[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

说明书

本发明公开了一种研究电渗减黏的模拟盾构掘进试验设备及研究方法，该设备包括：试样腔、压力系统和电渗扭矩系统；压力系统包括覆土压力单元和轴向压力单元，覆土压力单元包括压力板，轴向压力单元包括轴向压力加载器；电渗扭矩系统包括扭转电机、刀盘、加载杆、碳填料、绝缘填料和扭矩传感器；刀盘上开设有填料孔，碳填料和绝缘填料均设置于填料孔中，绝缘填料位于碳填料和填料孔内壁之间。该设备可实现在旋转切削土体的同时通过电渗扭矩系统对土体进行电渗，对不同稠度粘性土进行电渗处理，改变粘滞强度，获得不同稠度土与刀盘之间的作用关系，以供研究土体在电渗作用下对金属刀盘的黏附影响。

技术领域

本发明属于岩土工程技术领域，具体涉及研究电渗减黏的模拟盾构掘进试验设备及研究方法。

背景技术

盾构法施工过程中，当盾构机在黏性土层中开挖推进时，容易出现土体黏附在刀盘上，形成泥饼，降低掘进效率，甚至导致刀盘堵塞卡死。电渗减黏、脱土可有效降低土壤和金属界面的黏附，目前常用的电渗减黏、脱土设备均基于“拉拔式”或“滑动式”，与实际盾构作业时刀盘旋转切削的工作状态相差甚远，在盾构设备中难以得到有效推广。

目前，电渗大多采用分离式电渗，即传统的阴极和阳极分离的一种土壤电渗方式，电渗透的电场很低，需要高电压才能产生显著的效果，使得电渗处理工艺过程能源消耗远超成本。一般来说，单独电渗透所需的电压大于100V，有时甚至高达300V。分离电渗法在工程上应用难度大。

提供一种更适用实际盾构作业工作状态下的电渗减黏模拟设备，是获得实际作业状态下电渗对金属刀盘黏附影响的主要措施之一。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供研究电渗减黏的模拟盾构掘进试验设备及研究方法。通过包括可供承装试样的试样腔、压力系统和电渗扭矩系统的模拟盾构掘进试验设备，实现在旋转切削土体的同时通过电渗扭矩系统对土体进行电渗，对不同稠度粘性土进行电渗处理，改变粘滞强度，获得不同稠度土与刀盘之间的作用关系，以供研究土体在电渗作用下对金属刀盘的黏附影响。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：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、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，所述压力板位于试样腔内，所述轴向压力单元包括可向试样腔施加轴向力的轴向压力加载器；

所述电渗扭矩系统包括扭转电机、刀盘、加载杆、碳填料、绝缘填料和可供检测刀盘扭矩的扭矩传感器；所述加载杆安装于扭转电机上，所述刀盘安装于加载杆远离扭转电机的一端，所述刀盘上开设有填料孔，所述碳填料和绝缘填料均设置于所述填料孔中，所述绝缘填料位于碳填料和填料孔内壁之间。

上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施加压力的覆土压力加载器。

上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，所述压力板上开设有可供穿过加载杆的通孔。

上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，所述绝缘填料为紧贴填料孔内壁形成的环状体状绝缘填料，所述碳填料设置于环状体状绝缘填料内，所述碳填料的形状为圆柱体，所述碳填料的总上表面积为刀盘上盘面积的1/10。

上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，所述刀盘材质为钢材质。

上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，所述压力系统和电渗扭矩系统均与控制器电连接。

上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，所述试样腔位于设备框架中。