[發(fā)明專利]多工況土壓平衡盾構(gòu)渣土工作性測試模擬試驗系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010041694.9
• 申請日: 2020-01-15
• 公開（公告）號: CN111255471B
• 公開（公告）日: 2020-11-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊果林;張沛然;劉歡;肖洪波;王灝
• 申請（專利權(quán)）人: 中南大學(xué)
• 主分類號: E21D9/087
• 分類號: E21D9/087;E21D9/00;E21D9/12;E21F17/18;E21F17/00;G09B25/04
• 代理公司: 長沙歐諾專利代理事務(wù)所(普通合伙) 43234
• 代理人: 歐穎;張文君

1.一種多工況土壓平衡盾構(gòu)渣土工作性測試模擬試驗系統(tǒng)，其特征在于，包括試驗筒(1)、固定板(21)、活動板(22)、透水墊一(23)、透水墊二(24)、剪切桿(4)、剪切傳動桿(41)、軸向加載裝置(5)、軸向位移傳感器(52)、徑向擠壓環(huán)囊(6)、試驗倉壓力傳感器(60)、水壓調(diào)節(jié)閥(83)、氣壓調(diào)節(jié)閥二(37)、流量控制閥與控制終端(9)；

所述試驗筒的軸向方向沿水平方向設(shè)置，試驗筒軸向左端通過其封板(11)封閉，試驗筒軸向右端設(shè)有開口，右端開口通過可拆除的端蓋(12)封閉，所述固定板與活動板上均設(shè)有透水孔(13)且兩者的板面均沿豎直方向設(shè)置，固定板固定在試驗筒內(nèi)的左端，固定板與試驗筒的封板之間沿試驗筒軸向方向保持有用于構(gòu)成左容腔(14)的間距一，活動板可活動的設(shè)置在試驗筒內(nèi)的右端，固定板與活動板之間沿試驗筒軸向方向保持有用于構(gòu)成試驗倉(15)的間距二，活動板與試驗筒端蓋之間沿試驗筒軸向方向保持有用于構(gòu)成右容腔(16)的間距三，所述透水墊一用于隔設(shè)在固定板與試驗倉內(nèi)的土樣之間，所述透水墊二用于隔設(shè)在活動板與試驗倉內(nèi)的土樣之間；

所述軸向加載裝置包括設(shè)置用于沿試驗筒軸向方向抵設(shè)在端蓋與活動板之間的加壓氣缸(51)，所述軸向位移傳感器連接在活動板與端蓋之間或者連接在活動板與加壓氣缸缸體之間或者連接在加壓氣缸活塞桿與加壓氣缸缸體之間；軸向位移傳感器用于測量土樣沿試驗筒軸向方向的長度變化，進(jìn)而計算土樣的軸向變形；軸向加載裝置的加載力用于模擬盾構(gòu)機(jī)的軸向頂推機(jī)構(gòu)對土倉施加的頂推力；

所述試驗筒的筒壁對應(yīng)左容腔的頂部位置設(shè)置有進(jìn)水口(17)，所述試驗筒的進(jìn)水口連接有進(jìn)水管路，試驗筒的進(jìn)水管路上設(shè)置有用于調(diào)節(jié)試驗倉進(jìn)水壓力的所述水壓調(diào)節(jié)閥，所述加壓氣缸的進(jìn)氣管路上連接有用于調(diào)節(jié)加壓氣缸進(jìn)氣壓力的所述氣壓調(diào)節(jié)閥二；

所述徑向擠壓環(huán)囊設(shè)置在試驗倉中且位于土樣外圍，徑向擠壓環(huán)囊內(nèi)部填充有流體壓力介質(zhì)，在流體壓力介質(zhì)的壓力作用下，徑向擠壓環(huán)囊的外壁與試驗倉內(nèi)壁貼合，徑向擠壓環(huán)囊的內(nèi)壁用于對土樣施加徑向的擠壓力，所述徑向擠壓環(huán)囊的體積與厚度可隨著充入的流體流量變化而變化，進(jìn)而使土樣的體積發(fā)生變化，以用于模擬盾構(gòu)機(jī)螺旋輸送機(jī)構(gòu)的不同排土速度；

