CN110596111A - 一种局部加热对黏附力影响的测定装置与测试方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种局部加热对黏附力影响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、金属片、导热柱、电阻丝、通电夹、通电线、通电接头、土体、土箱、电源和拉力计共同组成，在玻璃筒底部对称布置金属片，试验开始前将两根通电线的通电夹夹在电阻丝上，并将通电线另一端的通电接头连接在电源的两极，在特定的通电时间后，通过拉力计施加的拉力使玻璃筒与土体分离，测定在对土体局部加热作用下的土体黏附力变化；本装置实现对土体局部加热的功能，采用电阻丝作为加热材料能够便于控制不同加热时间或加热强度，是研究局部加热对泥饼形成和对土体黏附力影响的一种有效手段。

Description

一种局部加热对黏附力影响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，特别涉及一种局部加热对黏附力影响的测定装置与测试方法。
背景技术
近年来，随着经济水平的提高和城市化进程的加快，我国的盾构施工技术也逐步发展成熟。盾构机在盾构掘进过程中，盾构刀盘上的刀具与开挖面上土体持续作用，会产生大量的热量，这些热量会以传导的形式快速的传递至整个刀盘。在盾构刀盘正常掘进的过程中，这些热量可以通过盾构系统或周围的土体散发掉，并不能对刀盘造成很大的影响。但随着盾构的推进，刀盘表面形成泥饼并不断增长过程中，温度的升高会加快泥饼的硬结速度，从而导致刀具切削功能的下降和偏磨的发生，同时还会造成刀盘扭矩的增大。因此，研究不同温度对泥饼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，国内外已有黏附力测定装置的相关研究，例如：20世纪50年代，Foutaine在《Investigation into the mechanism of soil adhesion》文中研制了以金属圆板作为测盘的土壤粘附仪。1984年，江苏工学院桑正中、张际先等人在《液压电测式土壤粘附力测定仪》文中开发出一种“液压电测式土壤黏附力测定仪”，提出一种采用液压机构和垂直导柱对界面在垂直方向上连续施压和卸载、采用电阻应变片悬臂梁式传感器获取黏附力数据的土壤黏附力测定仪。1993年，吉林工业大学任露泉等人在《土壤粘附力测量仪》的发明专利中开发的“土壤黏附力测量仪”采用组合式测盘解决土壤外附力大于内聚力时真实黏附力测不出(或测不准)的情况。在90年代中后期，吉林大学卢韶方、石要武等人在《多功能土壤实验台的研制》文中将计算机技术引入到土壤粘附仪的研制中，初步实现了土壤粘附仪的自动化。2002年，吉林大学王柏生在《土壤粘附特性测试系统的研究》文中通过改装电子万能试验机，能够实现在三角波、正弦波等不同运动方式下的土壤黏附力测量，2005年吉林大学孙璐在《土壤粘附特性测试系统采样频率及控制参数的研究》文中又对土壤粘附测试系统的采样频率和控制参数等作了进一步的完善。但这些黏附力测定装置的研究不能有效的进行测试在不同加热时间和加热强度影响下的黏附力变化情况，也没有涉及到利用电阻丝对特殊曲面底加热的情况，以及利用通电时间和通电强度改变温度，测试在不同的加热时间和加热强度下黏附力值及黏附力随电阻丝加热的变化规律。
为克服上述不足，本发明提出一种局部加热对黏附力影响的测定装置与测试方法，分析不同通电加热时间和通电加热强度下的土体黏附力值，得到土体黏附力随加热的变化情况，从而为刀盘结泥饼的防治提供有效分析依据。
发明内容
本发明的目的是提供一种局部加热对黏附力影响的测定装置与测试方法。其目的在于，解决测量土体黏附力的试验中，通过控制不同位置的电阻丝加热来测试不同温度下黏附力值，从而达到获得土体黏附力随加热变化的规律，可以应用在刀盘结泥饼的防治工程之中。
一种局部加热对黏附力影响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、金属片8、导热柱9、电阻丝10、通电夹11、通电线12、通电接头13、土体14、土箱15、电源16和拉力计17共同组成，在玻璃筒底部对称布置金属片，试验开始前将两根通电线的通电夹夹在电阻丝上，并将通电线另一端的通电接头连接在电源的两极，在特定的通电时间后，通过拉力计施加的拉力使玻璃筒与土体分离，测定在对土体局部加热作用下的土体黏附力变化，实现对土体局部加热的功能，确定不同加热时间或强度下的土体黏附力值以及变化规律，对刀盘泥饼去除提供分析依据。
所述局部加热对黏附力影响的测定装置，其特征在于，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；所述限位块3由耐高温玻璃胶固定于玻璃筒1中部，距顶端6cm处；木架4中心留有中心圆孔，便于通电线12通过圆孔与电源16相连；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；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加热过程中玻璃筒1底面半圆柱下方土体14表面的水和土的变化情况；玻璃筒1底部布置可以加热的条形金属片8，用于对玻璃筒底部进行局部加热。
