[發明專利]砂土磨蝕性測試實驗裝置及砂土磨損系數的標定實驗方法

在審

• 申請號: 201810589544.4
• 申請日: 2018-06-08
• 公開（公告）號: CN108645738A
• 公開（公告）日: 2018-10-12
• 發明（設計）人: 李興高;牟舉文;袁大軍;許宇;楊益;蘇偉林;曹影峰;李瀚源
• 申請（專利權）人: 北京交通大學
• 主分類號: G01N3/56
• 分類號: G01N3/56
• 代理公司: 北京市商泰律師事務所 11255
• 代理人: 鄒芳德

本發明公開了一種砂土磨蝕性測試實驗裝置及砂土磨損系數的標定實驗方法，該裝置包括土體承載筒、驅動機構、磨蝕機構、加載機構、伺服控制裝置，通過伺服控制裝置控制驅動機構為磨蝕機構提供不同的轉速，通過加載機構為磨蝕機構提供加載力，從而使土體承載筒中的砂土對磨蝕機構進行磨蝕，測定磨損量數據。本發明可研究不同含水率砂土、不同顆粒級配砂土對盾構刀具材料的磨損規律及影響效果；可測定不同轉速和承載壓力下的刀具磨損量，繪制出磨損特性曲線，通過調節離散元仿真軟件中的磨損系數，模擬不同條件下的磨蝕性試驗得到相同的特性曲線，可準確標定出實驗用砂土對刀具的相應磨損系數，為后續離散元仿真模擬研究盾構刀具磨損提供必要的依據。

技術領域

本發明涉及盾構工程模擬測試實驗技術領域，具體涉及一種砂土磨蝕性測試實驗裝置及砂土磨損系數的標定實驗方法。

背景技術

采用盾構法對地下隧道等進行施工，可兼顧施工安全、掘進速度、復雜地層適應性和地表沉降控制等要求，已成為修建我國城市地鐵隧道的主要工法。但是，盾構法施工避免不了土體對施工刀具的磨損，刀具磨損降低了施工效率，影響施工質量，增加了施工成本。在盾構刀具磨損研究過程中，如何量測及評價刀具在相應土層下施工的磨損及規律成為當前亟待解決的一個問題。室內實驗及數值仿真模擬是科研人員進行此項研究的重要方法之一，因此完善相應實驗配套設施、數值仿真環境對盾構刀具磨損研究有著重要的意義。

發明內容

本發明的目的在于提供一種可研究不同含水率砂土、不同顆粒級配砂土對盾構刀具材料的磨損規律及影響效果，能夠準確標定出實驗用砂土對刀具的相應磨損系數的砂土磨蝕性測試實驗裝置及砂土磨損系數的標定實驗方法，以解決上述背景技術中的技術問題。

為了實現上述目的，本發明采取了如下技術方案：

一方面，本發明提供的一種砂土磨蝕性測試實驗裝置，該裝置包括土體承載筒、驅動機構、磨蝕機構、加載機構、伺服控制裝置，所述土體承載筒用于盛裝砂土，所述驅動機構設于所述土體承載筒的上方，用于驅動所述磨蝕機構與所述土體承載筒內的砂土發生相對旋轉；所述加載機構用于為所述磨蝕機構提供磨蝕加載力，以使所述磨蝕機構與砂土發生相對旋轉時使砂土對所述磨蝕機構進行磨蝕；所述伺服控制裝置電連接所述驅動機構，用于控制所述驅動機構為所述磨蝕機構提供不同的轉速。

進一步的，所述土體承載筒包括底座、筒體和頂蓋，所述筒體固定于所述底座的上方，所述頂蓋可拆卸連接于所述筒體的上端；所述筒體的開口處設有折邊，所述折邊及所述頂蓋上設有相對的通孔，所述頂蓋通過設于所述通孔內的螺栓可拆卸連接在所述筒體上。

進一步的，所述驅動機構包括伺服電機、旋轉軸，所述伺服電機設于所述頂蓋的上方，所述伺服電機與所述旋轉軸傳動連接，所述旋轉軸穿過所述頂蓋的中心處伸入所述筒體內。

進一步的，所述磨蝕機構包括旋轉盤，所述旋轉軸穿過所述旋轉盤的中部與所述旋轉盤滑鍵連接；所述底座的中部固定有旋轉軸承，所述旋轉軸的底端與所述旋轉軸承的內圈連接，所述旋轉盤的下表面均勻可拆卸連接有若干磨蝕部件。

進一步的，所述磨蝕性部件為錐型釘。

進一步的，所述錐型釘的高度為20mm，所述錐型釘的頂角的角度為 30°。

進一步的，所述旋轉盤上均勻設有若干通孔，所述錐型釘的底面中部設有螺紋盲孔，通過穿過所述旋轉盤上的通孔的螺栓與所述螺紋盲孔的配合使所述錐型釘可拆卸連接在所述旋轉盤的下表面。

進一步的，所述加載機構包括多個具有確定重量的砝碼盤，所述砝碼盤位于所述旋轉盤的上，所述旋轉軸穿過所述砝碼盤的中部與所述砝碼盤滑鍵連接。

進一步的，所述旋轉軸上軸向固定有滑鍵，所述旋轉盤的中部、所述砝碼盤的中部均設有供所述旋轉軸穿過的通孔，所述通孔上設有與所述滑鍵相配合的鍵槽。