[发明专利]研究电渗减黏的模拟盾构掘进试验设备及研究方法

权利要求书

1.一种研究电渗减黏的模拟盾构掘进试验设备，其特征在于，包括：可供承装试样的试样腔(1)、压力系统和电渗扭矩系统；

所述压力系统包括覆土压力单元和轴向压力单元，所述覆土压力单元包括可向所述试样施加压力的压力板(2)，所述压力板(2)位于试样腔(1)内，所述轴向压力单元包括可向试样腔(1)施加轴向力的轴向压力加载器(3)；

所述电渗扭矩系统包括扭转电机(4)、刀盘(5)、加载杆(6)、碳填料(7)、绝缘填料(8)和可供检测刀盘(5)扭矩的扭矩传感器(9)；所述加载杆(6)安装于扭转电机(4)上，所述刀盘(5)安装于加载杆(6)远离扭转电机(4)的一端，所述刀盘(5)上开设有填料孔，所述碳填料(7)和绝缘填料(8)均设置于所述填料孔中，所述绝缘填料(8)位于碳填料(7)和填料孔内壁之间。

2.根据权利要求1所述的所述研究电渗减黏的模拟盾构掘进试验设备，其特征在于，所述覆土压力单元还包括向所述压力板(2)施加压力的覆土压力加载器(10)。

3.根据权利要求1所述的所述研究电渗减黏的模拟盾构掘进试验设备，其特征在于，所述压力板(2)上开设有可供穿过加载杆(6)的通孔。

4.根据权利要求1所述的所述研究电渗减黏的模拟盾构掘进试验设备，其特征在于，所述绝缘填料(8)为紧贴填料孔内壁形成的环状体状绝缘填料(8)，所述碳填料(7)设置于环状体状绝缘填料(8)内，所述碳填料(7)的形状为圆柱体，所述碳填料(7)的总上表面积为刀盘(5)上盘面积的1/10。

5.根据权利要求1所述的所述研究电渗减黏的模拟盾构掘进试验设备，其特征在于，所述刀盘(5)材质为钢材质。

6.根据权利要求1所述的所述研究电渗减黏的模拟盾构掘进试验设备，其特征在于，还包括控制器(11)，所述压力系统和电渗扭矩系统均与控制器(11)电连接。

7.根据权利要求1所述的所述研究电渗减黏的模拟盾构掘进试验设备，其特征在于，还包括设备框架(12)，所述试样腔(1)位于设备框架(12)中。

8.根据权利要求1所述的所述研究电渗减黏的模拟盾构掘进试验设备，其特征在于，还包括导电滑环(13)和与导电滑环(13)电连接的电源，所述导电滑环(13)套设于加载杆(6)上，所述导电滑环(13)与碳填料(7)和刀盘(5)盘面均电连接，所述电源的电压为0～10V。

9.一种采用如权利要求1所述的研究电渗减黏的模拟盾构掘进试验设备进行试验的方法，其特征在于，包括：

步骤一、制备试样；

步骤二、将所述试样层装放入试样腔(1)中；

步骤三、启动扭转电机(4)和轴向压力加载器(3)，按照预设覆土压力、预设轴向力和预设刀盘(5)转速使刀盘(5)旋转推进切削土样；

步骤四、待扭矩传感器(9)读数准确，按照预设电压施加电压，记录扭矩传感器(9)读数，绘制刀盘(5)扭矩-时间曲线；

步骤五、利用以下公式计算刀盘(5)扭矩，其中a为土壤界面的切向黏附强度，单位为Kpa，T为刀盘(5)扭矩，单位为KN·m，D为刀盘(5)直径，单位为m；

步骤六、重复步骤一～步骤三，待扭矩传感器(9)读数准确，改变预设电压，记录不同预设电压下的扭矩传感器(9)读数，绘制不同预设电压下刀盘(5)扭矩-时间曲线。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，步骤二中，所述层装具体包括：按照每层高度为5厘米，将所述试样装入试样腔(1)中，至预设深度，将所述刀盘(5)置于试样腔(1)中，以使刀盘(5)的盘面靠近所述预设深度的试样表面，连接加载杆(6)，继续装填试样至装满；每层试样装完均经整平压实后再装入下一层试样。