一种套管式土体一维向水热迁移测试装置及测试方法
阅读说明：本技术 一种套管式土体一维向水热迁移测试装置及测试方法 (Casing pipe type soil body one-dimensional hydrothermal migration testing device and testing method ) 是由 刘成 仇涛 马天龙 王海波 吕伟华 黄琳 于 2020-07-05 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种套管式土体一维向水热迁移测试装置及测试方法,该装置包括套管、盖板、加热板、螺丝、针式传感器、透水石、多孔底板、试验土等；本发明可以开展土体一维向水热迁移规律的试验测定,能够对不同含水率的土样进行局部加热试验,切样测试并观察距加热面不同距离位置处的温度及含水率状况,分析一维向的水热迁移规律；可用于模拟盾构机掘进过程中金属刀盘结泥饼后因摩擦生热产生高温,影响开挖面土体性质而加速泥饼生成,为解决刀盘结泥饼这一常见工程难题,获得盾构泥饼的形成机理和发展规律提供一种测试手段。(The invention discloses a casing pipe type soil body one-dimensional hydrothermal migration testing device and a testing method, wherein the device comprises a casing pipe, a cover plate, a heating plate, screws, a needle type sensor, permeable stones, a porous bottom plate, test soil and the like; the invention can carry out test determination of the one-dimensional hydrothermal migration rule of the soil body, can carry out local heating test on soil samples with different water contents, cut the samples, test and observe the temperature and the water content conditions at different distances from a heating surface, and analyze the one-dimensional hydrothermal migration rule; the method can be used for simulating that high temperature is generated due to friction heating after the mud cake is formed on the metal cutter head in the tunneling process of the shield tunneling machine, the property of the soil body of the excavation surface is influenced, and the generation of the mud cake is accelerated, so that the common engineering problem that the mud cake is formed on the cutter head is solved, and a test means is provided for obtaining the formation mechanism and the development rule of the shield mud cake.)
技术领域
本发明属于岩土工程模型试验技术领域，尤其涉及一种土工模型土的一维向水热迁移测试装置及测试方法。
背景技术
盾构刀盘穿越黏土地层时切削下来的黏土碎屑会粘附在刀盘表面，经刀盘挤压作用形成固体或半固体块状物，并粘附阻塞刀盘，导致切削地层时刀具贯入度降低，使盾构开挖效率下降，因此土壤与刀盘表面粘附是造成刀盘表面产生泥饼的重要原因之一。泥饼的存在不仅会导致盾构刀盘扭矩的增大，还会堵塞排浆管的吸浆口，将严重影响盾构施工技术和施工安全，渣土改良、泥饼清除、盾构系统改造、停机开舱作业、风险防范等一系列施工问题的处理与修复，大大增加了施工成本。
在正常工作情况下，盾构刀盘的温度一般为40～50℃，但是在盾构的掘进过程中，特别是在复合地层的条件下，随着泥饼形成与增大的作用下，刀盘扭矩、总推力的大幅增大、推进速度减慢，导致刀盘温度高达400～500℃，甚至更高。
