买专利卖专利找龙图腾，真高效！ 查专利查商标用IPTOP,全免费！专利年费监控用IP管家,真方便！

申请/专利权人：南京林业大学

摘要：本发明公开了一种土体‑结构界面加热对土体温度影响的测试装置及测试方法；该装置包括加热系统和测试系统；所述加热系统由加热灯、金属底板、贴片式温度传感器、上盖板、吸热层、侧壁、陶瓷灯座以及螺丝组成；所述测试系统由土箱、土温度传感器以及土组成；本发明可以开展土‑结构接触界面的加热对周围土体温度影响规律的试验测定；可用于模拟盾构机掘进过程中金属刀盘因摩擦或系统水循环传热造成的局部土体温度升高、加速刀盘表面土体硬结成饼的影响，为解决土体‑结构界面升温对土体加热硬化规律的量化判定提供一种测试手段。

主权项：1.一种土体-结构界面加热对土体温度影响的测试方法，其特征在于，土体-结构界面加热对土体温度影响的测试装置由加热系统1和测试系统2组成；所述加热系统1由加热灯1-1、金属底板1-2、贴片式温度传感器1-3、上盖板1-4、吸热层1-5、侧壁1-6、螺丝1-7以及陶瓷灯座1-8组成；所述测试系统2由土箱2-1、土温度传感器2-2以及土2-3组成；所述的加热系统1中，上盖板1-4通过螺丝1-7与侧壁1-6固定，其下部安装有陶瓷灯座1-8，灯座上安装有加热灯1-1；加热灯1-1的制热功率可调节；加热系统1埋入土2-3中一定深度；所述侧壁1-6可以为圆柱体或棱柱体的一种，由导热性能较差的隔温材料制成，侧壁1-6与金属底板1-2通过螺丝1-7连接；所述金属底板1-2由导热性能良好的薄壁金属材料制成，上表面有深色吸热层1-5，并设置有若干贴片式温度传感器1-3；所述的测试系统2中，土箱2-1中装有土2-3，在土2-3中的预定位置埋设若干土温度传感器2-2，土温度传感器2-2在加热系统1的金属底板1-2周围形成对称分布，具体布置方式根据试验要求确定；所述贴片式温度传感器1-3和土温度传感器2-2均通过数据线与外部的数据采集装置连接；所述土2-3的类型、含水率和密实度根据试验要求确定；具体步骤如下：步骤1：根据试验土层的要求，将土2-3分层装入土箱2-1内；在装填土的过程中，将土温度传感器2-2按照试验预定的位置埋入土2-3中；当土的高度达到加热系统1预定的埋设深度，将加热系统1放置在土层表面；继续在侧壁1-6周围装填土2-3直至最终高度；步骤2：在上盖板1-4上放置预定质量的砝码使金属底板1-2能够对土2-3施加恒定压力，并保持压力一定的时间；砝码的质量和保持压力的时间，依据试验需求可以调整；步骤3：接通贴片式温度传感器1-3和土温度传感器2-2，打开数据采集装置，进行温度数据采集；步骤4：设定加热灯1-1的制热功率，打开加热灯1-1，通过贴片式温度传感器1-3测定金属底板1-2温度，通过土温度传感器2-2测定土中传感器埋设位置处的温度；步骤5：调节加热灯1-1的制热功率，根据试验要求改变土2-3的类型、含水率和密实度，改变砝码的质量和保持压力的时间，重复上述步骤1-4，测定不同条件下土体-结构界面加热对土体各处温度变化的影响规律；所述装置用于模拟盾构机掘进过程中金属刀盘因摩擦或系统水循环传热造成的局部土体温度升高、加速刀盘表面土体硬结成饼的影响；所述装置为解决土体-结构界面升温对土体加热硬化规律的量化判定提供一种测试手段。

