CN110631991A - 一种楔入式加载形成高强泥饼的试验装置及黏附力测定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种楔入式加载形成高强泥饼的试验装置及黏附力测定方法，该装置包括压板、拉环、套筒、环形橡胶垫、箱体、箱盖、螺栓；通过将压板插入土体中，楔形头周围局部土体形成高压，在压板楔形头表面形成高强泥饼，压板插入完成后将套筒固定在土箱上，在压板上拔时防止套筒周围的土体跟随压板移动，满足压板楔形头处与其上高强泥饼的黏附力测定需求，达到模拟盾构掘进时刀盘挤压土体时的土体的加压状态效果，是研究土体与金属界面间高强泥饼形成及黏附增长规律的有效手段。
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，特别涉及一种楔入式加载形成高强泥饼的试验装置及黏附力测定方法。
背景技术
盾构技术凭借其高效、安全性高等优点，在隧道工程等领域得到了大量的应用。然而，当盾构穿越泥岩泥质粉砂岩等地层时，刀盘切削下的土体在挤压后，极易在刀盘表面形成泥饼，泥饼的形成和扩散会造成刀具损坏，刀盘扭矩增大等问题，对工程的顺利进行造成不利影响。因此对于高压状态下土体与金属界面的黏附情况进行研究，探索有效的方法消除泥饼对盾构产生的不利影响，具有重要的学术价值和现实意义。
目前，关于土体与金属界面间的黏附情况研究有很多。如邱长林在《黏土黏附力试验研究》中，采用自制的装置进行黏附力测定试验，通过拉力传感器测量拉拔过程中测盘的受力情况，以此反应黏附力变化情况；如刘润在《饱和软黏土中开孔防沉板基础上拔特性研究》，研究了测盘不同开口率条件下与土体的黏附情况。现有的试验手段往往集中于直接对测盘进行拉拔，对土体与金属界面的黏附力大小进行测量，无法实现刀盘挤压土体产生高压状态并形成高强泥饼，难以对土体的加压状态进行量化控制，无法测定不同压力状态下形成的高强泥饼与刀盘界面间黏附情况。
为克服以上不足，本发明提出一种楔入式加载形成高强泥饼的试验装置及黏附力测定方法，通过将压板插入土体中，楔形头周围局部土体形成高压，在压板楔形头表面形成高强泥饼，压板插入完成后将套筒固定在土箱上，在压板上拔时防止套筒周围的土体跟随压板移动，满足压板楔形头处与其上高强泥饼的黏附力测定需求，达到模拟盾构掘进时刀盘挤压土体时的土体的加压状态效果，是研究土体与金属界面间高强泥饼形成及黏附增长规律的有效手段。
发明内容
本发明提供了一种楔入式加载形成高强泥饼的试验装置及黏附力测定方法，其目的在于，解决在测量土体与金属界面间黏附力的试验中，无法实现刀盘挤压土体产生高压状态并形成高强泥饼，难以对土体的加压状态进行量化控制，无法测定不同压力状态下形成的高强泥饼与刀盘界面间黏附情况的问题。通过将压板1插入土体中，楔形头周围局部土体形成高压，在压板1楔形头表面形成高强泥饼，由楔入量或压板1顶部的加载压力进行量化控制压板1楔形头表面土体的压力大小，从而更好地测量土体与金属界面间的黏附情况。
一种楔入式加载形成高强泥饼的试验装置，其特征在于，包括压板1、拉环2、套筒3、环形橡胶垫4、箱体5、箱盖6、螺栓7；
所述箱体5呈倒“T”字型，箱体5下部矩形空间布置土体，箱体5上部矩形管道布置压板1和套筒3；压板1插入套筒3内，压板1和套筒3可在箱体5上部矩形管道内上下移动；
所述箱体5在上部矩形管道内壁布置两圈环形橡胶垫4，防止推动压板1和套筒3时土水被挤出；
所述箱盖6布置在箱体5底部，通过左右两侧的螺栓7与箱体5固定或分离，向箱体5中装土时去除箱盖6，装土完毕后，箱盖6固定在箱体5上。
进一步地，所述压板1在顶部均匀布置有3个拉环2，用以连接拉拔测力装置；所述压板1在左右两侧的上部位置设有牛腿，下压压板1时牛腿带动套筒3同步下压；
所述压板1底部有楔形头，下压压板1和套筒3时楔形头周围局部土中形成高压，在楔形头表面形成高强泥饼；
所述压板1楔形头表面的土体压力由楔入量或压板1顶部的加载压力进行量化控制。
