CN110596195B - 一种用于土体与金属界面间电阻控制式的分区电渗减粘试验装置及试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于土体与金属界面间电阻控制式的分区电渗减粘试验装置及试验方法，该装置包括装置底座、电渗阳极、电渗阴极、滑动变阻器、电阻、滑动片、电阻盒、基座I、基座II、连接杆、螺栓；当装置与土体接触时，不同分区内中心位置处的电渗阳极和基座I依据不同的受压状态产生不同的形变，从而使得滑动变阻器电阻变化，达到不同分区内电渗程度不同的效果，是优化土体与金属界面间减粘降阻的有效手段。
Description
技术领域
本发明属于隧道与地下工程试验仪器技术领域，特别涉及一种用于土体与金属界面间电阻控制式的分区电渗减粘试验装置及试验方法。
背景技术
随着我国经济的发展和科技的进步，隧道交通建设得到了加速发展，其中盾构技术发挥了重大的作用。盾构技术凭借其适用性高、施工速度快等优点得到了广泛应用，然而当盾构穿越富水富黏地层时，盾构刀盘中心区域极易形成泥饼并不断扩散，严重的刀盘结泥饼现象会造成刀具磨损严重、刀盘扭矩增大等问题，从而引起工程成本增加以及工期延误等连锁反应。因此，对刀盘与土体间的黏附问题进行探索，探索能有效消除土体与刀盘间黏附的方法，具有十分重要的现实意义。
目前已有很多的专家学者使用电渗方法开展试验研究；如：丛茜在《非光滑表面电渗减粘脱土原理的试验研究》中，使用自制的电渗装置，开展了在金属构件非光滑表面上的电渗减粘试验研究。然而，现有的电渗试验装置往往采用外部电源供电，需要手动调节电源改变电渗电极间的电压大小，以达到最佳的减粘效果，试验过程较为漫长；且没有考虑到土体的不均匀性，土体与装置之间接触状态是不同的，难以保证土体各部位都得到充分的电渗。
为克服以上不足，本发明提出一种用于土体与金属界面间电阻控制式的分区电渗减粘试验装置及试验方法，当装置与土体接触时，不同分区内中心位置处的电渗阳极和基座I依据不同的受压状态产生不同的形变，从而使得滑动变阻器电阻变化，达到不同分区内电渗程度不同的效果，是优化土体与金属界面间减粘降阻的有效手段。
发明内容
本发明提出一种用于土体与金属界面间电阻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，当装置与土体接触时，不同分区内中心位置处的电渗阳极和基座I依据不同的受压状态产生不同的形变，从而使得滑动变阻器电阻变化，达到不同分区内电渗程度不同的效果。
一种用于土体与金属界面间电阻控制式的分区电渗减粘试验装置，其特征在于，包括装置底座1、电渗阳极2、电渗阴极3、滑动变阻器4、电阻5、滑动片 6、电阻盒7、基座I 8、基座II 9、连接杆10、螺栓11；
所述装置底座1采用硬质绝缘材料，在上表面均匀开设9个宽度为3cm、深度为0.8cm的正方形槽，用以容纳电渗阴极3；下部中心位置设置连接杆10，使用螺栓11固定连接，连接杆10尾部设有凹槽和螺栓11，可与拉拔测力装置相连接；
所述电渗阴极3在中心位置开孔，容纳滑动变阻器4；在滑动变阻器4上部设置基座I 8，基座I 8采用弹性绝缘憎水材料，以防止电渗过程中电渗阴极3处聚集的水造成装置短路；
所述基座II 9呈螺旋形布置在电渗阴极3上，与基座I 8相连；基座II 9采用硬质绝缘憎水材料，以防止电渗过程中电渗阴极3处聚集的水造成装置短路；
所述电渗阳极2呈螺旋型布置在基座II 9和基座I 8上。
进一步地，所述滑动变阻器4由电阻5、滑动片6及电阻盒7组成；电阻盒 7采用绝缘材料，内部开设有工字形槽孔，一侧槽内插入电阻5，另一侧槽内布置滑动片6；
