一种管片在浆液中受到纵向合力的测试装置及方法与流程

1.本发明属于试验装置技术领域，具体涉及一种管片在浆液中受到纵向合力的测试装置及方法。


背景技术：

2.本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
3.随着盾构隧道技术的日益普及，越来越多的大直径盾构隧道应运而生，施工过程中也面临着越来越多的挑战。在同步注浆阶段，由于注浆浆液密度较大且凝固时间较慢，导致管片在浆液中受到的浮力远大于其自身重力；由于盾尾空隙的存在，已建隧道容易发生管片错台、管缝漏水、轴线偏移等现象，严重危害施工安全。
4.目前解决上述问题的主要方法为在隧道内填置重物和增加剪力销以提高隧道的抗浮能力。但关于管片在浆液中受到的纵向合力大小还存在争议，仍处于探索阶段。由于缺少准确的纵向合力作为指导，常会导致上述抗浮措施矫枉过正，对隧道整体刚度造成不利影响同时也增加了施工成本。因此，需要准确测试纵向合力随时间的变化规律。


技术实现要素：

5.本发明为了解决上述问题，提出了一种管片在浆液中受到纵向合力的测试装置及方法，本发明能够得到纵向合力随时间的变化规律。
6.根据一些实施例，本发明采用如下技术方案：
7.一种管片在浆液中受到纵向合力的测试装置，包括试验架、测力环和传力杆，其中，所述试验架下方设置有用于盛放浆液的容器，所述试验架上方悬挂有所述测力环，测力环下方连接所述传力杆，传力杆下端用于连接待测试的管片；
8.所述传力杆用于将待测试的管片在浆液中受到的纵向合力传输给测力环。
9.作为可选择的实施方式，所述容器包括多个防水板，所述防水板围合成具有一定容纳空间的腔体。
10.作为可选择的实施方式，所述试验架上方为一刚性支架。
11.作为可选择的实施方式，所述传力杆的上端与测力环接触，下端与管片最上方的点接触。
12.作为可选择的实施方式，所述传力杆为刚性管。
13.作为可选择的实施方式，所述测力环的量程根据待测试的管片的外径确定。
14.作为进一步的限定，所述量程大于管片受到的浆液浮力计算值。
15.作为进一步的限定，所述浆液浮力计算值由以下公式计算得到：
16.管片受到的初始浆液上浮力与管片自身重力的比值λ为：
17.18.式中ρ
浆液
为浆液密度，ρ
管片
为管片密度，r为管片外径，r为管片内径，λ范围为4至5之间。
19.作为可选择的实施方式，所述管片在浆液中受到的纵向合力包括重力、浆液浮力、浆液抗力和传力杆反力。
20.基于上述装置的方法，包括以下步骤：
21.将测力环设置在试验架上；
22.在容器内倒入配置好的浆液，将待测试管片浸入浆液中；
23.将测力环、传力杆和待测试管片依次连接，读取此时测力环的数值，作为初始纵向合力；
24.每隔设定时间读取测力环的数值并记录，确定纵向合力随时间的变化规律。
25.作为可选择的实施方式，所述浆液液面与管片上端平齐。
26.与现有技术相比，本发明的有益效果为：
27.本发明采用测力环读出管片模型在浆液中受到的纵向合力，并可多次重复试验。有效的提高了试验结果的准确性。
28.为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
29.构成本发明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。
30.图1为试验模型示意图；
31.图2为管片受力图；
32.图3为传力杆示意图；
33.其中：1-1、试验架，1-2、测力环，1-3、传力杆，1-4、管片模型；2、支架，3、防水板，4、浆液。
具体实施方式：
34.下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
35.应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
36.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
37.一种管片在浆液4中受到纵向合力的测试装置，包括试验架1-1、测力环1-2、传力杆1-3和管片模型1-4。
38.所述试验架1-1主要用于盛放浆液4和放置测力环1-2。试验架1-1下部由防水板3围合而成，用于盛放浆液4；上方有钢管制成的支架2。其中支架需用抗弯强度较大的钢管制
成，以减少管片上浮过程中测力环1-2发生位移，影响读数结果。
39.所述的测力环1-2用于读取管片在浆液4中受到的纵向合力，量程由管片模型1-4的外径确定。计算得到管片受到的浆液4浮力不应超过量程的3/5。试验开始后，测力环1-2上方固定在试验架1-1上的支架处，下方与传力杆1-3稳定接触。
40.所述的传力杆1-3主要用于将管片受到的纵向合力传递给测力环1-2。试验过程中传力杆1-3主要受到压缩应力，为了避免传力杆1-3发生较大变形以影响试验结果，因此传力杆1-3采用刚度较大的材料制成。传力杆1-3上端与测力环1-2接触，下端与管片模型1-4最上方的点接触。
41.所述的管片模型1-4主要用于模拟实际工程中的管片。为准确地模拟管片的受力特征，管片材料采用与实际工程中相同的材料制成。管片模型1-4的内径和外径采用与实际管片相同的几何相似比。这样做的目的是为了保证试验过程中管片受到的有效上浮力大于其重力。管片受到的初始浆液上浮力(不考虑浆液抗力)与管片自身重力的比值λ为：
[0042][0043]
式中ρ
浆液
为浆液密度，ρ
管片
为管片密度，r为管片外径，r为管片内径。
[0044]
根据以往工程经验，λ范围为4至5之间。表明管片受到的有效浮力远大于其自身重力，因此会出现管片错缝等风险。λ在4至5之间时，便于采集测力环1-2的读数，使试验结果更精确。
[0045]
当然，也可以直接用管片。
[0046]
试验过程中，管片模型1-4在浆液中受到重力、浆液浮力、浆液抗力和传力杆1-3反力，平衡方程为：f
浮力
＝f
反力
+g+f
抗力
，由于浆液抗力不易测量。因此采用测力环1-2的读数f
反力
反映管片受到纵向合力的变化。
[0047]
上述装置的测试方法，包括：
[0048]
步骤一：所述测力环1-2固定于试验架1-1上的支架，支架采用抗弯强度较大的钢管，可防止试验过程中测力环1-2发生位移，提高试验的精确度。
[0049]
步骤二：向试验架1-1下方防水板围成的区域内缓慢中倒入配置完成的浆液。同时将管片模型1-4浸入浆液中，浆液液面与管片模型1-4刚好平齐即可。
[0050]
步骤三：管片模型1-4与测力环1-2中间放置传力杆1-3，并保持传力杆1-3的稳定。记录此时的读数，即初始时刻管片模型1-4在浆液中受到的纵向合力。
[0051]
步骤四：取出管片模型1-4同时取下传力杆1-3，将管片模型重新浸入浆液中并保持液面高度与管片模型平齐，并重复步骤三。根据研究时长确定重复次数，即可得到管片模型1-4在浆液中受到的纵向合力随时间的变化规律。
[0052]
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。