土体含水率和金属波纹状表面对界面黏附力影响

摘要

为解决盾构设备在穿越富水富黏地层时刀盘结泥饼的问题,开展金属刀盘仿生减黏研究。依据蜣螂、蚯蚓等土壤动物的非光滑波纹状体表具有较好的减黏特性,研究了波纹状金属表面与土体间的黏附关系。基于自行设计的黏附力拉拔试验装置,同时采用缠绕金属丝的方式实现测锥表面具有波纹形凸起效果,分析不同波纹凸起程度以及土体含水率变化对界面黏附特征的影响,测定土体与金属界面间的黏附力大小以及锥体表面黏土量。结果表明:黏附力大小与土体含水率的增长呈反比关系,土体含水率偏于塑限(w=24%)时黏附力趋于最大,随着土体含水率逐渐增加,黏附力逐渐减小。同时,在含水率较小和波峰凸起程度较小的试验条件下,波纹状测锥表面黏附土体较少,当土体含水率较低(w=24%,26%)时,光滑测锥与波峰高度0.1及0.2 mm测锥表面黏附的土体质量相近;当波峰高度逐渐增加时,锥体黏土量增加;而当含水率较高(w=30%)时,测锥表面的波纹状凸起则会加重土体黏附现象,波峰高度越高会造成测锥表面的黏附情况越严重。