[实用新型]一种杠杆加压的下穿式整体旋切测试装置

说明书

本实用新型提供了一种杠杆加压的下穿式整体旋切测试装置，该装置包括传动链带、圆柱滚子、铰接底座、带槽环刀、加压杠杆以及转动锥；所述传动链带水平环绕带槽环刀侧面与扭力计连接；所述圆柱滚子固定在带槽底座上，与带槽环刀滑动连接，所述铰接底座与倒置的旋切板杆端相铰接；所述带槽环刀内壁设有凹槽，以便旋切板通过凹槽嵌入带槽环刀中，所述加压杠杆通过转动锥与加压盖板连接；该装置通过铰接底座实现旋切板与金属界面的旋切距离控制，通过旋切板与带槽环刀的相互嵌合实现整体式旋切，同时点接触式的加压杠杆保证稳定的加压荷载，并依靠传动装置提供并记录扭力值，是测量受荷状态下黏附界面附近的剪切应力的一种有效检测装置。

技术领域

本实用新型属于隧道与地下工程试验仪器技术领域，特别涉及一种杠杆加压的下穿式整体旋切测试装置。

背景技术

土压平衡盾构以其高效、清洁被广泛地应用在城市地下交通建设中，但和诸多触土机械一样，都不可避免地会遇到土壤黏附问题，在富黏土地层中尤其严重，大量的土壤黏附刀盘会导致刀盘扭矩增大，破坏开挖面稳定和降低开挖效率，无疑给盾构施工增加了难度；目前，实验室关于界面附近旋切的剪切应力研究较少，已有旋切装置无法忽略竖直面上剪切应力，或无法测得旋切底面上剪切应力，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，但都简化或忽略竖直向的剪切应力和界面黏附对旋切的影响，如：邓如勇在《盾构刀盘结泥饼的机理及处置措施研究》指将直剪试验仪改装以研究金属与土体界面的剪切黏附力，对比界面试块表面黏附情况可知，直剪试验的固定剪切面会破坏金属界面表面土样的黏附状态，且剪切面人为固定，无法得到真实剪切面的位置；Liu在《Tangential adhesion strength betweenclay and steel for various soil softnesses》中将金属圆盘放置在圆柱土样中测定界面剪切黏附力，避免了竖直侧面剪切黏附力的影响，但无法忽略土样容器内壁对剪切黏附力的影响，同时圆盘与土体接触容易产生真空负压，与土体表面接触不良等问题。

综上所述现有技术存在以下缺点：①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②无法分析界面残余黏附土样对剪切的影响③旋切时无法持续对土样施加竖向荷载④无法实现整体旋切，导致存在内壁摩擦阻力等干扰因素。

实用新型内容

本实用新型提出了一种杠杆加压的下穿式整体旋切测试装置，其目的在于解决目前试验手段不能实现黏附界面处附近的剪切应力测定、竖向加压旋切和整体式旋切，通过引入铰接底座、加压杠杆和带槽环刀，改变铰接底座高度和竖向荷载，以整体式旋切来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。

一种杠杆加压的下穿式整体旋切测试装置，包括传动链带1、圆柱滚子5、铰接底座7、带槽环刀10、加压杠杆12以及转动锥13；

所述传动链带1水平环绕带槽环刀10侧面，连接至驱动电机3上方的扭力计2；

所述圆柱滚子5固定在带槽底座4上环形凹槽中，上表面与带槽环刀10滑动连接，可减少带槽环刀10旋切时在接触面的摩擦阻力，同时维持装置的水平稳定；

所述铰接底座7位于带槽底座4正下方，与倒置的旋切板15杆端相铰接，限制其竖向位置但不限制水平旋转；

所述带槽环刀10内壁设有与旋切板15叶片数量和厚度相同的凹槽，以便旋切板15通过凹槽嵌入带槽环刀10中；旋切板15进入土样6并与带槽环刀10进行嵌合，实现整体式旋切；

所述加压杠杆12通过转动锥13与加压盖板14连接，转动锥13与加压盖板14为点接触；加压杠杆12的竖向转动距离与加压盖板14的竖向位移一致；杆上连接砝码11形成单臂杠杆，加压杠杆12上的砝码11与转动锥13的力臂比在1-2.5左右，杆件为轻质杠杆，对试验无影响。