盾构隧道弹性密封垫成品老化检测方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于隧道及地下工程工程领域，涉及盾构隧道弹性密封垫成品老化检测方 法。
【背景技术】
[0002] 目前密封垫老化检测停留在用常规夹具在常温下夹持密封垫来进行检测。由于我 们要反映密封垫的长期（百年）防水性能，所以常温实验的实验时间难免要持续的长一些。 然而密封垫老化前期主要是物理应力松弛，后期才慢慢以化学反应造成的应力松弛为主， 常温实验往往只能反映前者，所以结果也不能做到准确有效。另外，以往在测算密封垫的应 力松弛时，都是用夹具夹持一段时间后，取下密封垫量取其高度，求出夹持后高度与夹持前 高度之比，以此表征密封垫老化特性。密封垫防水性能主要体现在密封垫之间的接触应力， 虽然长期老化引起的应力松弛与密封垫试件的高度缩减率存在一定的关系，但并非严格对 应关系，因此用高度缩减率作为老化性能的表征并不十分科学。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的在于提供一种密封垫老化检测方法，此检测方法可缩短实验时间， 且大大提高实验结果的科学性与有效性，克服前述现有技术的缺点。
[0004] 为实现上述目的，本发明的解决方案是：由于整个过程中产品一直处于压缩状态 下，属于静态密封。因此，可采用烘箱高温加速其老化。研宄表明，在一定的温度范围内，常 温老化和高温烘箱加速老化的机理是相同的。
[0005] 盾构隧道弹性密封垫成品老化检测方法采用高温老化箱实验反映长期应力松弛； 用高温应力计测得的接触应力计算应力松弛率。
[0006] 一种盾构隧道弹性密封垫成品老化检测方法，用高温老化箱实验模拟密封垫的长 期应力松弛；根据高温应力计测得的接触应力计算密封垫的应力松弛率。
[0007] 进一步，包括以下步骤：
[0008] (1)在常温下用夹具夹持密封垫进行应力松弛实验，待其应力衰减稳定后，得到短 期的应力松弛系数，即压缩后高温薄膜应力计的值与刚压缩时高温薄膜应力计取值之比；
[0009] ⑵在不同高温下，取不同的温度点分别进行老化实验，测得关键时间点的接触应 力；
[0010] (3)对密封垫各接缝张开量状态下的应力松弛数据进行回归；计算反映化学应力 松弛的长期的应力松弛率；
[0011] (4)以短期应力松弛率乘上长期应力松弛率可得到最终的应力松弛率，即可反映 密封垫的老化程度。
[0012] 步骤（2)中至少取3个温度点分别进行老化实验。
[0013] 步骤（2)中用试件上贴着的高温薄膜应力传感器测得关键时间点的接触应力；优 选的，所述高温薄膜测力传感器的适用温度为_9°C~204°C ;优选的，所述关键时间点包括 0· 5d、ld、2d、5d、7d、IOcU 15d，20d，30d，40d。
[0014] 步骤（3)中采用反应松弛系数随老化温度及老化时间变化的P-T-t三元数学模 型，并应用统计学软件SPSS的非线性回归分析对密封垫各接缝张开量状态下的应力松弛 数据进行回归。
[0015] 所述的P-T-t三元数学模型如下：
[0016]
[0017] 〇为压缩后高温薄膜应力计的值；〇 C1为刚压缩时高温薄膜应力计取值；
[0018] B、B2均为与温度无关的常数；T为老化温度；t为老化时间t。
[0019] 步骤（3)中：应力松弛性能随时间变化的P~t~T关系式如下：
[0020]
[0021] 式中，B。= log(A/2. 303) ;B -E/2. 303R ;B2= a ;其中：8、8。、81、82都是与温度 无关的常数;A、a均为与老化温度T无关的常数；E为反应活化能；R-摩尔气体常数；
[0022] 模拟得到B、B。、B2的值，用以计算长期应力。