全文数据：一种土体-结构界面加热对土体温度影响的测试装置及测试方法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接触界面加热对周围土体温度影响的测试装置及其测试的方法。背景技术盾构刀盘结泥饼是盾构在含黏土地层施工中普遍遇到的工程难题。盾构刀盘结泥饼表现为刀盘切削下来的渣土碎屑滞留在刀盘和盾构开挖面之间，经刀盘挤压作用形成固体或半固体块状物，并粘附阻塞刀盘的一种现象。当盾构刀盘结泥饼时，刀盘上的刀具会逐渐被固结的黏土糊住，导致切削地层时刀具贯入度降低，盾构开挖效率下降。如若盾构刀盘结泥饼没有得到妥当处置，而任由盾构继续推进，刀盘泥饼会越压越密，固结成岩，造成推进油缸推力大为增加，刀盘驱动力矩维持在临界高位，刀盘中心体升温加快甚至达到高温。刀盘中心体温度过高会导致刀盘切削面周围土体温度上升，导致周围土体水分迁移，土质变硬，使刀盘上结泥饼现象进一步加重，这使得刀盘贯入度大为减少，掘进速度降低，严重制约了生产工期，并对设备安全造成极大威胁。并且盾构机在正常掘进时，机内液压系统、主驱动部分及配电柜内电器部件等往往会产生大量的热量，使电机、泵等设备及隧道内的环境温度升高。因此在盾构机的运行过程中，通常会采用循环水系统将发热部分的热量运送出盾构机内部，系统水循环的热传导也会对土体局部的温度产生一定的影响。因此研究土体-结构界面加热对土体温度的影响，了解土体局部界面升温对周围土体温度的影响是必要的，因此本发明提出一种模型测试装置及其测试方法，能够加热接触界面的局部土体，并且能够观察温度影响范围内土体的温度发展情况，为实际工程中刀盘中心体摩擦升温情况提供参考。发明内容为研究工程中盾构刀盘结泥饼造成刀盘中心体升温对切削面周围土体温度影响的情况，本发明提供了一种模型试验土体-结构界面加热对土体温度影响的测试装置及测试方法。本发明所采用的技术方案是：一种土体-结构界面加热对土体温度影响的测试装置，包括加热系统和测试系统；所述加热系统由加热灯、金属底板、贴片式温度传感器、上盖板、吸热层、侧壁、陶瓷灯座以及螺丝组成；所述测试系统由土箱、土温度传感器以及土组成；所述加热系统，主体由加热灯、贴片式温度传感器以及金属底板构成，所述加热灯通过陶瓷灯座固定在上盖板下端面中部，上盖板通过螺丝与侧壁连接；所述加热灯可通过外部控制器调节其制热功率；所述侧壁由导热性能较差的隔温材料制成，可为圆柱体或棱柱体的一种，侧壁与金属底板通过螺丝连接；所述金属底板由导热性能良好的薄壁金属材料制成，上表面有深色吸热层，并设置有若干贴片式温度传感器。所述测试系统主体由土箱、土以及土温度传感器组成，所述土箱中装有试验土，在土中的预定位置埋设有若干土温度传感器；所述贴片式温度传感器在加热系统的金属底板周围形成对称分布，具体布置方式及间距根据试验要求确定；所述加热系统通过侧壁、金属底板与测试系统中的土直接接触并埋入土体中一定深度；所述加热系统中的贴片式温度传感器以及测试系统中的土温度传感器均通过数据线与外部的数据采集装置连接；所述土的类型、含水率和密实度等参数根据试验要求确定。一种土体-结构界面加热对土体温度影响的测试方法，该方法采用所述土体-结构界面加热对土体温度影响的测试装置进行测试，包括以下步骤：1根据试验土层的要求，将土分层装入土箱内并击实；在装填土的过程中，将土温度传感器按照试验预定的位置埋入土中，当土的高度达到加热系统预定的埋设深度，将加热系统放置在土层表面使加热系统的金属底板下部外表面直接与土相接触，继续在金属罩周围装填土直至最终高度；2在上盖板上放置预定质量的砝码，使金属底板能够对土施加恒定压力，并保持压力一定的时间使加热系统的金属罩下部外表面与土充分接触；砝码的质量和保持压力的时间，依据试验需求可以调整；3接通贴片式温度传感器和土温度传感器，打开数据采集装置，进行温度数据采集，检查数据采集工作情况确保装置正常工作；4设置加热灯的制热功率，打开加热灯，通过加热系统中的贴片式温度传感器测定加热系统的金属底板处温度，通过测试系统中的土温度传感器测定土中各传感器埋设位置处的温度；5调节加热灯的制热功率，根据试验土要求改变土的类型、含水率和密实度等参数，改变砝码的质量和保持压力的时间，重复上述步骤1-4，测定不同条件下土体-结构界面加热对土体各处温度变化的影响规律。有益效果本发明可以开展土-结构接触界面的加热对周围土体温度影响规律的试验测定；可用于模拟盾构机掘进过程中金属刀盘因摩擦或系统水循环传热造成的局部土体温度升高、加速刀盘表面土体硬结成饼的影响，为解决土体-结构界面升温对土体加热硬化规律的量化判定提供一种测试手段。附图说明：图1是本发明提供的土体-结构界面加热对土体温度影响的测试装置的主视图；图2是本发明提供的土体-结构界面加热对土体温度影响的测试装置的俯视透视图；图3是图1金属底板及其连接部分的放大图；在附图1、附图2、附图3中1为加热系统，包含：1-1加热灯；1-2金属底板；1-3贴片式温度传感器；1-4上盖板；1-5吸热层；1-6侧壁；1-7螺丝；1-8陶瓷灯座。2为测试系统，包含：2-1土箱；2-2土温度传感器；2-3土。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、图2、图3所示，土体-结构界面加热对土体温度影响的测试装置及测试方法，其特征在于：所述装置由加热系统1和测试系统2共同构成；所述加热系统1由1-1加热灯；1-2金属底板；1-3贴片式温度传感器；1-4上盖板；1-5吸热层；1-6侧壁；1-7螺丝以及1-8陶瓷灯座组成；所述测试系统2由土箱2-1、土温度传感器2-2以及土2-3组成。所述上盖板1-4边缘部分以中心点每90°均匀钻螺丝孔用于穿插螺丝1-7紧固，上盖板边缘部分钻有一个气孔防止因为罩内因加热产生内外压差过大，上盖板下端面中心位置通过螺丝1-7固定一个陶瓷灯座1-8，灯座连接加热灯1-1；上盖板1-4通过螺丝1-7与侧壁1-6固定；加热灯1-1的制热功率可通过贴片式温度传感器1-3的数值反馈根据试验要求进行调节；侧壁1-6内壁上缘对应于上盖板1-4螺丝孔下部设有挑出部分，用于安置上部上盖板1-4，并在挑出部分钻孔并加工螺纹供通过上盖板1-4的螺丝1-7旋紧；侧壁1-6外壁连同金属底板1-2埋入土2-3中一定深度；侧壁1-6由导热性能较差的隔温材料制成，形状可为圆柱体或棱柱体的一种；金属底板1-2上表面有一层深色吸热层1-5，涂层可以通过电镀或者由深色涂料均匀喷涂形成，能够很好吸收加热灯1-1所辐射的热量；金属底板1-2上表面开有若干尺寸略大于贴片式温度传感器1-3尺寸的凹槽，传感器卡在槽中并用耐高温胶固定，贴片式温度传感器1-3与外部数据采集器连接，可实时采集金属罩的加热温度，并根据试验需要调整加热灯551-1的制热功率来调节金属底板1-2对罩外所接触土2-3的加热温度。土箱2-1由塑料注塑成型或者由金属板焊接形成，箱中分层装有土2-3并击实；所述土2-3的土类、含水率密实度等参数根据试验要求确定；土2-3中的预定位置埋设若干土温度传感器2-2，土温度传感器2-2在金属底板1-2周围对称分布形成环绕，具体布置方式及布置间距根据具体的试验要求进行确定。所述贴片式温度传感器1-3和土温度传感器2-2均通过数据线与外部的数据采集装置连接，可以获得土2-3中各传感器布设位置处土的温度情况。

