一种测定触变泥浆摩阻力的试验装置及方法

1.本发明属于触变泥浆评估的技术领域，具体涉及一种测定触变泥浆摩阻力的试验装置及方法。


背景技术：

2.随着我国城市现代化建设步伐的不断加快，管幕箱涵顶进施工在城市地下空间开发中被广泛应用。触变泥浆作为管幕箱涵顶进施工中必不可少的材料，不仅可以起到减阻润滑作用，还可以起到减小沉降的支撑作用。故准确测定出触变泥浆的摩阻力，有效评估触变泥浆的减阻效果，选择合适配比的触变泥浆用于工程是非常重要的。现有测定触变泥浆摩阻力的试验装置复杂，操作过程繁琐，难以准确测得真实摩阻力。
3.因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。


技术实现要素：

4.本发明的目的是克服上述现有技术中的不足，提供一种结构简单的测定触变泥浆摩阻力的试验装置。
5.为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
6.一种测定触变泥浆摩阻力的试验装置，所述试验装置包括：
7.试验台；
8.滑动箱，在所述滑动箱的内部装填有混凝土，用于模拟现场箱涵，并在混凝土表面涂抹触变泥浆；
9.加载装置，所述加载装置沿纵向加载于所述混凝土的上方，在所述加载装置内填充有土样，所述土样与所述触变泥浆接触，以模拟顶进施工过程中箱涵的上覆土体；
10.水平测力计，所述水平测力计水平固连在加载装置侧部，在所述试验台上设有正对所述水平测力计的挡板；
11.驱动所述滑动箱沿所述试验台向所述挡板滑动，所述挡板挡止所述水平测力计，使所述加载装置与所述滑动箱产生相对滑移，并通过所述水平测力计显示土样与所述混凝土之间的摩阻力，从而模拟触变泥浆赋存状态下，箱涵顶进过程中的箱涵与上覆土体之间的摩阻力。
12.优选地，在所述加载装置包括加载箱和加载板，所述加载板沿纵向滑动装配在所述加载箱内部，所述土样填充于所述加载箱内的所述加载板与所述触变泥浆之间；
13.所述加载板上加载有配重物，增减配重物，以模拟箱涵顶进过程中的所受到的不同上覆土体压力。
14.优选地，在所述试验台和所述滑动箱的外部套接有口字型的加载框架，所述试验台的底部铰接有杠杆，所述配重物设置在所述杠杆上，以通过所述杠杆向所述加载框架加载压力，使所述加载框架沿纵向向所述加载板施加压力。
15.优选地，所述试验台的下方设有位于所述加载板正下方的滑座，所述滑座上设有
所述滑动箱滑动方向延伸的滑槽，所述杠杆通过铰轴滑动装配于所述滑槽内，相对应的，所述加载框架位于所述杠杆对应所述配重物的一侧、并靠近所述铰轴。
16.优选地，所述滑座包括相对布置的两个l形固定板，两个所述固定板之间形成滑槽，所述杠杆中部设有伸向两个所述固定板之间的耳板，所述铰轴设置在所述耳板上。
17.优选地，所述加载框架为四个支杆组合形成的口字型结构，其中，对应所述加载板上方的所述支杆中部通过螺栓连接有立柱，所述立柱沿纵向指向所述加载板，在所述加载板上设有对应所述立柱的放置槽。
18.优选地，在所述滑动箱的底部通过砂石进行找平，并在所述砂石上方放置防水板，所述混凝土填充于所述防水板上方。
19.优选地，在所述试验台上设有驱动装置，所述驱动装置作用于所述滑动箱远离所述挡板的一侧，并通过控制推动速率模拟箱涵顶进的动态施工过程。
20.优选地，所述触变泥浆的上表面与所述滑动箱的上表面之间的间距不小于所述触变泥浆厚度的两倍。
21.一种测定触变泥浆摩阻力的试验方法，所述方法包括：
22.步骤s1，将滑动箱放置在试验台上，用于模拟现场箱涵，在所述滑动箱的内装填混凝土，用于模拟现场箱涵，并在混凝土表面涂抹触变泥浆；
23.步骤s2，在所述加载装置内填充有土样后，将加载装置沿纵向加载于所述加载板上，使所述土样与所述触变泥浆接触，以模拟顶进施工过程中箱涵的上覆土压力；
24.步骤s3，使水平测力计正对所述试验台上设有的挡板；
