璃筒1中部，距顶端6cm处；所述木架4中心留有中心圆孔，便于通电线10两端的导电插头11连接凹型导电槽9和电源14负极；同时木架4上留有四个缺口，避免木架4在玻璃筒1中下压时触碰接线木塞6；所述木架4上对称布置4个微型摄像头5，能够观测并记录整个电渗过程中，玻璃筒1底面半圆柱下方土体12表面的水和土的变化情况；所述玻璃筒1底部对称布置条形电极贴片8，电极贴片8通过环氧树脂胶固定于玻璃筒1底部；所述凹型导电槽9设置于玻璃筒1内部，与电极贴片8通过导线相连，连线处的玻璃筒1上设有圆形小孔，方便导线通过；通过设置凹型导电槽9和玻璃筒1间的内部走线，避免电极贴片8从土中走线，减少了对土体12的扰动，同时土体制样也更为方便；
所述用于对比在土体局部非连续状态下电渗减黏效果的测定装置，其特征在于，通电线10一端的导电插头11可选择其中一个位置的凹型导电槽9作为连接，方便直接测量不同位置电极贴片8的电渗减黏情况。
所述用于对比在土体局部非连续状态下电渗减黏效果的测定装置，其特征在于，由于玻璃筒1底部在土体12中存在局部不连续空间，在玻璃曲面底对称布置电极贴片8，便于研究局部非连续空间对土体的电渗减黏效果的影响。
一种用于对比在土体局部非连续状态下电渗减黏效果的测定方法，其特征在于，将设置有采用所述的用于对比在土体局部非连续状态下电渗减黏效果的测定装置进行测试，包括以下步骤：
步骤1：将电极贴片8对称布置在玻璃筒1底部，将凹型导电槽9固定在玻璃筒1内，分别与电极贴片8相连；
步骤2：在试验土箱13中配置试验所需的土体10，在试验过程中，将所述玻璃筒1压入到土体12中，保证底部玻璃曲面完全与土体12贴合；
步骤3：将微型摄像头5固定在木架4上，将木架4从玻璃筒1上口处通过接线木塞6平缓压入至限位块3顶面处；
步骤4：在土体12中特定位置上插入电极板15；将通电线10一端的导电插头11插入试验所需的凹型导电槽9，另一端通过木架4中心圆孔连接于电源14负极，并将电极板15连接于电源14正极；
步骤5：用吊带7连接接线木塞6和吊环2；
步骤6：打开电源14，在所需电压下通电特定的时间，在试验过程中，通过微型摄像头5观测并记录玻璃筒1底面下方土体12表面的水和土的变化情况；在通电完成后，用拉力计16拉升吊环2，使玻璃筒1与土体12分离，观测拉力计16所显示数值最大值即为黏附力值；并且通过对比不同位置的电渗作用下土体12黏附力值的差异，用以研究局部非连续空间对土体的电渗减黏效果的影响，分析土体非连续状态诱使电渗作用下水分迁移路径的改变规律。
有益效果
本发明提供了一种用于对比在土体局部非连续状态下电渗减黏效果的测定装置与测试方法，该装置包括玻璃筒1、吊环2、限位块3、木架4、微型摄像头5、接线木塞6、吊带7、电极贴片8、凹型导电槽9、通电线10、导电插头11、土体12、土箱13、电源14、电极板15和拉力计16。所述玻璃筒1上部距顶端2cm处对称设置4个吊孔，吊孔内插入4个接线木塞6，吊环2与接线木塞6通过耐高温的吊带8连接；玻璃筒1采用透明玻璃材质，便于微型摄像头5透过玻璃筒1观察土体12在电渗作用时的变化情况；所述限位块3由环氧树脂胶固定于玻璃筒1中部，距顶端6cm处；所述木架4中心留有中心圆孔，便于通电线10两端的导电插头11连接凹型导电槽9和电源14负极；同时木架4上留有四个缺口，避免木架4在玻璃筒1中下压时触碰接线木塞6；所述木架4上对称布置4个微型摄像头5，能够观测并记录整个电渗过程中，玻璃筒1底面半圆柱下方土体12表面的水和土的变化情况；所述玻璃筒1底部对称布置条形电极贴片8，电极贴片8通过环氧树脂胶固定于玻璃筒1底部；所述凹型导电槽9设置于玻璃筒1内部，与电极贴片8通过导线相连，连线处的玻璃筒1上设有圆形小孔，方便导线通过；通过设置凹型导电槽9和玻璃筒1间的内部走线，避免电极贴片8从土中走线，减少了对土体12的扰动，同时土体制样也更为方便。通过此装置测试在土体局部非连续状态下的电渗减黏效果的方法，具有如下的有益效果：