进一步地，所述套筒3为一矩形薄壁管道，可通过螺栓7固定在箱体5上，套筒3内壁的下部位置布置环形橡胶垫4，防止上拔压板1时土体和水带出；
所述套筒3底部呈倾斜状，与压板1底部的楔形头的倾斜角度一致，在压板1上拔时，阻挡套筒3周围土体跟随压板1移动，精准测定压杆1楔形头处与高强泥饼间的黏附力。
一种楔入式加载形成高强泥饼的黏附力测定方法，采用上述的楔入式加载形成高强泥饼的试验装置进行试验，具体步骤如下：
步骤1：将装置倒置固定在平台8上，在压板1顶部位置布置支撑块9进行支撑，使得压板1与套筒3楔形头部位恰好伸入箱体5中；
步骤2：向箱体5中填入土体，分层击实后将表面土体刮平，将箱盖6盖在箱体5上，并通过螺栓7进行固定；
步骤3：将装置正置，在压板1顶部施加法向的压力，将压板1及套筒3向下压入土体h cm，在压板1楔形头处形成高强泥饼；静置一定时间t min；
步骤4：通过拉环2与拉拔测力装置连接，使用螺栓7将套筒3固定在箱体5上，通过拉拔测力装置对压板1施加法向的拉力，记录压板1恰好被拉拔出土体时的拉拔力F，土体与压板1界面间的黏附力值即为拉拔力F减去压板1的重量。
有益效果
本发明提供了一种楔入式加载形成高强泥饼的试验装置及黏附力测定方法，该试验装置包括压板1、拉环2、套筒3、环形橡胶垫4、箱体5、箱盖6、螺栓7；通过将压板1插入土体中，楔形头周围局部土体形成高压，在压板1楔形头表面形成高强泥饼，由楔入量或压板1顶部的加载压力进行量化控制压板1楔形头表面土体的压力大小，有效的解决在测量土体与金属界面间黏附力的试验中，无法实现刀盘挤压土体产生高压状态并形成高强泥饼，难以对土体的加压状态进行量化控制，无法测定不同压力状态下形成的高强泥饼与刀盘界面间黏附情况的问题。
附图说明
图1为本发明所述装置的装置剖面图；
图2为本发明所述装置的装置俯视图；
图3为箱体上部矩形管道、套筒和压板的结构剖面图；
图4为套筒和压板的结构正面剖面图；
图5为套筒和压板的结构侧面视图；
图6为压板插入箱体的示意图，其中(a)为装置倒置装土示意图，(b)为压板受压插入土体的示意图，(c)为压板受拉拉出土体的示意图；
标号说明：压板1、拉环2、套筒3、环形橡胶垫4、箱体5、箱盖6、螺栓7、平台8、支撑块9。
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-图6所示，一种楔入式加载形成高强泥饼的试验装置，其特征在于，包括压板1、拉环2、套筒3、环形橡胶垫4、箱体5、箱盖6、螺栓7；
所述箱体5呈倒“T”字型，箱体5下部矩形空间布置土体，箱体5上部矩形管道布置压板1和套筒3；压板1插入套筒3内，压板1和套筒3可在箱体5上部矩形管道内上下移动；
所述箱体5在上部矩形管道内壁布置两圈环形橡胶垫4，防止推动压板1和套筒3时土水被挤出；
所述箱盖6布置在箱体5底部，通过左右两侧的螺栓7与箱体5固定或分离，向箱体5中装土时去除箱盖6，装土完毕后，箱盖6固定在箱体5上。
进一步地，所述压板1在顶部均匀布置有3个拉环2，用以连接拉拔测力装置；所述压板1在左右两侧的上部位置设有牛腿，下压压板1时牛腿带动套筒3同步下压；
所述压板1底部有楔形头，下压压板1和套筒3时楔形头周围局部土中形成高压，在楔形头表面形成高强泥饼；
所述压板1楔形头表面的土体压力由楔入量或压板1顶部的加载压力进行量化控制。
进一步地，所述套筒3为一矩形薄壁管道，可通过螺栓7固定在箱体5上，套筒3内壁的下部位置布置环形橡胶垫4，防止上拔压板1时土体和水带出；
所述套筒3底部呈倾斜状，与压板1底部的楔形头的倾斜角度一致，在压板1上拔时，阻挡套筒3周围土体跟随压板1移动，精准测定压杆1楔形头处与高强泥饼间的黏附力。
一种楔入式加载形成高强泥饼的黏附力测定方法，上述的楔入式加载形成高强泥饼的试验装置进行试验，具体步骤如下：
步骤1：将装置倒置固定在平台8上，在压板1顶部位置布置支撑块9进行支撑，使得压板1与套筒3楔形头部位恰好伸入箱体5中；
步骤2：向箱体5中填入土体，分层击实后将表面土体刮平，将箱盖6盖在箱体5上，并通过螺栓7进行固定；