25.步骤s4，驱动所述滑动箱沿所述试验台向所述挡板滑动，所述挡板挡止所述水平测力计，使所述加载装置与所述滑动箱产生相对滑移，并通过所述水平测力计显示土样与所述混凝土之间的摩阻力，从而模拟触变泥浆赋存状态下，箱涵顶进过程中的箱涵与上覆土体之间的摩阻力。
26.有益效果：使用本发明测定泥浆摩阻力的装置及其测试方法，能够防止试验过程中触变泥浆的流失问题，不仅可以模拟现场箱涵上覆土压力，还可以模拟箱涵顶进速度，准确测定触变泥浆的摩阻力大小，可以准确评估触变泥浆的减阻效果，从而为现场施工推荐合适配比的减阻泥浆，并且体积小，重量轻，操作方便，便于携带。
附图说明
27.构成本技术的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。其中：
28.图1为本发明所提供具体实施方式中试验装置的结构简图；
29.图2为本发明所提供具体实施方式中加载框架的安装示意图。
30.图中，1为试验台；2为滑动箱；3为驱动装置；4为加载箱；5为加载框架；6为垂直变形百分表；7为水平测力计；8为杠杆；9为砝码；10为砂石；11为防水板；12为混凝土；13为触变泥浆；14为土样；15为透水板；16为加载板；17为固定板；18为挡板；19为立柱；20为铰轴；21为滚轮；22为平衡块；23为滑杆。
具体实施方式
31.下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
32.在本发明的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。本发明中使用的术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间部件间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
33.下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
34.如图1-2所示，一种测定触变泥浆摩阻力的试验装置，试验装置包括试验台1，试验台1至少具有一个平滑的上表面，用于放置滑动箱2；滑动箱2放置在试验台1的上表面，并可沿试验台1的上表面进行滑动，滑动箱2用于模拟现场箱涵，在滑动箱2的内部装填有混凝土12，并在混凝土12表面涂抹触变泥浆13；加载装置沿纵向加载于混凝土12的上方，在加载装置内填充有土样14，该土样14优选为施工现场取样获得，以最大程度的保证土样14湿度、密度等于施工现场保持一致，加载后，土体、泥浆、混凝土块会发生接触，以模拟顶进施工过程中箱涵的上覆土体；水平测力计7，水平测力计7水平固连在加载装置侧部，在试验台1上设有正对水平测力计7水平的挡板18；驱动滑动箱2沿试验台1向挡板18滑动，挡板18挡止水平测力计7，使加载装置与滑动箱2产生相对滑移，并通过水平测力计7显示土样14与混凝土12之间的摩阻力，从而模拟注入触变泥浆13后，箱涵顶进过程中的箱涵与上覆土体之间的摩阻力。其中，水平测力计7显示数据即为土样14与混凝土12之间充填触变泥浆13后二者的摩阻力，从而模拟触变泥浆赋存状态下，箱涵顶进过程中的箱涵-泥浆-上覆土体之间的作用，进而评估触变泥浆13的减阻效果。其中，混凝土为预制混凝土块。
35.在另一可选实施例中，在加载装置包括加载箱4和加载板16，加载板16沿纵向滑动装配在加载箱4内部，土样14填充与加载箱4内的加载板16与触变泥浆13之间；加载箱4放置于混凝土12和触变泥浆13的上方，至少在滑动箱2驱动方向的长度小于滑动箱2内腔所对应的长度，以在进行试验过程中，加载箱4可相对于滑动箱2进行一定距离的滑动位移；除此之外，加载板16上加载有配重物，在加载箱4上增减配重物，改变加载压力的大小，以模拟箱涵顶进过程中的所受到的不同上覆土体压力。
36.具体地，滑动箱2为上端敞口的方形箱体，加载箱4为方形筒体，加载箱4整体小于滑动箱2尺寸。