所述局部加热对黏附力影响的测定装置，其特征在于，玻璃筒1底部对称布置条形金属片8，金属片8通过环氧树脂胶固定于玻璃筒1底部；右侧的条形金属片8长度为左侧和底部的条形金属片8长度的一半，用于进行对比分析；导热柱9设置于玻璃筒1内部，与金属片8相连，连线处的玻璃筒1上设有圆形小孔，方便导热柱9通过；通过设置玻璃筒1内部的导热柱9与金属片8相连，避免了电阻丝10从土中走线，减少了对土体14的扰动，同时土体制样也更为方便；电阻丝9设置于导热柱9上，方便电源16加热电阻丝9时，通过导热柱9传导至金属片8上。
所述局部加热对黏附力影响的测定装置，其特征在于，选取电阻丝10为加热装置，通过改变电源16的加热时间或调节电源16的加热强度控制对土体14的加热程度；通电线12一端的通电夹11可选择其中一个位置的电阻丝10作为连接，方便直接测量不同位置金属片8的局部加热情况。
一种局部加热对黏附力影响的测试方法，其特征在于，将设置有采用所述的局部加热对黏附力影响的测定装置来测量局部加热后土体与玻璃界面的黏附力变化具体步骤如下：
步骤1：将金属片8对称布置在玻璃筒1底部，将导热柱9固定在玻璃筒1内，与电极贴片8相连；将电阻丝10固定于导热柱9上，并将两根通电线12一端的通电夹11夹在试验所需的电阻丝10上；
步骤2：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；通电接头13通过木架4中心圆孔连接于电源16的正负极；
步骤3：在试验土箱15中配置试验所需的土体14，在试验过程中，将所述玻璃筒1压入到土体14中，保证底部玻璃曲面完全与土体14贴合；
步骤4：打开电源16，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14表面的水和土的变化情况；
步骤5：在通电完成后，用吊带7连接接线木塞6和吊环2，用拉力计17竖直拉升吊环2，使玻璃筒1与土体14分离，观测拉力计17所显示数值最大值即为黏附力值。
有益效果
本发明提供了一种局部加热对黏附力影响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、金属片8、导热柱9、电阻丝10、通电夹11、通电线12、通电接头13、土体14、土箱15、电源16和拉力计17。所述局部加热对黏附力影响的测定装置，其特征在于，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；所述限位块3由耐高温玻璃胶固定于玻璃筒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12通过圆孔与电源16相连；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加热过程中玻璃筒1底面半圆柱下方土体14表面的水和土的变化情况；所述玻璃筒1底部布置可以加热的条形金属片8，用于对玻璃筒底部进行局部加热。通过此装置直接拉拔测试土体黏附力值的方法，具有如下的有益效果：
(1)局部加热对黏附力影响的测定装置，选取电阻丝为加热材料，便于通过改变电阻丝的加热时间和加热强度来控制温度，从而控制对土体的加热程度。
(2)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在局部加热作用时的变化情况；4个微型摄像头位置的确定，保证微型摄像头可完整观测到在试验过程中，玻璃筒底面土体表面水和土的变化情况，为试验变化规律提供有效的分析依据。
(3)设置玻璃筒内部的导热柱与金属片相连，避免了电阻丝从土中走线，减少了对土体的扰动，同时土体制样也更为方便。
(4)在玻璃曲面底对称布置金属片，且两侧金属片长度不同，便于研究土体局部的差异性加热对土体黏附力的影响。
附图说明
图1是本发明提供的局部加热对黏附力影响的测定装置图；
图2为金属片和导热柱布置图，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、金属片8、导热柱9、电阻丝10、通电夹11、通电线12、通电接头13、土体14、土箱15、电源16、拉力计17、中心圆孔18。
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。
一种倒置制样测量特殊曲面下土体黏附力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、金属片8、导热柱9、电阻丝10、通电夹11、通电线12、通电接头13、土体14、土箱15、电源16和拉力计17共同组成；
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；
所述限位块3由耐高温玻璃胶固定于玻璃筒1中部，距顶端6cm处；