所述滑动片6一端与电渗阳极2连接，滑动片6另一端呈夹状，与电阻5接触；电阻5与外部电源正极间使用导线连接；电渗阴极3下任一点处与外部电源负极连接。
进一步地，所述各分区的基座I 8在不同压力作用下，产生不同程度的变形，驱动滑动变阻器4中的滑动片6产生不同幅度的上下滑动，造成各分区的有效电阻不同；
在各分区电压一致的情况下，有效电阻的差异性变化，造成各分区的电流不同，电渗强度不同，从而控制各个分区的差异化电渗。
一种用于土体与金属界面间电阻控制式的分区电渗减粘试验方法，其特征在于，采用上述的用于土体与金属界面间电阻控制式的分区电渗减粘试验装置进行电渗试验，包括以下步骤：
步骤1：将装置固定在拉拔试验装置上，滑动变阻器4和电渗阴极3分别与外部电源的正极和负极相连接，保证电路的联通；
步骤2：对装置施加法向压力，当装置与土体接触挤压时，各区域中心位置的电渗阳极2底部的基座I 8产生变形，使得滑动片6向下移动，电阻5阻值变小，电流增大，电渗强度增大；各个分区的压力不同，将产生不同程度的电渗；
步骤3：当装置与土体完全接触后，静置t min，保持电渗状态；
步骤4：静置t min后，对装置施加法向拉力，将装置拉拔出土体，电渗结束。
有益效果
本发明提出一种用于土体与金属界面间电阻控制式的分区电渗减粘试验装置及试验方法，该装置包括装置底座1、电渗阳极2、电渗阴极3、滑动变阻器 4、电阻5、滑动片6、电阻盒7、基座I 8、基座II 9、连接杆10、螺栓11；当装置与土体接触时，不同分区内中心位置处的电渗阳极和基座I依据不同的受压状态产生不同的形变，使得滑动片6向下移动，造成滑动变阻器4电阻变化，达到不同分区内电渗程度不同的效果，有效地解决了目前试验手段无法根据装置不同部位与土体实际的接触状态，对装置各部位施加不同电压以保证进行充分电渗试验的问题。
附图说明
图1为本发明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为滑动变阻器与电渗阳极连接示意图；
图3为滑动变阻器结构俯视图
标号说明：装置底座1、电渗阳极2、电渗阴极3、滑动变阻器4、电阻 5、滑动片6、电阻盒7、基座I 8、基座II 9、连接杆10、螺栓11。
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的说明。
如图1-3所示，一种用于土体与金属界面间电阻控制式的分区电渗减粘试验装置，其特征在于，包括装置底座1、电渗阳极2、电渗阴极3、滑动变阻器4、电阻5、滑动片6、电阻盒7、基座I 8、基座II 9、连接杆10、螺栓11；
所述装置底座1采用硬质绝缘材料，在上表面均匀开设9个宽度为3cm、深度为0.8cm的正方形槽，用以容纳电渗阴极3；下部中心位置设置连接杆10，使用螺栓11固定连接，连接杆10尾部设有凹槽和螺栓11，可与拉拔测力装置相连接；
所述电渗阴极3在中心位置开孔，容纳滑动变阻器4；在滑动变阻器4上部设置基座I 8，基座I 8采用弹性绝缘憎水材料，以防止电渗过程中电渗阴极3处聚集的水造成装置短路；
所述基座II 9呈螺旋形布置在电渗阴极3上，与基座I 8相连；基座II 9采用硬质绝缘憎水材料，以防止电渗过程中电渗阴极3处聚集的水造成装置短路；
所述电渗阳极2呈螺旋型布置在基座II 9和基座I 8上。
进一步地，所述滑动变阻器4由电阻5、滑动片6及电阻盒7组成；电阻盒 7采用绝缘材料，内部开设有工字形槽孔，一侧槽内插入电阻5，另一侧槽内布置滑动片6；
所述滑动片6一端与电渗阳极2连接，滑动片6另一端呈夹状，与电阻5接触；电阻5与外部电源正极间使用导线连接；电渗阴极3下任一点处与外部电源负极连接。
进一步地，所述各分区的基座I 8在不同压力作用下，产生不同程度的变形，驱动滑动变阻器4中的滑动片6产生不同幅度的上下滑动，造成各分区的有效电阻不同；