权利要求：1.一种土体-结构界面加热对土体温度影响的测试装置，其特征在于：所述装置由加热系统1和测试系统2组成；所述加热系统1由加热灯1-1、金属底板1-2、贴片式温度传感器1-3、上盖板1-4、吸热层1-5、侧壁1-6、螺丝1-7以及陶瓷灯座1-8组成；所述测试系统2由土箱2-1、土温度传感器2-2以及土2-3组成。2.根据权利要求1所述的加热系统1，其特征在于，所述上盖板1-4通过螺丝1-7与侧壁1-6固定，其下部安装有陶瓷灯座1-8，灯座上安装有加热灯1-1；加热灯1-1的制热功率可调节；加热系统1埋入土2-3中一定深度；所述侧壁1-6可以为圆柱体或棱柱体的一种，由导热性能较差的隔温材料制成，侧壁1-6与金属底板1-2通过螺丝1-7连接；所述金属底板1-2由导热性能良好的薄壁金属材料制成，上表面有深色吸热层1-5，并设置有若干贴片式温度传感器1-3。3.根据权利要求1所述的测试系统2，其特征在于，土箱2-1中装有土2-3，在土2-3中的预定位置埋设若干土温度传感器2-2，土温度传感器2-2在加热系统1的金属底板1-2周围形成对称分布，具体布置方式根据试验要求确定；所述贴片式温度传感器1-3和土温度传感器2-2均通过数据线与外部的数据采集装置连接；所述土2-3的类型、含水率和密实度等参数根据试验要求确定。4.一种土体-结构界面加热对土体温度影响的测试方法，其特征在于，采用权利要求1-3任一项所述的土体-结构界面加热对土体温度影响的测试装置进行测试，包括以下步骤：步骤1：根据试验土层的要求，将土2-3分层装入土箱2-1内；在装填土的过程中，将土温度传感器2-2按照试验预定的位置埋入土2-3中；当土的高度达到加热系统1预定的埋设深度，将加热系统1放置在土层表面；继续在侧壁1-6周围装填土2-3直至最终高度；步骤2：在上盖板1-4上放置预定质量的砝码使金属底板1-2能够对土2-3施加恒定压力，并保持压力一定的时间；砝码的质量和保持压力的时间，依据试验需求可以调整；步骤3：接通贴片式温度传感器1-3和土温度传感器2-2，打开数据采集装置，进行温度数据采集；步骤4：设定加热灯1-1的制热功率，打开加热灯1-1，通过贴片式温度传感器1-3测定金属底板1-2温度，通过土温度传感器2-2测定土中传感器埋设位置处的温度；步骤5：调节加热灯1-1的制热功率，根据试验要求改变土2-3的类型、含水率和密实度等参数，改变砝码的质量和保持压力的时间，重复上述步骤1-4，测定不同条件下土体-结构界面加热对土体各处温度变化的影响规律。

百度查询： 南京林业大学 一种土体-结构界面加热对土体温度影响的测试装置及测试方法