[发明专利]由细颗粒土内粘聚力推求刀齿与土体之间粘附力的方法

说明书

本申请属于疏浚工程技术领域，提供一种由细颗粒土内粘聚力推求刀齿与土体之间粘附力的方法。针对不同强度的细粒土，采用直剪仪等装置测定其内粘聚力；针对不同材质疏浚刀齿与细粒土之间的粘附力，采用疏浚刀齿与细粒土粘附力测定装置进行测定。对于不同材质的刀齿材料，通过对测定结果进行归一化处理，得到不同归一化曲线。针对某一施工区域，在已知细粒土内粘聚力情况下通过归一化曲线，可查询到不同材质刀齿与细粒土之间粘附力的数值，实现了大气或浸水环境下，不同上覆荷载、不同运动速度、不同材料以及不同粗糙程度情况下，疏浚刀齿与细粒土之间的切向粘附力的研究，从而可以指导疏浚刀齿切削力计算参数的选取、耙头以及绞刀头的设计与制作。

技术领域

本申请属于疏浚工程技术领域，尤其涉及一种由细颗粒土内粘聚力推求刀齿与土体之间粘附力的方法。

背景技术

土的粘聚力除了包含内粘聚力外，还包括外粘聚力。内粘聚力是土体自身颗粒间的作用力，而外粘聚力是土与其他材料间的作用力也称为粘附力。细粒土的内粘聚力研究在岩土工程领域已经比较成熟，有关内粘聚力的测定、计算及应用已形成一套较完整的理论体系，土的内粘聚力理论也广泛的运用于各工程领域。但对于土的粘附力研究甚少，土体内粘聚力与粘附力间的关系尚未建立，因为尚无完整的用于研究土内粘聚力与粘附力相互关系的方法。

在疏浚工程技术领域，土的粘附力的研究是疏浚船舶刀齿设计及优化、疏浚船舶节能减排、疏浚工程环保进程无法回避的课题。在挖泥船疏浚作业特别是对粘性土的疏浚作业过程中，土壤与疏浚器具如绞吸挖泥船的铰刀、耙吸挖泥船的耙齿等间具有一定的粘附力，粘附力的存在增加了切削阻力，降低了挖泥船的工作效率，缩短了铰刀、耙齿等工作寿命，增加了能源消耗。通过铰刀、耙齿等的优化设计可一定程度上减小粘附力，从而降低能耗，而前提是研究土的内粘聚力与粘附力间的相互关系，弄清刀齿与切削粘土间切向粘附力的存在及变化规律。

目前，土的粘附力的确定尚不能通过基本土力学实验或计算得到，而且国内外还缺乏实用有效的测定设备及方法，通常是依靠工程经验设计疏浚刀齿，具有很大的盲目性。为弥补理论分析的不足，迫切需要结合简单易行的粘附力测定试验及基本土力学试验找到一种粘附力简便计算获取方法，其中的关键技术是如何确定内粘聚力与粘附力的相互关系，进而由内粘聚力推算粘附力，目前尚未发现该方法的报道。

发明内容

本申请的目的在于，克服现有技术的缺陷，提供一种由细颗粒土内粘聚力推求刀齿与土体之间粘附力的方法，用于疏浚工程领域，能满足大气或浸水环境下，不同上覆荷载、不同运动速度、不同材料以及不同粗糙程度情况下，疏浚刀齿金属材料与细粒土之间的切向粘附力即粘附力与内粘聚力的相互的研究，为粘附力参数的获取提供依据。

为了达到上述的目的，本申请采用如下的技术方案：

首先，本申请公开一种疏浚刀齿与细粒土粘附力测定装置，包括底座、水槽、加载机构、固结土样盒、拉拔土样盒、拉拔机构、拉压传感器、电脑操控系统；

其中，水槽安装在底座上；固结土样盒可拆卸地设置在水槽中，用于制作不同强度的土样；拉拔土样盒可拆卸地设置在水槽中，用于盛放所述土样；加载机构设置在水槽上方，用于向固结土样盒、拉拔土样盒施加竖向荷载；拉拔机构包括疏浚刀齿金属试验板，疏浚刀齿金属试验板穿设于拉拔土样盒中，用于对所述土样进行拉拔试验；拉压传感器与疏浚刀齿金属试验板连接，用于实时采集拉拔力的大小；电脑操控系统分别与加载机构、拉拔机构及拉压传感器连接，用于控制加载机构施加的竖向压力的大小，用于控制拉拔机构的拉拔速度，以及获取拉压传感器采集的拉拔力的大小。

进一步，加载机构包括传力杆、气缸、加载反力架、加压板、空压机；

加载反力架安装在水槽上，并与气缸连接，气缸与空压机连接，同时气缸底部通过传力杆与加圧板连接，加圧板位于固结土样盒或拉拔土样盒所在位置的上方，且加压板的尺寸与拉拔土样盒及固结土样盒所装土样的上顶面尺寸相同；