在各分区电压一致的情况下，有效电阻的差异性变化，造成各分区的电流不同，电渗强度不同，从而控制各个分区的差异化电渗。
一种用于土体与金属界面间电阻控制式的分区电渗减粘试验方法，其特征在于，采用上述的用于土体与金属界面间电阻控制式的分区电渗减粘试验装置进行电渗试验，包括以下步骤：
步骤1：将装置固定在拉拔试验装置上，滑动变阻器4和电渗阴极3分别与外部电源的正极和负极相连接，保证电路的联通；
步骤2：对装置施加法向压力，当装置与土体接触挤压时，各区域中心位置的电渗阳极2底部的基座I 8产生变形，使得滑动片6向下移动，电阻5阻值变小，电流增大，电渗强度增大；各个分区的压力不同，将产生不同程度的电渗；
步骤3：当装置与土体完全接触后，静置t min，保持电渗状态；
步骤4：静置t min后，对装置施加法向拉力，将装置拉拔出土体，电渗结束。
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 (2)
1.一种用于土体与金属界面间电阻控制式的分区电渗减粘试验装置，其特征在于，包括装置底座(1)、电渗阳极(2)、电渗阴极(3)、滑动变阻器(4)、电阻(5)、滑动片(6)、电阻盒(7)、基座I(8)、基座II(9)、连接杆(10)、螺栓(11)；
所述装置底座(1)采用硬质绝缘材料，在上表面均匀开设9个宽度为3cm、深度为0.8cm的正方形槽，用以容纳电渗阴极(3)；下部中心位置设置连接杆(10)，使用螺栓(11)固定连接，连接杆(10)尾部设有凹槽和螺栓(11)，与拉拔测力装置相连接；
所述电渗阴极(3)在中心位置开孔，容纳滑动变阻器(4)；在滑动变阻器(4)上部设置基座I(8)，基座I(8)采用弹性绝缘憎水材料，以防止电渗过程中电渗阴极(3)处聚集的水造成装置短路；
所述基座II(9)呈螺旋形布置在电渗阴极(3)上，与基座I(8)相连；基座II(9)采用硬质绝缘憎水材料，以防止电渗过程中电渗阴极(3)处聚集的水造成装置短路；
所述电渗阳极(2)呈螺旋型布置在基座II(9)和基座I(8)上；
所述滑动变阻器(4)由电阻(5)、滑动片(6)及电阻盒(7)组成；电阻盒(7)采用绝缘材料，内部开设有工字形槽孔，一侧槽内插入电阻(5)，另一侧槽内布置滑动片(6)；
所述滑动片(6)一端与电渗阳极(2)连接，滑动片(6)另一端呈夹状，与电阻(5)接触；电阻(5)与外部电源正极间使用导线连接；电渗阴极(3)下任一点处与外部电源负极连接；
所述各分区的基座I(8)在不同压力作用下，产生不同程度的变形，驱动滑动变阻器(4)中的滑动片(6)产生不同幅度的上下滑动，造成各分区的有效电阻不同；
在各分区电压一致的情况下，有效电阻的差异性变化，造成各分区的电流不同，电渗强度不同，从而控制各个分区的差异化电渗。
2.一种用于土体与金属界面间电阻控制式的分区电渗减粘试验方法，其特征在于，采用权利要求1所述的用于土体与金属界面间电阻控制式的分区电渗减粘试验装置进行电渗试验，包括以下步骤：
步骤1：将装置固定在拉拔试验装置上，滑动变阻器(4)和电渗阴极(3)分别与外部电源的正极和负极相连接，保证电路的联通；
步骤2：对装置施加法向压力，当装置与土体接触挤压时，各区域中心位置的电渗阳极(2)底部的基座I(8)产生变形，使得滑动片(6)向下移动，电阻(5)阻值变小，电流增大，电渗强度增大；各个分区的压力不同，将产生不同程度的电渗；
步骤3：当装置与土体完全接触后，静置t min，保持电渗状态；
步骤4：静置t min后，对装置施加法向拉力，将装置拉拔出土体，电渗结束。
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