阅读说明：本技术 一种用于土体与金属界面间分档变压式的分区电渗减粘试验装置及试验方法 (partition electroosmosis viscosity reduction test device and test method for stepping and pressure changing between soil body and metal interface ) 是由 刘成 黄琳 仇涛 肖宇豪 马天龙 于 2019-08-26 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种用于土体与金属界面间分档变压式的分区电渗减粘试验装置及试验方法,该装置包括装置底座、电渗阳极、电渗阴极、分档变压装置、导电棒、导电片、装置盒、基座I、基座II、连接杆、螺栓；当装置与土体接触时,装置中的电渗阳极与基座I产生变形,导电棒向下移动,与连接不同电压的导电片相接触,实现不同受压状态下自动换档变压的效果,从而改变不同分区的电渗电压大小,是优化土体与金属界面间减粘降阻的有效手段。(the invention provides a zonal electroosmosis viscosity reduction test device and a test method for stepping and transforming pressure between a soil body and a metal interface, wherein the device comprises a device base, an electroosmosis anode, an electroosmosis cathode, a stepping transformation device, a conductive rod, a conductive sheet, a device box, a base I, a base II, a connecting rod and a bolt; when the device is contacted with the soil body, the electroosmosis anode in the device is deformed with the base I, the conducting rod moves downwards and is contacted with the conducting strips connected with different voltages, the effect of automatic gear shifting and voltage transformation under different pressed states is realized, the electroosmosis voltage of different partitions is changed, and the device is an effective means for optimizing viscosity reduction and resistance reduction between the soil body and a metal interface.)

一种用于土体与金属界面间分档变压式的分区电渗减粘试验 装置及试验方法

技术领域

本发明属于隧道与地下工程试验仪器技术领域，特别涉及一种用于土体与金属界面间分档变压式的分区电渗减粘试验装置及试验方法。

背景技术

随着我国经济的发展和科技的进步，隧道交通建设得到了加速发展，其中盾构技术发挥了重大的作用。盾构技术凭借其适用性高、施工速度快等优点得到了广泛应用，然而当盾构穿越富水富黏地层时，盾构刀盘中心区域极易形成泥饼并不断扩散，严重的刀盘结泥饼现象会造成刀具磨损严重、刀盘扭矩增大等问题，从而引起工程成本增加以及工期延误等连锁反应。因此，对刀盘与土体间的黏附问题进行探索，探索能有效消除土体与刀盘间黏附的方法，具有十分重要的现实意义。

目前已有很多的专家学者使用电渗方法开展试验研究；如：任露泉在《非光滑表面电渗减粘降阻应用研究》中将电渗方法与仿生技术结合，并将其应用到铲装机铲斗上，实验发现，在电渗情况下，推土阻力更小且减粘效果好。然而，装置不同部位与土体的黏附情况不同，现有的电渗减黏装置往往以额定的电压进行电渗试验，在试验过程中无法依据土体与装置不同位置间的实际黏附情况自主选取合适的电压进行电渗，以达到最佳的电渗效果。

为克服以上不足，本发明提出一种用于土体与金属界面间分档变压式的分区电渗减粘试验装置及试验方法，当装置与土体接触时，电渗阳极与基座I产生变形，导电棒向下移动，与连接不同电压的导电片相接触，实现不同受压状态下自动换档变压的效果，从而改变不同分区的电渗电压大小，是优化土体与金属界面间减粘降阻的有效手段。

发明内容

本发明提出一种用于土体与金属界面间分档变压式的分区电渗减粘试验装置及试验方法，其目的在于解决目前当装置与土体接触时无法依据土体与装置不同位置间的实际黏附情况自主选取合适的电压进行电渗的问题，当装置与土体接触时，各分区的基座I 8和电渗阳极2在不同荷载作用下，产生不同程度的变形，驱动分档变压装置4中的导电棒5产生不同幅度的上下滑动，造成各分区的供给电压产生变化，以达到控制各个分区的差异化电渗的效果。

一种用于土体与金属界面间分档变压式的分区电渗减粘试验装置，其特征在于，包括装置底座1、电渗阳极2、电渗阴极3、分档变压装置4、导电棒5、导电片6、装置盒7、基座I8、基座II 9、连接杆10、螺栓11；

所述装置底座1采用硬质绝缘材料，在上表面均匀开设9个宽度为3cm、深度为0.8cm的正方形槽，用以容纳电渗阴极3；下部中心位置设置连接杆10，使用螺栓11固定连接，连接杆10尾部设有凹槽和螺栓11，可与拉拔测力装置相连接；

所述电渗阴极3在中心位置开孔，容纳分档变压装置4；在分档变压装置4 上部设置基座I 8，基座I 8采用弹性绝缘憎水材料，以防止电渗过程中电渗阴极3处聚集的水造成装置短路；基座I 8嵌入电渗阴极3的孔内，保证基座I 8 受挤压后有充足的变形；

所述基座II 9呈螺旋形布置在电渗阴极3上，与基座I 8相连；基座II 9采用硬质绝缘憎水材料，以防止电渗过程中电渗阴极3处聚集的水造成装置短路；

所述电渗阳极2呈螺旋型布置在基座I 8和基座II 9上。

进一步地，所述分档变压装置4由导电棒5、导电片6及装置盒7组成；装置盒7采用绝缘材料，内部开设槽孔，容纳导电棒5和导电片6；

所述导电棒5一端与电渗阳极2连接，另一端与导电片6接触，当基座I 8 发生形变时，导电棒5可产生向下的位移；

所述导电棒5除与导电片6接触的端部位置外，外壁均涂有绝缘涂层，防止导电棒5向下运动时同时与两片导电片6接触；

所述导电片6一端呈钳状，保证与导电棒5的充分接触，一端固定在装置盒内壁，分三层等间距分布，由上到下依次与低电压、中电压和高电压的正极相连，电渗阴极3下任一点处与电源负极连接。