研究表明，土体的含水率、温度对于土体与界面的粘附特性影响较大，因此想要获得盾构泥饼的形成机理和发展规律，解决刀盘结泥饼这一常见工程难题，需要了解受刀盘高温影响开挖面土体的性质，因此研究土体加热状态下的水热迁移规律是必要的。本发明能够提供一种套管式土体一维向水热迁移测试装置及测试方法，为解决温度对土体性质影响的规律提供一种测试手段。
发明内容
为研究土体加热状态下土体中的水份以及温度的变化规律，本发明提供了一种模型试验套管式土体一维向水热迁移测试装置及测试方法，能够对不同含水率的土样进行局部加热试验，获取距离加热面不同距离位置处的温度及含水率状况，分析一维向的水热迁移规律。
本发明所采用的技术方案是：
一种套管式土体一维向水热迁移测试装置，其特征在于：所述装置由套管、盖板、加热板、螺丝、针式传感器、透水石、多孔底板、试验土等组成；多段环形套管以螺丝固定相互拼接，最左端以螺丝固定多孔底板，底板右侧紧贴透水石，最右端以螺丝固定盖板，形成土箱；土箱中填充试验土，试验土与加热板紧贴。
所述套管内壁设有一层保温层，每层套管一端内圈部分凹陷形成对位槽，另一端内圈部分突出，突出部分外沿设有一圈密封橡胶，套管间首尾相互搭接以螺丝固定，每层套管管身开有小孔供针式传感器***。
所述多孔底板与搭接套管间以螺丝相互固定，多孔底板板面开有若干小孔，透水石紧贴多孔底板内部。
所述盖板与搭接套管间以螺丝相互固定，盖板内部设置有加热板。
一种套管式土体一维向水热迁移测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)根据试验土体水热迁移距离的要求，确定套管层数，将套管相互搭接并以螺丝固定，安装固定多孔底板，在内壁涂抹一层凡士林，置入透水石；
(2)裁剪一片与透水石相同截面大小的滤纸，置入套管中与透水石相贴，分层填入试验土并捣实至套管口；
(3)分层填入试验土并捣实至套管口；
(4)盖上盖板，使加热板与试验土贴合，固定盖板；
(5)将装置水平放置，将针式传感器从套管管身小孔***土体当中；
(6)接通加热板电源，连接针式传感器至数据采集装置，打开数据采集装置，进行温度数据采集；
(7)试验结束后，关闭电源、传感器，拔出针式传感器，打开盖板，依次拆除套管，每拆除一层套管，将土样沿套管顶面用土工试验切土钢丝锯整齐切片，经称重、烘干后记录距加热面不同距离处的土体含水率变化情况。
有益效果
本发明可以开展土体一维向水热迁移规律的试验测定，可用于模拟盾构机掘进过程中金属刀盘结泥饼后因摩擦生热产生高温，影响开挖面土体性质而加速泥饼生成，为解决刀盘结泥饼这一常见工程难题，获得盾构泥饼的形成机理和发展规律提供一种测试手段。
附图说明：
图1是本发明提供的套管式土体一维向水热迁移测试装置的三维图；
图2是本发明提供的套管式土体一维向水热迁移测试装置的结构图；
图3是图1底板部分截面图；
图4是图1盖板部分截面图；
图5是图1套管部分截面图；
图6是图1套管联接剖面图；
在附图1-6中
套管1、盖板2、加热板3、螺丝4、针式传感器5、透水石6、多孔底板7、试验土8、保温层9、密封橡胶10。
具体实施方式
：
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。
如图1～6所示，一种套管式土体一维向水热迁移测试装置及测试方法，其特征在于：
一种套管式土体一维向水热迁移测试装置，其特征在于：所述装置由套管1、盖板2、加热板3、螺丝4、针式传感器5、透水石6、多孔底板7、试验土8等组成。多段环形套管1以螺丝4固定相互拼接，最左端以螺丝4固定多孔底板7，底板右侧紧贴透水石6，最右端以螺丝4固定盖板2，形成土箱；土箱中填充试验土8，试验土8与加热板3紧贴。
所述套管1内壁设有一层保温层9，每层套管1一端内圈部分凹陷形成对位槽，另一端内圈部分突出，突出部分外沿设有一圈密封橡胶10，套管1间以对位槽对位，首尾相互搭接后以螺丝4固定，套管1层数按照试验加热影响范围的需求确定；每层套管1管身开有小孔供针式传感器5***，为保证小孔部分与针式传感器5之间的密封性，在***针式传感器5之后用热石蜡或热树脂填充小孔部分与针式传感器5之间的空隙；所述套管1可以为空心圆柱体或空心棱柱体中的一种，采用金属或工程塑料制成；所述针式传感器5可以为温度传感器、土壤水份传感器或者多功能传感器。
所述多孔底板7与搭接套管1间以螺丝4相互固定，多孔底板7板面开有若干小孔，透水石6紧贴多孔底板7内部，在水热迁移试验中由于套管1壁密封，底部为唯一出透口，实现一维向水热迁移。
所述盖板2与搭接套管1间以螺丝4相互固定，盖板2内部设置有加热板3，所述加热板3的尺寸大小根据试验模拟比例确定，加热功率及温度可根据试验的加热温度要求进行控制。
所述试验土8的土类、含水率密实度等参数根据试验要求确定，每搭接固定1～2环套管1，分层填入试验土8并捣实。