[发明专利]一种加压的单界面微距旋切测试装置和测试方法

说明书

本发明提供了一种加压的单界面微距旋切测试装置和测试方法，该装置包括带槽底座、金属垫圈、锥形滚子、轴承带、带槽环刀、加压架、滚珠以及翼型旋切板；所述金属垫圈安插在带槽底座的凹槽中，所述锥形滚子连接轴承带与带槽底座，轴承带与带槽环刀下环口销栓连接；所述加压架经由滚珠与加压盖板连接，所述翼型旋切板的叶片上部翼缘嵌入带槽环刀与加压盖板的卡槽中；该装置通过改变金属垫圈的厚度对不同旋切测定进行微距调整，通过加压架对土样施加竖向荷载，依靠旋切板、加压盖板以及环刀的相互卡扣咬合，配合底部锥形滚子，消除了底面之外的摩阻力影响，形成单界面黏附力测量，为受荷状态下的单界面微距旋切黏附力测量提供了一种有效的检测方法。

技术领域

本发明属于隧道与地下工程试验仪器技术领域，特别涉及一种加压的单界面微距旋切测试装置和测试方法。

背景技术

土壤黏附机械现象普遍存在于地下工程中，尤以盾构施工最为突出，盾构刀盘在旋切土体的过程中常遇到黏土堵塞及黏附机械等现象，同时由于盾构刀盘的封闭性，无法快速而准确的获取刀盘表面的黏附情况，只能根据刀盘扭矩变化等进行推测，必然存在诸多技术和理论问题以待解决；目前，实验室关于界面处微距旋切黏附力研究较少，已有旋切装置无法忽略侧摩阻力的影响，或无法测得单旋切面上的剪切应力，且界面黏附特征往往被固定的剪切面破坏掩盖，无法观测到界面残余土样的黏附状态。

目前已有的旋切或剪切力测定方法有十字板剪切试验和直剪试验，但都简化或忽略侧摩阻力和金属界面黏附对旋切的影响，如：闫澍旺等在《用十字板强度推算软黏土抗剪强度指标的方法及应用》指出现有十字板剪切强度计算将侧面和上、下底面的强度假设相等并同时发挥，得到的计算结果偏于保守，且主要反映为竖直面的抗剪强度，无法得到上下底面的剪应力；Littleton在《An experimental study of the adhesion between clayand steel》为了得到黏土与钢板间剪切参数，以光滑的钢板代替直剪试验中剪切盒的下半盒，实现了界面黏附力的测定，但无法分析界面残余黏附土样对剪切的影响，且剪切面位置固定，无法调整剪切界面的距离，无法得到真实剪切破坏面的位置和状态，也无法控制剪切过程的加载压力。

综上所述现有技术存在以下缺点：①旋切得到的抗剪强度主要反映竖直面，无法直观反映下底面的剪切黏附力；②剪切破坏面相对固定，无法反映真实剪切面的位置与应力状态；③无法分析界面残余黏附土样对剪切的影响；④旋切时无法持续对土样施加竖向荷载。

发明内容

本发明提出了一种加压的单界面微距旋切测试装置和测试方法，其目的在于解决目前试验手段不能实现微距旋切黏附力测定、竖向加压旋切和单面旋切测定，通过引入金属垫圈和翼型旋切板，改变金属垫圈高度和同步旋切的方式得到不同旋切间距处的界面黏附力值和金属表面土样黏余状况。

一种加压的单界面微距旋切测试装置，包括带槽底座1、金属垫圈2、锥形滚子7、带槽环刀9、加压架11、滚珠15以及翼型旋切板17；

所述带槽底座1通过螺栓6固定金属底板5在凹槽中，金属垫圈2安插在凹槽中，内壁与金属底板5紧密接触；

所述锥形滚子7连接轴承带8与带槽底座1，锥形滚子7的下侧面固定在带槽底座1上，上侧面支撑轴承带8，并能支撑轴承带8在其上旋转；

所述轴承带8与带槽环刀9通过销栓18进行固定连接；

所述翼型旋切板17的叶片上部有突出翼缘，厚度约1-2mm，嵌入带槽环刀9与加压盖板16的卡槽中使三者紧密铆合；翼缘向上嵌入加压盖板16的高度大于加压盖板16厚度约10-15mm，且加压盖板侧面16与带槽环刀9内壁紧贴，允许加压盖板16在加压架11传递的上部荷载作用下可以上下滑动；翼缘向下嵌入带槽环刀9上环口的卡槽中约10-15mm；

所述加压架11经由滚珠15与加压盖板16连接，通过圆环12穿套在旋切板17主轴上，两端的连接钢杆10穿过带槽底座1两侧孔洞与底部的配重砝码4相连；