进一步地，所述各分区的基座I 8在不同荷载作用下，产生不同程度的变形，驱动分档变压装置4中的导电棒5产生不同幅度的上下滑动，造成各分区的供给电压产生变化，从而控制各个分区的差异化电渗。

一种用于土体与金属界面间分档变压式的分区电渗减粘试验方法，采用上述的用于土体与金属界面间分档变压式的分区电渗减粘试验装置进行电渗试验，包括以下步骤：

步骤1：将装置固定在拉拔试验装置上，各个分区的分档变压装置4和电渗阴极3均连接三个电压不同的外部电源的正极和负极，保证电路的联通；

步骤2：对装置施加法向压力，当装置与土体接触挤压时，各个分区的中心位置的电渗阳极2与基座I 8产生变形，使得导电棒6向下移动，依据受压形变大小的不同连入不同档位的电压；

步骤3：当装置与土体完全接触后，静置t min，保持电渗状态；

步骤4：静置t min后，对装置施加法向拉力，将装置拉拔出土体，电渗结束。

有益效果

本发明提出一种用于土体与金属界面间分档变压式的分区电渗减粘试验装置及试验方法，该装置包括装置底座1、电渗阳极2、电渗阴极3、分档变压装置4、导电棒5、导电片6、装置盒7、基座I 8、基座II 9、连接杆10、螺栓 11；当装置与土体接触时，各分区的基座I8和电渗阳极2在不同荷载作用下，产生不同程度的变形，驱动分档变压装置4中的导电棒5产生不同幅度的上下滑动，造成各分区的供给电压产生变化，以达到控制各个分区的差异化电渗的效果，有效地解决了目前当装置与土体接触时无法依据土体与装置不同位置间的实际黏附情况自主选取合适的电压进行电渗的问题。

附图说明

图1为本发明所述的装置结构示意图，其中(a)为装置剖面图，(b)为装置俯视图；

图2为分档变压装置与电渗阳极连接示意图；

图3为分档变压装置结构俯视图

标号说明：装置底座1、电渗阳极2、电渗阴极3、分档变压装置4、导电棒5、导电片6、装置盒7、基座I 8、基座II 9、连接杆10、螺栓11。

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。

如图1-3所示，一种用于土体与金属界面间分档变压式的分区电渗减粘试验装置，其特征在于，包括装置底座1、电渗阳极2、电渗阴极3、分档变压装置 4、导电棒5、导电片6、装置盒7、基座I 8、基座II 9、连接杆10、螺栓11；

所述装置底座1采用硬质绝缘材料，在上表面均匀开设9个宽度为3cm、深度为0.8cm的正方形槽，用以容纳电渗阴极3；下部中心位置设置连接杆10，使用螺栓11固定连接，连接杆10尾部设有凹槽和螺栓11，可与拉拔测力装置相连接；

所述电渗阴极3在中心位置开孔，容纳分档变压装置4；在分档变压装置4 上部设置基座I 8，基座I 8采用弹性绝缘憎水材料，以防止电渗过程中电渗阴极3处聚集的水造成装置短路；基座I 8嵌入电渗阴极3的孔内，保证基座I 8 受挤压后有充足的变形；

所述基座II 9呈螺旋形布置在电渗阴极3上，与基座I 8相连；基座II 9采用硬质绝缘憎水材料，以防止电渗过程中电渗阴极3处聚集的水造成装置短路；

所述电渗阳极2呈螺旋型布置在基座I 8和基座II 9上。

进一步地，所述分档变压装置4由导电棒5、导电片6及装置盒7组成；装置盒7采用绝缘材料，内部开设槽孔，容纳导电棒5和导电片6；

所述导电棒5一端与电渗阳极2连接，另一端与导电片6接触，当基座I 8 发生形变时，导电棒5可产生向下的位移；

所述导电棒5除与导电片6接触的端部位置外，外壁均涂有绝缘涂层，防止导电棒5向下运动时同时与两片导电片6接触；

所述导电片6一端呈钳状，保证与导电棒5的充分接触，一端固定在装置盒内壁，分三层等间距分布，由上到下依次与低电压、中电压和高电压的正极相连，电渗阴极3下任一点处与电源负极连接。

进一步地，所述各分区的基座I 8在不同荷载作用下，产生不同程度的变形，驱动分档变压装置4中的导电棒5产生不同幅度的上下滑动，造成各分区的供给电压产生变化，从而控制各个分区的差异化电渗。

一种用于土体与金属界面间分档变压式的分区电渗减粘试验方法，采用上述的用于土体与金属界面间分档变压式的分区电渗减粘试验装置进行电渗试验，包括以下步骤：

步骤1：将装置固定在拉拔试验装置上，各个分区的分档变压装置4和电渗阴极3均连接三个电压不同的外部电源的正极和负极，保证电路的联通；

步骤2：对装置施加法向压力，当装置与土体接触挤压时，各个分区的中心位置的电渗阳极2与基座I 8产生变形，使得导电棒6向下移动，依据受压形变大小的不同连入不同档位的电压；

步骤3：当装置与土体完全接触后，静置t min，保持电渗状态；

步骤4：静置t min后，对装置施加法向拉力，将装置拉拔出土体，电渗结束。

本发明中应用了具体实施例对发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对发明的限制。