[发明专利]一种测量土壤与固体界面切向粘附力的试验装置及测定方法

说明书

本发明公开了一种测量土壤与固体界面切向粘附力的试验装置，属于测量土壤与固体界面切向粘附力技术领域，包括底板，所述底板上设置有支柱，支柱上设置有顶板，顶板上设置有伺服电机，伺服电机的输出端连接有转动轴，转动轴的底部设置有压锤；所述压锤的下方设置有试样盒，试样盒的底部设置有千斤顶，千斤顶的底部设置有电子秤；所述转动轴的中部设置有扭矩仪。本发明主要针对测试土壤与固体界面切向粘附力而设计，其基本思路是在根据试验目的选择土样参数和压锤性质后，使用一定压力使二者接触，操纵伺服电机使二者发生相对转动，在此过程中的最大扭矩即可反映其切向粘附力，二者分离后，土样留在压锤上的质量可反映黏附效果。

技术领域

本发明涉及测量土壤与固体界面切向粘附力技术领域，具体涉及一种测量土壤与固体界面切向粘附力的试验装置及测定方法。

背景技术

盾构法已成为我国城市地下工程建设最主要的施工方法之一，随着盾构技术的发展，其不仅应用于地铁建设领域，还在公路及铁路隧道、水电通道、联络通道、地下综合管廊等多个领域得到了应用。

盾构在粘性颗粒含量较高的软粘土地层中施工时会面临结泥饼问题。泥饼会堆积在刀具周围，使刀具的贯入度降低，使刀具产生偏磨，甚至堵塞刀盘开口，更严重的，泥饼会堵塞排土装置，引起盾构扭矩过大、刀盘磨损严重、盾构掘进姿态控制困难等，严重降低盾构掘进效率，甚至导致地表沉降过大进而带来施工安全问题。

土壤粘附是粘湿土对触土固体表面产生附着的现象，结泥饼主要就是由于盾构机掘削下的土壤颗粒粘附在盾构刀盘表面导致的，故可通过研究土壤与固体界面之间粘附现象，总结不同工况下土壤粘附力规律，对盾构刀盘泥饼的防治措施提供理论指导具有重大意义。

在盾构机运行过程中，刀盘不断旋转，土壤与刀盘之间实际是一种切向运动，而目前土壤粘附力测试装置大多为测试法向方向的粘附力，为了测量土壤与金属界面的粘附力，国内外学者采用了不同的试验装置和方法，由于缺少粘附试验统一标准，试验条件不同，研究得到的结果不具有可比性。

现有国内外相关研究中粘附试验所施加的压力大多只有几十千帕，与实际盾构施工中掌子面压力大小差距较大，且实验装置也较为复杂，参数改变过程繁琐，误差较大，影响土壤与固体界面之间切向粘附力的准确测定，甚至会影响盾构正常施工。

发明内容

针对现有技术的上述不足，本发明提供一种测量土壤与固体界面切向粘附力的试验装置；该测量土壤与固体界面切向粘附力的试验装置主要针对测试土壤与固体界面切向粘附力而设计，其基本思路是在根据试验目的选择土样参数和压锤性质后，使用一定压力使二者接触，操纵伺服电机使二者发生相对转动，在此过程中的最大扭矩即可反映其切向粘附力，二者分离后，土样留在压锤上的质量可反映黏附效果。

为了解决上述技术问题，本发明提供的一种测量土壤与固体界面切向粘附力的试验装置，包括底板，所述底板上设置有支柱，支柱上设置有顶板，顶板上设置有伺服电机，伺服电机的输出端连接有转动轴，转动轴的底部设置有压锤；所述压锤的下方设置有试样盒，试样盒内放置有待测土壤，试样盒的底部设置有千斤顶，千斤顶的底部设置有电子秤；所述转动轴的中部设置有扭矩仪，扭矩仪连接有计算机。

扭矩仪，又称力矩传感器、扭力传感器、转矩传感器、扭矩传感器，分为动态和静态两大类，其中动态扭矩传感器又可叫做转矩传感器、转矩转速传感器、非接触扭矩传感器、旋转扭矩传感器等；扭矩传感器是对各种旋转或非旋转机械部件上对扭转力矩感知的检测；扭矩传感器将扭力的物理变化转换成精确的电信号；扭矩传感器可以应用在制造粘度计，电动(气动，液力)扭力扳手，它具有精度高，频响快，可靠性好，寿命长等优点。

本发明进一步改进中，上述顶板上嵌接有轴承，所述转动轴与轴承连接。

通过上述设计，本方案可更便于转动轴的转动，更便于动力的传输。

本发明进一步改进中，上述转动轴的底部设置有螺纹段，螺纹段与压锤螺纹连接。