[0023] 步骤（3)中，非线性回归过程根据Levenberg-Marquardt算法进行迭代来估算回 归参数，使得残差平方和最小化；优选的，设定残差平方和相对减小量接近l.〇Xl〇_8时迭 代结束。
[0024] 步骤（3)中：对于非线性的回归方程，判断估计曲线的优劣是要通过检验样本数 据聚集在样本估计曲线的密集程度，从而判断其对样本数据的代表程度；估计曲线的拟合 优度一般用判定系数R2表示：
[0025]
(4)
[0026] 式中y是实际观测值，7是样本均值，夕是曲线理论回归值；若所有观测值y都落 在回归曲线上，那么R2= 1，拟合是完全的；如果回归曲线没有解释任何离差，y的总离差全 部归于残差平方和，那么R2= 〇, R2越接近1，表示拟合程度越好；优选的，通过下式计算回 归方程的剩余标准差S :
[0027]
[0028] 其中
一一剩余平方和
[0029] fQ 剩余标准差自由度
[0030] 通过模拟得到B、B。、B2的值用以计算长期的应力松弛率。
[0031] 步骤（2)中采用60°C、80°C、100°C三个温度进行实验，将所获得数据通过数理统 计分析得到常温下的弹性密封垫应力衰减规律。
[0032] 由于采用了上述方案，本发明具有以下优点：
[0033] 1)、采用高温老化箱进行高温实验代替密封垫常温实验，可缩短实验时间；
[0034] 2)、采用高温薄膜测力传感器测得的密封垫接触应力取代高度缩减率来表征密封 垫的老化程度，实验结果更加有效精确；
[0035] 3)、整个实验的操作流程是通过高温老化箱实验得到T、t、〇〇 ^的系列数据，然 后通过非线性回归分析得到弹性密封垫的长期应力衰减率，检测方法科学准确，可操作性 强。
【具体实施方式】
[0036] 以下对结合实施例对本发明作进一步的说明。
[0037] 为了检测密封垫的老化程度，本发明包括以下步骤：
[0038] 第一步：在常温下用夹具夹持密封垫进行应力松弛实验，待其应力衰减稳定后，得 到短期的应力松弛系数（σ / 〇 ^，即压缩后高温薄膜应力计的值与刚压缩时高温薄膜应力 计取值之比）。此系数主要反映物理应力松弛。
[0039] 第二步：在不同高温下，至少取3个温度点，
[0040] 如将高温老化箱依次设成60°C、80°C、100°C分别进行老化实验，用试件上贴着的 高温薄膜应力传感器测得关键时间点（一般取〇· 5d、ld、2d、5d、7d、IOcU 15d，20d，30d，40d) 的接触应力。一般实验量如表1中所示。
[0041] 表1试验内容
[0042]
[0044] 第三步：采用反应松弛系数（P = σ / σ ^随老化温度（T)及老化时间（t)变化的 P-T-t三元数学模型（式1)，并应用统计学软件SPSS的非线性回归分析对密封垫各接缝张 开量状态下的应力松弛数据进行回归。
[0045] 在一定温度范围内，密封垫的应力松弛特性随时间t的变化可以用橡胶动力学曲 线的经验公式表示：
[0046] f (t) = B · exp (_k · ta) (2)
[0047] 式中：
[0048] B，a-一与老化温度T无关的常数；
[0049] k--与老化温度T有关的速度常数；
[0050] 而化学反应的速度常数与温度T的关系服从阿累乌斯方程：
[0051] k = Ae~Jf (3)
[0052] 式中：
[0053] A--与老化温度T无关的常数；
[0054] E一一反应活化能；R-摩尔气体常数；
[0055] 将式（3)代入（2)，可以得到应力松弛性能随时间变化的P~t~T关系式：
[0056]
[0057] 式中，Btl= log(A/2. 303) ;B -E/2. 303R ;B2= a。其中：B、B。、Bn 82都是与温 度无关的常数。
[0058] 非线性回归过程根据Levenberg-Marquard