1)由于玻璃筒底部在土体中存在局部不连续空间，在玻璃曲面底对称布置电极贴片，便于研究和对比在局部非连续空间对土体的电渗减黏效果的影响。
2)通电线一端的导电插头可选择其中任意一个位置的凹型导电槽作为连接，方便直接测量不同位置电极贴片的电渗减黏情况。
3)布置微型摄像头，能够观测并记录整个电渗过程中，玻璃筒底面半圆柱下方土体表面的水和土的变化情况；同时选取玻璃筒为受拉装置，便于微型摄像头透过玻璃筒观察土体。
4)通过设置凹型导电槽和玻璃筒内部走线，避免电极贴片从土中走线，减少了对土体12的扰动，同时土体制样也更为方便。
附图说明
图1是本发明提供的用于对比在土体局部非连续状态下电渗减黏效果的测定装置剖面图；
图2为电极贴片和凹型导电槽布置图，其中(a)为主视图，(b)为左视图，(c)为仰视图；
图3为木架俯视图；
标号说明：玻璃筒1、吊环2、限位块3、木架4、微型摄像头5、接线木塞6、吊带7、电极贴片8、凹型导电槽9、通电线10、导电插头11、土体12、土箱13、电源14、电极板15、拉力计16、中心圆孔17。
具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本发明做进一步地说明。
一种用于对比在土体局部非连续状态下电渗减黏效果的测定装置与测试方法，由玻璃筒1、吊环2、限位块3、木架4、微型摄像头5、接线木塞6、吊带7、电极贴片8、凹型导电槽9、通电线10、导电插头11、土体12、土箱13、电源14、电极板15和拉力计16组成；
所述玻璃筒1上部距顶端2cm处对称设置4个吊孔，吊孔内插入4个接线木塞6，吊环2与接线木塞6通过耐高温的吊带8连接；玻璃筒1采用透明玻璃材质，便于微型摄像头5透过玻璃筒1观察土体12在电渗作用时的变化情况；
所述限位块3由环氧树脂胶固定于玻璃筒1中部，距顶端6cm处；
所述木架4中心留有中心圆孔，便于通电线10两端的导电插头11连接凹型导电槽9和电源14负极；同时木架4上留有四个缺口，避免木架4在玻璃筒1中下压时触碰接线木塞6；
在木架4上对称布置4个微型摄像头5，能够观测并记录整个电渗过程中，玻璃筒1底面半圆柱下方土体12表面的水和土的变化情况；
所述玻璃筒1底部对称布置条形电极贴片8，电极贴片8通过环氧树脂胶固定于玻璃筒1底部；
所述凹型导电槽9设置于玻璃筒1内部，与电极贴片8通过导线相连，连线处的玻璃筒1上设有圆形小孔，方便导线通过；通过设置凹型导电槽9和玻璃筒1间的内部走线，避免电极贴片8从土中走线，减少了对土体12的扰动，同时土体制样也更为方便。
一种用于对比在土体局部非连续状态下电渗减黏效果的测定方法，其特征在于，采用用于对比在土体局部非连续状态下电渗减黏效果的测定装置进行测试，包括以下步骤：
步骤1：将电极贴片8对称布置在玻璃筒1底部，将凹型导电槽9固定在玻璃筒1内，分别与电极贴片8相连；
步骤2：在试验土箱13中按照一定的配比制备试验所需的土体10，在试验过程中，将所述玻璃筒1压入到土体12中，保证底部玻璃曲面完全与土体12贴合；
步骤3：将微型摄像头5固定在木架4上，将木架4从玻璃筒1上口处通过接线木塞6平缓压入至限位块3顶面处；
步骤4：在土体12中特定位置上插入电极板15；将通电线10一端的导电插头11插入试验所需的凹型导电槽9，另一端通过木架4中心圆孔17与电源14负极相连，并将电极板15连接于电源14正极；
步骤5：用吊带7连接接线木塞6和吊环2；
步骤6：打开电源14，在所需电压下通电特定的时间，在试验过程中，通过微型摄像头5观测并记录玻璃筒1底面下方土体12表面的水和土的变化情况；在通电完成后，用拉力计16拉升吊环2，使玻璃筒1与土体12分离，观测拉力计16所显示数值最大值即为黏附力值；并且通过对比不同位置的电渗作用下土体12黏附力值的差异，用以研究局部非连续空间对土体的电渗减黏效果的影响，分析土体非连续状态诱使电渗作用下水分迁移路径的改变规律。