所述徑向擠壓環(huán)囊的流體輸送管路上設(shè)置有用于控制進(jìn)入徑向擠壓環(huán)囊內(nèi)的流體壓力介質(zhì)流量的所述流量控制閥；

所述水壓調(diào)節(jié)閥、氣壓調(diào)節(jié)閥二與流量控制閥均與所述控制終端(9)電連接，控制終端用于通過對水壓調(diào)節(jié)閥、氣壓調(diào)節(jié)閥二與流量控制閥的電信號進(jìn)行同步調(diào)節(jié)而使試驗倉中的土樣被施加同步變化的進(jìn)水壓力、軸向加載力與徑向擠壓力，即實(shí)現(xiàn)土壓與水壓的同步變化；

所述試驗倉壓力傳感器設(shè)置在徑向擠壓環(huán)囊的內(nèi)壁上，且所述試驗倉壓力傳感器為沿試驗筒軸向方向間距設(shè)置的若干個或若干組；試驗倉壓力傳感器用于監(jiān)測在不同的頂推力與不同的排土速度下，試驗倉中的土樣的孔隙水壓力，進(jìn)而用于結(jié)合軸向加載裝置的加載力計算試驗倉中的土樣的有效應(yīng)力；

所述剪切傳動桿的左端位于試驗倉內(nèi)，剪切傳動桿的右端從左至右依次穿過透水墊二、活動板及端蓋上設(shè)置的過孔后伸至試驗筒外并與傳動機(jī)構(gòu)連接，所述剪切桿設(shè)置在試驗倉內(nèi)且與所述剪切傳動桿連接，所述傳動機(jī)構(gòu)上設(shè)置有扭矩傳感器(42)；扭矩傳感器用于測量計算不同的模擬工況下，即不同的模擬頂推力和/或不同的模擬排土速度下，土樣的剪切強(qiáng)度變化情況。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多工況土壓平衡盾構(gòu)渣土工作性測試模擬試驗系統(tǒng)，其特征在于，所述多工況土壓平衡盾構(gòu)渣土工作性測試模擬試驗系統(tǒng)還包括電機(jī)(31)、空氣壓縮機(jī)(32)、儲氣罐(33)、第一氣路(34)、氣壓調(diào)節(jié)閥一(35)、第二氣路(36)、第三氣路(38)與氣壓調(diào)節(jié)閥三(39)，所述電機(jī)用于連接驅(qū)動所述空氣壓縮機(jī)，所述儲氣罐入口與空氣壓縮機(jī)的出口連接，儲氣罐用于存儲壓力氣體，所述第一氣路、第二氣路與第三氣路的一端均連接到儲氣罐的出口，所述第一氣路的另一端用于連接試驗筒的進(jìn)水管路，第二氣路的另一端用于連接軸向加載裝置的加壓氣缸，即作為所述加壓氣缸的進(jìn)氣管路，所述第三氣路的另一端用于對所述徑向擠壓環(huán)囊提供流體充填所需的壓力，所述氣壓調(diào)節(jié)閥一設(shè)置在第一氣路上，氣壓調(diào)節(jié)閥二設(shè)置在第二氣路上，氣壓調(diào)節(jié)閥三設(shè)置在第三氣路上，氣壓調(diào)節(jié)閥一用于調(diào)節(jié)水箱一的供水壓力，氣壓調(diào)節(jié)閥二用于調(diào)節(jié)軸向加載裝置的加壓氣缸的進(jìn)氣壓力，氣壓調(diào)節(jié)閥三用于調(diào)節(jié)徑向擠壓環(huán)囊的流體充填壓力。