37.在另一可选实施例中，在试验台1和滑动箱2的外部套接有口字型的加载框架5，试验台1的底部铰接有杠杆，配重物设置在杠杆上，以通过杠杆向加载框架5加载压力，使加载框架5沿纵向向加载板施加压力。基于操作便利的角度，加载板置于试验台1的上方，加载框架5套接试验台1和滑动箱2，将配重物设置于试验台1的下方，有效降低配配重物的重心，提高试验过程中加载装置的稳定性，且便于操作，无需将配重物搬送过试验台1，降低操作人员的工作强度。
38.在另一可选实施例中，试验台1的下方设有位于加载板正下方的滑座，滑座上设有滑动箱2滑动方向延伸的滑槽，杠杆8通过铰轴20滑动装配于滑槽内，相对应的，加载框架5位于杠杆8对应配重物的一侧、并靠近铰轴20。在试验过程中，杠杆8可沿滑槽进行滑动，确保加载装置在试验过程中的加荷平稳。配重物以可拆卸的方式连接有多个，加载框架5在杠杆8上的力臂小于配重物的力臂。根据杠杆8原理，配重物所对应的力臂较大，可利用较小重量的配重物产生较大的加载压力，操作方便；通过增减配重物或者调整配重物的重量，以模拟不同深度上覆土的压力。
39.在本实施例中，配重物可以为砝码9，配重物的力臂为加载框架5力臂的五倍以上，具体加载压力通过杠杆8定理进行计算后得出。
40.在本实施例中，滑座包括相对布置的两个l形固定板17，两个固定板17之间形成滑槽，杠杆8中部设有伸向两个固定板17之间的耳板，铰轴20设置在耳板上。
41.优选地，在杠杆8上设置有对应加载框架5的接触点，以固定加载框架5所对应的力臂；该接触点可以为弧形缺口，在保证加载框架5可相对杠杆8进行转动的前提下，限定加载框架5在杠杆8上的位置；或者在加载框架5上设置铰接板，通过铰接板铰接在杠杆8上。
42.在一些实施例中，为了降低铰轴20与滑槽之间的摩擦力，在铰轴20上设置有滚轮21，通过滚轮21沿滑槽进行滑动，其中，对应杠杆8的两侧均设置滚轮21，滚轮21对应放置于两侧l形的固定板17的水平部上，两个固定板17的水平部之间的间距有杠杆宽度相适配，以使杠杆具有足够的旋转空间，滚轮21也可以为滚珠轴承。
43.在另一可选实施例中，加载框架5为四个支杆组合形成的口字型结构，其中，对应加载板上方的支杆中部通过螺栓连接有立柱，立柱沿纵向指向加载板，在加载板上设有对应立柱的放置槽。加载板16上设有对应立柱19的放置槽，以保证对立柱19的加载位置恒定，从而提高试验数据的准确度，另外也能保证在试验过程中立柱19不会相对滑动箱2产生位移，放置槽开设于加载板16的中心处，以保证受力平衡，并始终保持荷载施加于土样中心。具体地，立柱设置于加载框架5与加载板之间，在加载框架5上方的支杆上设置纵向的穿孔，螺栓穿过该穿孔后螺纹连接在立柱上，以固定立柱与加载框架5，保证加载平稳。
44.在另一可选实施例中，在杠杆远离砝码的一端伸出有滑杆，并在滑杆上滑动安装有平衡块22，平衡块22具有一定重量，可以使杠杆在非加载状态下保持水平，优选地，在滑杆23上设置刻度，以便进行实际加载重量的计算；优选，平衡块22与滑杆23为螺纹连接，以保持平衡块22位置不随杠杆转动而
位
移；或者
，
平衡块通过事前设计确定好质量
，
并固定在滑杆上
，
以在非加载状态保持杠杆平衡。
45.在另一可选实施例中，螺栓上设有垂直变形百分表6，以观察加载后土样的压缩变形。
46.在另一实施例中，在位于加载框架5两侧的两个支杆上、至少其上端伸出有螺柱，并对应穿过位于加载框架5上侧的支杆，在螺柱上设置位于加载框架5上侧支杆的上下两侧的螺母，以通过螺母进行加载框架5纵向长度的调节，以适应不同厚度的混凝土或者触变泥浆试验。
47.在另一可选实施例中，加载板16的形状与加载箱4相匹配，并在加载板16与土样14之间设有透水板15，避免加载板和土样直接接触，亦可在加载板上加水保证土样的含水率。
48.在另一可选实施例中，在滑动箱2的底部通过砂石10进行找平，并在砂石10上方放
置防水板11，混凝土12填充于防水板11上方。设置防水板11模拟施工现场的防水层，更真实地模拟现场施工情况，做到规范试验，保证试验结果的可靠性。
