[發明專利]一種盾尾水力擊穿實驗裝置及方法

在審

• 申請號: 202210332467.0
• 申請日: 2022-03-31
• 公開（公告）號: CN114813412A
• 公開（公告）日: 2022-07-29
• 發明（設計）人: 金大龍;袁大軍;姚占虎;成曉青;勾常春;甘洋洋;郭海鵬
• 申請（專利權）人: 北京交通大學
• 主分類號: G01N3/36
• 分類號: G01N3/36
• 代理公司: 北京市商泰律師事務所 11255
• 代理人: 黃曉軍

1.一種盾尾水力擊穿實驗裝置，其特征在于，包括：高壓氮氣瓶、鋼板容器、輸氣管路、反力架、有機玻璃、壓力傳感器、顯示器、盾尾刷和電缸；

所述盾尾刷通過螺栓與所述鋼板容器連接，所述高壓氮氣瓶與所述鋼板容器通過輸氣管路連接，所述電缸固定在反力架上的鋼板上，所述電缸的電動推桿前端與壓力傳感器、顯示器和擠壓盾尾刷的鋼板固定連接；

通過所述高壓氮氣瓶上的壓力控制閥向鋼板容器內輸入氮氣，通過氮氣對鋼板容器內的水土、漿液和密封油脂加壓，擠壓盾尾刷，所述電缸電動推桿的頂出距離控制所述盾尾刷的壓緊量，所述壓力傳感器測量盾尾刷的壓緊力，顯示器顯示壓力傳感器測量出的盾尾刷的壓緊力；

通過有機玻璃觀察盾尾刷底部的油脂、水土、漿液的滲漏噴涌現象發展過程。

2.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，在鋼板容器的下方設置接收槽，通過接收槽接收試驗過程中鋼板容器中滲漏出的油脂和漿液，所述鋼板容器頂部的蓋板開兩個孔連接輸氣管路和氣壓表，通過氣壓表記錄鋼板容器內的壓力值。

3.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述反力架的組成包括兩個門式剛架通過縱向的三塊鋼板連接，所述反力架與所述鋼板容器之間通過四塊截面尺寸相等的鋼板連接，所述鋼板的兩端均通過螺栓分別與反力架立柱和鋼板容器連接。

4.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述鋼板容器包括三面鋼板與一面有機玻璃板，鋼板容器的前側板為有機玻璃板，左側鋼板為上下兩塊短鋼板通過彎折部分的螺栓連接，右側鋼板的左右兩面用螺栓分別與反力架和盾尾刷連接，所述鋼板容器的左側下部的短鋼板連接電缸推桿，上部鋼板待下部鋼板移動結束后再通過螺栓固定于下部鋼板。

5.根據權利要求4所述的裝置，其特征在于，所述電缸通過螺栓固定在反力架左側的第三塊鋼板上，所述鋼板容器左側下部短鋼板與壓力傳感器、電缸及反力架構成固定體系，該固定體系在電缸推桿的移動方向前后移動。

6.根據權利要求3所述的裝置，其特征在于，將固定板通過螺栓分別與反力架立柱和鋼板容器連接，為鋼板容器提供支撐，將電缸通過螺栓與支撐板連接，將電缸推桿與擠壓板固定連接，壓力傳感器與顯示器通過導線連接。

7.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，將固盾尾刷通過螺栓與長鋼板連接，盾尾刷的兩端通過盾尾刷附加墊板分別與前側有機玻璃板和后側鋼板連接，通過有機玻璃板和后側鋼板擠壓附加鋼絲組，實現盾尾刷兩側的密封。

8.根據權利要求7所述的裝置，其特征在于，將盾尾刷的鋼絲組的前后護板寬度與盾尾刷底板寬度一質，鋼絲組的寬度為280mm，左右各超出護板40mm。

9.根據權利要求7所述的裝置，其特征在于，將盾尾刷的擠壓量設定為三級，一級模式為理想擠壓模式，擠壓量為100mm，模擬盾尾間隙為70mm；二級模式為正常工作模式，擠壓量為50mm，模擬盾尾刷永久變形后的工作狀態；三級模式為盾尾密封失效工作模式，擠壓量為0mm，模擬盾尾刷由于疲勞破壞產生滲漏通道的工作狀態。

10.一種盾尾水力擊穿實驗方法，其特征在于，適用于權利要求1至9任一項所述的盾尾水力擊穿實驗裝置，所述方法包括：

A、設定試驗參數，所述試驗參數包括氮氣壓力的大小、盾尾刷的壓緊力和壓縮量；確定試驗工況，根據氮氣壓力值的分級、盾尾刷的壓緊模式組合工況；

B、將長鋼板通過螺栓限位安裝在連接板上，將盾尾刷通過螺栓連接在長鋼板上；將擠壓板、壓力傳感器固定連接到電缸的電動推桿前端，根據工況標定盾尾刷不同壓縮量時的電缸推進距離d及壓緊力p；

C、啟動電缸，進行鋼板容器左側下部短鋼板與盾尾刷的接觸模式，安裝上部短鋼板；

D、安裝鋼板容器的前后兩側鋼板，該前后兩側鋼板壓緊盾尾刷兩側超出的鋼絲組；在鋼板容器內依次充填密封油脂、漿液、土水，連接上部蓋板，分別進行輸氣管路和氣壓表與上部蓋板上預留孔的連接；

E、打開高壓氮氣瓶上的壓力控制閥，向鋼板容器輸入氮氣，通過氮氣對鋼板容器內的水土、漿液和密封油脂加壓來擠壓盾尾刷；

根據設定的試驗參數，在通入氮氣后一定時間通過鋼板容器的有機玻璃一側觀察盾尾刷底部滲漏情況，逐步加壓，觀察盾尾刷底部由滲漏到噴涌的擴展機理，確定每一級盾尾刷壓緊狀態由滲漏發展為噴涌的密封油脂臨界壓力值；

根據電缸的頂出長度和壓力傳感器的數值確定盾尾刷的壓縮量和壓緊力，壓力傳感器測量盾尾刷的壓緊力，顯示器顯示壓力傳感器測量出的盾尾刷的壓緊力；

F、改變盾尾刷的壓緊狀態，重復進行加壓，觀察盾尾刷底部滲漏噴涌的發展過程，記錄并整理數據，直至試驗結束。