[发明专利]一种盾尾水力击穿实验装置及方法

权利要求书

1.一种盾尾水力击穿实验装置，其特征在于，包括：高压氮气瓶、钢板容器、输气管路、反力架、有机玻璃、压力传感器、显示器、盾尾刷和电缸；

所述盾尾刷通过螺栓与所述钢板容器连接，所述高压氮气瓶与所述钢板容器通过输气管路连接，所述电缸固定在反力架上的钢板上，所述电缸的电动推杆前端与压力传感器、显示器和挤压盾尾刷的钢板固定连接；

通过所述高压氮气瓶上的压力控制阀向钢板容器内输入氮气，通过氮气对钢板容器内的水土、浆液和密封油脂加压，挤压盾尾刷，所述电缸电动推杆的顶出距离控制所述盾尾刷的压紧量，所述压力传感器测量盾尾刷的压紧力，显示器显示压力传感器测量出的盾尾刷的压紧力；

通过有机玻璃观察盾尾刷底部的油脂、水土、浆液的渗漏喷涌现象发展过程。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，在钢板容器的下方设置接收槽，通过接收槽接收试验过程中钢板容器中渗漏出的油脂和浆液，所述钢板容器顶部的盖板开两个孔连接输气管路和气压表，通过气压表记录钢板容器内的压力值。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述反力架的组成包括两个门式刚架通过纵向的三块钢板连接，所述反力架与所述钢板容器之间通过四块截面尺寸相等的钢板连接，所述钢板的两端均通过螺栓分别与反力架立柱和钢板容器连接。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述钢板容器包括三面钢板与一面有机玻璃板，钢板容器的前侧板为有机玻璃板，左侧钢板为上下两块短钢板通过弯折部分的螺栓连接，右侧钢板的左右两面用螺栓分别与反力架和盾尾刷连接，所述钢板容器的左侧下部的短钢板连接电缸推杆，上部钢板待下部钢板移动结束后再通过螺栓固定于下部钢板。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述电缸通过螺栓固定在反力架左侧的第三块钢板上，所述钢板容器左侧下部短钢板与压力传感器、电缸及反力架构成固定体系，该固定体系在电缸推杆的移动方向前后移动。

6.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，将固定板通过螺栓分别与反力架立柱和钢板容器连接，为钢板容器提供支撑，将电缸通过螺栓与支撑板连接，将电缸推杆与挤压板固定连接，压力传感器与显示器通过导线连接。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，将固盾尾刷通过螺栓与长钢板连接，盾尾刷的两端通过盾尾刷附加垫板分别与前侧有机玻璃板和后侧钢板连接，通过有机玻璃板和后侧钢板挤压附加钢丝组，实现盾尾刷两侧的密封。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，将盾尾刷的钢丝组的前后护板宽度与盾尾刷底板宽度一质，钢丝组的宽度为280mm，左右各超出护板40mm。

9.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，将盾尾刷的挤压量设定为三级，一级模式为理想挤压模式，挤压量为100mm，模拟盾尾间隙为70mm；二级模式为正常工作模式，挤压量为50mm，模拟盾尾刷永久变形后的工作状态；三级模式为盾尾密封失效工作模式，挤压量为0mm，模拟盾尾刷由于疲劳破坏产生渗漏通道的工作状态。

10.一种盾尾水力击穿实验方法，其特征在于，适用于权利要求1至9任一项所述的盾尾水力击穿实验装置，所述方法包括：

A、设定试验参数，所述试验参数包括氮气压力的大小、盾尾刷的压紧力和压缩量；确定试验工况，根据氮气压力值的分级、盾尾刷的压紧模式组合工况；

B、将长钢板通过螺栓限位安装在连接板上，将盾尾刷通过螺栓连接在长钢板上；将挤压板、压力传感器固定连接到电缸的电动推杆前端，根据工况标定盾尾刷不同压缩量时的电缸推进距离d及压紧力p；

C、启动电缸，进行钢板容器左侧下部短钢板与盾尾刷的接触模式，安装上部短钢板；

D、安装钢板容器的前后两侧钢板，该前后两侧钢板压紧盾尾刷两侧超出的钢丝组；在钢板容器内依次充填密封油脂、浆液、土水，连接上部盖板，分别进行输气管路和气压表与上部盖板上预留孔的连接；

E、打开高压氮气瓶上的压力控制阀，向钢板容器输入氮气，通过氮气对钢板容器内的水土、浆液和密封油脂加压来挤压盾尾刷；

根据设定的试验参数，在通入氮气后一定时间通过钢板容器的有机玻璃一侧观察盾尾刷底部渗漏情况，逐步加压，观察盾尾刷底部由渗漏到喷涌的扩展机理，确定每一级盾尾刷压紧状态由渗漏发展为喷涌的密封油脂临界压力值；

根据电缸的顶出长度和压力传感器的数值确定盾尾刷的压缩量和压紧力，压力传感器测量盾尾刷的压紧力，显示器显示压力传感器测量出的盾尾刷的压紧力；

F、改变盾尾刷的压紧状态，重复进行加压，观察盾尾刷底部渗漏喷涌的发展过程，记录并整理数据，直至试验结束。