步骤3：将装置正置，在压板1顶部施加法向的压力，将压板1及套筒3向下压入土体h cm，在压板1楔形头处形成高强泥饼；静置一定时间t min；
步骤4：通过拉环2与拉拔测力装置连接，使用螺栓7将套筒3固定在箱体5上，通过拉拔测力装置对压板1施加法向的拉力，记录压板1恰好被拉拔出土体时的拉拔力F，土体与压板1界面间的黏附力值即为拉拔力F减去压板1的重量。
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)
1.一种楔入式加载形成高强泥饼的试验装置，其特征在于，包括压板(1)、拉环(2)、套筒(3)、环形橡胶垫(4)、箱体(5)、箱盖(6)、螺栓(7)；
所述箱体(5)呈倒“T”字型，箱体(5)下部矩形空间布置土体，箱体(5)上部矩形管道布置压板(1)和套筒(3)；压板(1)插入套筒(3)内，压板(1)和套筒(3)可在箱体(5)上部矩形管道内上下移动；
所述箱体(5)在上部矩形管道内壁布置两圈环形橡胶垫(4)，防止推动压板(1)和套筒(3)时土水被挤出；
所述箱盖(6)布置在箱体(5)底部，通过左右两侧的螺栓(7)与箱体(5)固定或分离，向箱体(5)中装土时去除箱盖(6)，装土完毕后，箱盖(6)固定在箱体(5)上。
2.据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述压板(1)在顶部均匀布置有3个拉环(2)，用以连接拉拔测力装置；所述压板(1)在左右两侧的上部位置设有牛腿，下压压板(1)时牛腿带动套筒(3)同步下压；
所述压板(1)底部有楔形头，下压压板(1)和套筒(3)时楔形头周围局部土中形成高压，在楔形头表面形成高强泥饼；
楔形头表面的土体压力由楔入量或压板(1)顶部的加载压力进行量化控制。
3.据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述套筒(3)为一矩形薄壁管道，可通过螺栓(7)固定在箱体(5)上，套筒(3)内壁的下部位置布置环形橡胶垫(4)，防止上拔压板(1)时土体和水带出；
所述套筒(3)底部呈倾斜状，与压板(1)底部的楔形头的倾斜角度一致，在压板(1)上拔时，阻挡套筒(3)周围土体跟随压板(1)移动，精准测定压杆(1)楔形头处与高强泥饼间的黏附力。
4.一种楔入式加载形成高强泥饼的黏附力测定方法，其特征在于，采用权利要求1-3任一项所述的楔入式加载形成高强泥饼的试验装置进行试验，具体步骤如下：
步骤1：将装置倒置固定在平台(8)上，在压板(1)顶部位置布置支撑块(9)进行支撑，使得压板(1)与套筒(3)楔形头部位恰好伸入箱体(5)中；
步骤2：向箱体(5)中填入土体，分层击实后将表面土体刮平，将箱盖(6)盖在箱体(5)上，并通过螺栓(7)进行固定；
步骤3：将装置正置，在压板(1)顶部施加法向的压力，将压板(1)及套筒(3)向下压入土体h cm，在压板(1)楔形头处形成高强泥饼；静置一定时间t min；
步骤4：通过拉环(2)与拉拔测力装置连接，使用螺栓(7)将套筒(3)固定在箱体(5)上，通过拉拔测力装置对压板(1)施加法向的拉力，记录压板(1)恰好被拉拔出土体时的拉拔力F，土体与压板(1)界面间的黏附力值即为拉拔力F减去压板(1)的重量。
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| 赵联桢;杨平;刘成;: "土与结构接触面行为研究综述", 《交通科技》, no. 05, pages 84 - 86 * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113670494A (zh) * | 2021-10-20 | 2021-11-19 | 中交投资南京有限公司 | 一种隧道侧壁嵌入体握紧力测试装置及方法 |
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