本发明中应用了具体实施例对发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对发明的限制。

Claims (3)

1.一种用于对比在土体局部非连续状态下电渗减黏效果的测定方法，其特征在于，用于对比在土体局部非连续状态下电渗减黏效果的测定装置，由玻璃筒(1)、吊环(2)、限位块(3)、木架(4)、微型摄像头(5)、接线木塞(6)、吊带(7)、电极贴片(8)、凹型导电槽(9)、通电线(10)、导电插头(11)、土体(12)、土箱(13)、电源(14)、电极板(15)和拉力计(16)组成；
所述玻璃筒(1)上部距顶端2cm处对称设置4个吊孔，吊孔内插入4个接线木塞(6)，吊环(2)与接线木塞(6)通过耐高温的吊带(7)连接；玻璃筒(1)采用透明玻璃材质，便于微型摄像头(5)透过玻璃筒(1)观察土体(12)在电渗作用时的变化情况；
所述限位块(3)由环氧树脂胶固定于玻璃筒(1)中部，距顶端6cm处；
所述木架(4)中心留有中心圆孔，便于通电线(10)两端的导电插头(11)连接凹型导电槽(9)和电源(14)负极；同时木架(4)上留有四个缺口，避免木架(4)在玻璃筒(1)中下压时触碰接线木塞(6)；
所述木架(4)上对称布置4个微型摄像头(5)，能够观测并记录整个电渗过程中，玻璃筒(1)底面半圆柱下方土体(12)表面的水和土的变化情况；
所述玻璃筒(1)底部对称布置条形电极贴片(8)，电极贴片(8)通过环氧树脂胶固定于玻璃筒(1)底部；
所述凹型导电槽(9)设置于玻璃筒(1)内部，与电极贴片(8)通过导线相连，连线处的玻璃筒(1)上设有圆形小孔，方便导线通过；通过设置凹型导电槽(9)和玻璃筒(1)间的内部走线，避免电极贴片(8)从土中走线，减少了对土体(12)的扰动，同时土体制样也更为方便；
包括以下步骤：
步骤1：将电极贴片(8)对称布置在玻璃筒(1)底部，将凹型导电槽(9)固定在玻璃筒(1)内，分别与电极贴片(8)相连；
步骤2：在土箱(13)中配置试验所需的土体(12)，在试验过程中，将所述玻璃筒(1)压入到土体(12)中，保证底部玻璃曲面完全与土体(12)贴合；
步骤3：将微型摄像头(5)固定在木架(4)上，将木架(4)从玻璃筒(1)上口处通过接线木塞(6)平缓压入至限位块(3)顶面处；
步骤4：在土体(12)中特定位置上插入电极板(15)；将通电线(10)一端的导电插头(11)插入试验所需的凹型导电槽(9)，另一端通过木架(4)中心圆孔连接于电源(14)负极，并将电极板(15)连接于电源(14)正极；
步骤5：用吊带(7)连接接线木塞(6)和吊环(2)；
步骤6：打开电源(14)，在所需电压下通电特定的时间，在试验过程中，通过微型摄像头(5)观测并记录玻璃筒(1)底面下方土体(12)表面的水和土的变化情况；在通电完成后，用拉力计(16)拉升吊环(2)，使玻璃筒(1)与土体(12)分离，观测拉力计(16)所显示数值最大值即为黏附力值；并且通过对比不同位置的电渗作用下土体(12)黏附力值的差异，用以研究局部非连续空间对土体的电渗减黏效果的影响，分析土体非连续状态诱使电渗作用下水分迁移路径的改变规律。
2.根据权利要求1所述的测定方法，其特征在于，通电线(10)一端的导电插头(11)选择其中一个位置的凹型导电槽(9)作为连接，方便直接测量不同位置电极贴片(8)的电渗减黏情况。
3.根据权利要求1所述的测定方法，其特征在于，由于玻璃筒(1)底部在土体(12)中存在局部不连续空间，在玻璃曲面底对称布置电极贴片(8)，便于研究局部非连续空间对土体的电渗减黏效果的影响。
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