[发明专利]一种一维向土体水热迁移测试装置及其测试方法

说明书

本发明公开了一种一维向土体水热迁移测试装置及其测试方法，该装置包括传热测试阶段装置和土样切片阶段装置，所述传热测试阶段装置由土筒、试验土、温度传感器、加热板、透水石、多孔底板、盖板等组成；所述土样切片阶段装置由土筒、试验土、顶土器、切土器等组成；本发明可以开展土体一维向水热迁移规律的试验测定，能够对不同含水率的土样进行局部加热试验，切样测试并观察距加热面不同距离位置处的温度及含水率状况，分析一维向的水热迁移规律；可用于模拟盾构机掘进过程中金属刀盘结泥饼后因摩擦生热产生高温，影响开挖面土体性质而加速泥饼生成，为解决刀盘结泥饼这一常见工程难题，获得盾构泥饼的形成机理和发展规律提供一种测试手段。

技术领域

本发明属于岩土工程模型试验技术领域，尤其涉及一种土工模型土的一维向水热迁移测试装置及测试方法。

背景技术

盾构刀盘穿越黏土地层时切削下来的黏土碎屑会粘附在刀盘表面，经刀盘挤压作用形成固体或半固体块状物，并粘附阻塞刀盘，导致切削地层时刀具贯入度降低，使盾构开挖效率下降，因此土壤与刀盘表面粘附是造成刀盘表面产生泥饼的重要原因之一。泥饼的存在不仅会导致盾构刀盘扭矩的增大，还会堵塞排浆管的吸浆口，将严重影响盾构施工技术和施工安全，渣土改良、泥饼清除、盾构系统改造、停机开舱作业、风险防范等一系列施工问题的处理与修复，大大增加了施工成本。

在正常工作情况下，盾构刀盘的温度一般为40～50℃，但是在盾构的掘进过程中，特别是在复合地层的条件下，随着泥饼形成与增大的作用下，刀盘扭矩、总推力的大幅增大、推进速度减慢，导致刀盘温度高达400～500℃，甚至更高。

研究表明，土体的含水率、温度对于土体与界面的粘附特性影响较大，因此想要获得盾构泥饼的形成机理和发展规律，解决刀盘结泥饼这一常见工程难题，需要了解受刀盘高温影响开挖面土体的性质，因此研究土体加热状态下的水热迁移规律是必要的。本发明能够提供一种套管式土体一维向水热迁移测试装置及测试方法，为解决温度对土体性质影响的规律提供一种测试手段。

发明内容

为研究土体加热状态下土体中的水份以及温度的变化规律，本发明提供了一种模型试验套管式土体一维向水热迁移测试装置及测试方法，能够对不同含水率的土样进行局部加热试验，获取距离加热面不同距离位置处的温度及含水率状况，分析一维向的水热迁移规律。

本发明所采用的技术方案是：

一种一维向土体水热迁移测试装置，其特征在于：所述装置包括传热测试阶段装置和土样切片阶段装置；所述传热测试阶段装置由土筒、试验土、温度传感器、加热板、透水石、多孔底板、盖板、螺丝等组成；所述土样切片阶段装置由土筒、试验土、顶土器、切土器等组成。

所述传热测试阶段装置，其特征在于，所述土筒最左端以螺丝固定多孔底板，底板右侧紧贴透水石，最右端以螺丝固定盖板，形成土箱；所述土箱中填充试验土，试验土与加热板紧贴，试验土中每隔一段距离埋设一枚温度传感器；所述土筒内壁设有一层保温层，上下端边沿设有部分突出块；所述多孔底板板面开有若干小孔。

所述的土样切片阶段装置，其特征在于，所述顶土器的挂钩钩在土筒端部边沿，顶土器中间推盘顶推试验土，在试验土被推出的一侧架设切土器，土工钢丝锯沿切土器U型架槽缝切割试验土土柱，顶出器能够保持顶出的试验土土柱完整，不会随扰动而碎裂破坏；所述顶土器中部为螺纹套管，螺纹套管沿边沿伸出挂钩，螺纹套管套在螺纹杆上，螺纹杆左端设有手轮右侧为放大端头，放大端头嵌套在推盘中心，通过接触滚珠保持与推盘的相对转动；所述切土器为侧面设有槽缝的U形架，架底为一放大底座，切土器架身设有可抽动的量尺用以度量切土的厚度，削土器量尺能够准确测量削土厚度，导槽保证切面工整性。所述土工钢丝锯锯框为U形钢架，前端绑有一根细钢丝，钢丝的松紧程度通过侧边手拧螺丝调节，后端两侧设有手柄方便切土时施力，用土工钢丝锯对土样切片，操作简便，代替了常规操作下人工直接用钢丝锯切土的不均匀性，提高了每层土样距离的精确性。