49.在另一可选实施例中，在试验台1上设有驱动装置3，驱动装置3作用于滑动箱2远离挡板18的一侧，并通过控制推动速率模拟箱涵顶进的动态施工过程。驱动装置3可为油缸、气缸的任意一者，并通过控制阀控制驱动速度，可以完全模拟箱涵推进的速度，从而模拟箱涵顶进的动态施工过程，以模拟箱涵受到的摩阻力。
50.在另一可选实施例中，触变泥浆13的上表面与滑动箱2的上表面之间的间距不小于触变泥浆13厚度的两倍。由于在纵向载荷作用下触变泥浆13会被部分挤出，因此泥浆距滑动箱2顶部需存在一定距离，防止实验过程中触变泥浆13的流失问题，混凝土12-触变泥浆13-土体的有效接触面积即为土样14的横截面积，在触变泥浆13涂抹过程中，应严格控制接触面水平。
51.在另一可选实施例中，立柱19上设有垂直变形百分表6，以观察加载后土样的压缩变形。
52.在一些实施例中，在试验台1上表面设置滚珠槽，并在滚珠槽内设置滚珠，滚珠槽至少有两个，分别对应滑动箱2的两侧，并指向挡板18，以减小滑动箱2与试验台1的摩擦力；在另一实施例中，试验台1上方可设置托辊，通过托辊承载滑动箱2。
53.在另一可选实施例中，还提供了一种测定触变泥浆13摩阻力的试验方法，方法包括：
54.步骤s1，将滑动箱2放置在试验台1上，用于模拟现场箱涵，在滑动箱2的内部装填有混凝土12，并在混凝土12表面涂抹触变泥浆13；
55.步骤s2，将加载装置沿纵向加载于混凝土12的上方，在加载装置内填充有土样14，使土样14与触变泥浆13接触，以模拟顶进施工过程中箱涵的上覆土体；
56.步骤s3，使水平测力计7正对试验台1上设有的挡板18；
57.步骤s4，驱动滑动箱2沿试验台1向挡板18滑动，挡板18挡止水平测力计7，使加载装置与滑动箱2产生相对滑移，并通过水平测力计7显示土样14与混凝土12之间的摩阻力，从而模拟注入触变泥浆13后，箱涵顶进过程中的箱涵与上覆土体之间的摩阻力。
58.在另一可选实施例中，采用以下详细步骤进行试验：
59.1)安放好试验台1，在试验台1的在滚珠槽内涂抹适量润滑油进行润滑，然后在每个滚珠槽内均匀放置六颗一定尺寸的滚珠。
60.2)在滚珠上放置滑动箱2，在滑动箱2的底部进行砂找平，并放入防水板11，避免滑动箱2内部的后续填充对砂找平产生不利影响，更真实地模拟现场施工情况，保证试验结果的可靠性。
61.3)在滑动箱2内填充混凝土12，其强度及材质与箱涵的强度及材质相同，真实模拟施工中的箱涵状态。
62.4)在混凝土12表面均匀涂抹触变泥浆13，严格控制接触面水平，且触变泥浆13表面与滑动箱2顶部的距离不宜小于触变泥浆13厚度的2倍。
63.5)在加载箱4内预填充土样14，且土体应自实际箱涵上覆土体处取样，土样14的密度与实际箱涵上覆土体的密度相同，真实模拟箱涵实际接触的土体，在土样14上部放一块透水板15，并将加载箱4放入滑动箱2内部，然后放入加载板16和加载框架5，其中，立柱19置
于加载板16上方的放置槽内。
64.6)将测力计示数调零。
65.7)根据试验参数进行砝码9重量计算，在杠杆8上对应设置砝码9，模拟现场箱涵的上覆土压力。
66.8)开启秒表，以0.8～1.2mm/min的速度移动驱动装置3，时间控制在3～5min内，模拟箱涵顶进的速度大小。如测力计示数达到稳定，或者出现显著后退情况，则终止试验。
67.9)当滑动箱2水平向位移达到4mm，读取测力计读数；若测力计读数继续增加，则滑动箱2水平向位移达到6mm时，读取测力计示数，即测定出涂抹触变泥浆13情况下的摩阻力，即评估出触变泥浆13的减阻效果。
68.10)试验结束后，尽快移除砝码9和加载箱4，取出土体、触变泥浆13及混凝土12，以便进行下一次试验。
69.11)采用不同配比的触变泥浆13重复步骤1)～10)，可测定出不同配比触变泥浆13的摩阻力，比较不同触变泥浆13的减阻效果。可以理解的是，以上描述仅为示例性的，本技术实施例对此并不进行限定。
70.以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均在本发明待批权利要求保护范围之内。