所述木架4中心留有中心圆孔18，便于通电线12通过圆孔与电源16相连；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加热过程中玻璃筒1底面半圆柱下方土体14表面的水和土的变化情况；
所述玻璃筒1底部布置可以加热的条形金属片8，用于对玻璃筒底部进行局部加热。
一种局部加热对黏附力影响的测试方法，其特征在于，采用局部加热对黏附力影响的测定装置进行测试，包括以下步骤：
步骤1：将金属片8对称布置在玻璃筒1底部，将导热柱9固定在玻璃筒1内，与电极贴片8相连；将电阻丝10固定于导热柱9上，并将两根通电线12一端的通电夹11夹在试验所需的电阻丝10上；
步骤2：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；通电接头13通过木架4中心圆孔18连接于电源16的正负极；
步骤3：在试验土箱15中配置试验所需的土体14，在试验过程中，将所述玻璃筒1压入到土体14中，保证底部玻璃曲面完全与土体14贴合；
步骤4：打开电源16，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14表面的水和土的变化情况；
步骤5：在通电完成后，用吊带7连接接线木塞6和吊环2，用拉力计17竖直拉升吊环2，使玻璃筒1与土体14分离，观测拉力计17所显示数值最大值即为黏附力值。
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 (4)

1.一种局部加热对黏附力影响的测定装置，其特征在于，所述装置由玻璃筒(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)、金属片(8)、导热柱(9)、电阻丝(10)、通电夹(11)、通电线(12)、通电接头(13)、土体(14)、土箱(15)、电源(16)和拉力计(17)共同组成；
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；
所述限位块(3)由耐高温玻璃胶固定于玻璃筒(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(12)通过圆孔与电源(16)相连；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加热过程中玻璃筒(1)底面半圆柱下方土体(14)表面的水和土的变化情况；
所述玻璃筒(1)底部布置可以加热的条形金属片(8)，用于对玻璃筒底部进行局部加热。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述玻璃筒(1)底部对称布置条形金属片(8)，金属片(8)通过环氧树脂胶固定于玻璃筒(1)底部；右侧的条形金属片(8)长度为左侧和底部的条形金属片(8)长度的一半，用于进行对比分析；
所述导热柱(9)设置于玻璃筒(1)内部，与金属片(8)相连，连线处的玻璃筒(1)上设有圆形小孔，方便导热柱(9)通过；通过设置玻璃筒(1)内部的导热柱(9)与金属片(8)相连，避免了电阻丝(10)从土中走线，减少了对土体(14)的扰动，同时土体制样也更为方便；
所述电阻丝(9)设置于导热柱(9)上，方便电源(16)加热电阻丝(9)时，通过导热柱(9)传导至金属片(8)上。
3.根据权利要求1-2所述的装置，其特征在于，选取电阻丝(10)为加热装置，通过改变电源(16)的加热时间或调节电源(16)的加热强度控制对土体(14)的加热程度；
所述通电线(12)一端的通电夹(11)可选择其中一个位置的电阻丝(10)作为连接，方便直接测量不同位置金属片(8)的局部加热情况。
4.一种局部加热对黏附力影响的测试方法，其特征在于，采用权利要求1-3任一项所述的局部加热对黏附力影响的测定装置进行测试，包括以下步骤：
步骤1：将金属片(8)对称布置在玻璃筒(1)底部，将导热柱(9)固定在玻璃筒(1)内，与电极贴片(8)相连；将电阻丝(10)固定于导热柱(9)上，并将两根通电线(12)一端的通电夹(11)夹在试验所需的电阻丝(10)上；
步骤2：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；通电接头(13)通过木架(4)中心圆孔连接于电源(16)的正负极；
步骤3：在试验土箱(15)中配置试验所需的土体(14)，在试验过程中，将所述玻璃筒(1)压入到土体(14)中，保证底部玻璃曲面完全与土体(14)贴合；
步骤4：打开电源(16)，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(14)表面的水和土的变化情况；
步骤5：在通电完成后，用吊带(7)连接接线木塞(6)和吊环(2)，用拉力计(17)竖直拉升吊环(2)，使玻璃筒(1)与土体(14)分离，观测拉力计(17)所显示数值最大值即为黏附力值。
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