CN104777038A - 一种单点切口恒载拉伸应力开裂试验装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种单点切口恒载拉伸应力开裂试验装置及方法，包括框架固定模块、上部滑轮模块、操作控制箱、土工膜试样固定模块、计时模块和加载模块，其中，所述框架固定模块的顶部设有固定横梁，土工膜试样固定模块固定于框架固定模块的固定横梁中端，上部滑轮模块与框架结构顶端的固定横梁连接，加载模块固定于上部滑轮模块，加载模块连接操作控制箱，牵引住土工膜试样且对其施加应力，上部滑轮模块两侧的滑轮旁固定有计时模块，本装置能同时进行多组土工膜强度实验，能够提高实验结果的精度，能够给土工膜试样的质量以及强度给出合理的判定，提高实验结果的说服力。
Description
技术领域
本发明属于土工试验领域，涉及一种单点切口恒载拉伸应力开裂试验装置及方法。
背景技术
土工膜是以合成树脂等为基本原料，加入抗氧化剂、紫外线吸收剂、色母等辅料而制成的防水防渗透材料。具有强度高，延展性好，抗腐蚀、耐老化等特点。主要应用于工程建设领域的防渗、隔离、整治翻浆冒泥，特别适用于水头高、水压力和侧向压力大、防渗要求高的工程。因此，土工膜的质量问题也备受社会的关注。在承载状态下，土工膜抗开裂性能的好坏直接影响着工程质量。
目前，国内市场上土工膜的型号多种多样，因此土工膜的质量问题也存在着一定的差异。迄今为止，国内市场还未出现一种能够快速且准确检测土工膜质量的装置。
发明内容
本发明为了解决上述问题，提出了一种单点切口恒载拉伸应力开裂试验装置及方法，本装置对被检测的土工膜样品能够同时进行多组检测，且能够记录土工膜被拉断的时间，能够准确的得到试验结果，减少试验的误差。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种单点切口恒载拉伸应力开裂试验装置，包括框架固定模块、上部滑轮模块、操作控制箱、土工膜试样固定模块、计时模块和加载模块，其中，所述框架固定模块的顶部设有固定横梁，土工膜试样固定模块固定于框架固定模块的固定横梁中端，上部滑轮模块与框架结构顶端的固定横梁连接，加载模块固定于上部滑轮模块，所述加载模块连接操作控制箱，牵引住土工膜试样且对其施加应力，所述上部滑轮模块两侧的滑轮旁固定有计时模块。
所述框架固定模块为钢材框架结构，顶部沿水平方向均匀设有三根并排等距的固定横梁，为两侧边梁和中梁，在三根横梁的两端各有一个固定支座，用于固定上部滑轮模块和计时模块，中间的固定横梁下端连接有土工膜试样固定模块。
所述上部滑轮模块包括顶部滑轮和侧边滑轮，顶部滑轮和侧边滑轮均带导向槽，所述顶部滑轮组包括安装在两侧边梁顶部的滑轮组和中梁顶部的滑轮组，两侧边梁顶部的滑轮组包括固定杆和多个滑轮，滑轮沿固定杆均匀分布，两根边梁的外侧均固定有侧边滑轮。
所述操作控制箱为试验的操作区域，放置于框架固定模块内，包括透明玻璃窗、合金主体箱、控制面板、搅拌机和加热器，所述控制面板包括搅拌机开关和加热器开关，所述搅拌机固定在合金主体箱的顶部，搅拌机的输出轴设有旋转叶片，旋转叶片延伸进合金主体箱中，用于恒速搅拌溶液，加热器安装于操作控制箱内部侧壁中下方，用于加热并保持溶液恒温。
所述土工膜试样固定模块为矩形框，位于框架固定模块的中梁的正下方并与中梁焊接在同一个垂直平面内，在底端梁的两侧配有土工膜试样的固定螺栓，螺栓的位置与中梁顶部滑轮的导向槽位置一致。
所述加载模块包括牵引钩，钢丝连接线，砝码以及砝码托盘，所述砝码托盘和牵引钩分别连接在钢丝连接线的两端，砝码托盘置于合金主体箱之外，所述牵引钩置于操作控制箱之内，与所述土工膜试样固定模块一同用于给土工膜试样加载。
所述计时模块包括小时制计时器、计时器固定轴以及撞锤，所述计时器固定轴安装于边梁的固定支座上，上面固定有多个小时制计时器，小时制计时器与边梁的滑轮一一对应，且计时器固定轴位于滑轮固定轴的正上方，所述撞锤安装在加载模块中钢丝连接线的中部，当土工膜试样断裂后，撞锤随着钢丝连接线的快速移动，撞击计时器的开关令计时停止。
一种利用上述装置的土工膜试样质量检测方法，包括以下步骤：
(1)从所要检测的土工膜样品中切出实验规定形状的土工膜试样共10个，然后在土工膜试验样品中部切口；
(2)将土工膜试样一端分别固定在土工膜固定装置上，另一端分别固定于所述加载模块的牵引钩上，在加载装置上放置砝码进行加载；
(3)向操作控制箱中加入活性剂混合溶液，溶液深度高于土工膜样品；
(4)接通电源，随后打开主体箱控制面板上的搅拌机和加热器的开关，并保证恒定搅拌速率和恒温；
(5)顶部计时器开关计时，土工膜试样断裂后，砝码带动钢丝向下快速滑动，钢丝中段的撞锤会撞击计时器的开关，计时停止，此时计时器显示的时间即为土工膜试样断裂的时间；
(6)土工试验规范规定进行试验的土工膜试样的断裂时间不应低于300小时，即计时器的记录时间不能低于300小时，根据计时器记录的时间，确定土工膜试样的质量是否达到规范的标准。
所述步骤(1)中，切口深度为土工膜原厚度的20％。
所述步骤(2)中，加载的应力为土工膜屈服强度的30％。
所述步骤(3)中，向操作控制箱中加入活性剂混合溶液超过土工膜样品所在高度8-12cm，溶液为壬基酚聚氧乙烯醚：水＝1:9的混合溶液。
所述步骤(4)中，实验温度为50℃。
本发明的工作原理为：
土工膜试样断裂以后，钢丝连接线会随着砝码加速下降，撞锤会撞击计时器的暂停键，此时计时停止。设置多组滑轮和砝码，可以同时做多组实验，根据实验的结果，对土工膜的质量和强度做出合理的判定。
本发明的有益效果为：
(1)本发明结构简单，操作方便，能够适应复杂的外界环境；
(2)本发明能够使得土工膜的强度和质量检测实验更加的简单易操作；
(3)本发明能够同时进行多组土工膜的检测实验，减小了诸多因素对实验结果的影响，提高了实验的精度；
(4)本发明通过安装自动计时装置，能够自动记录土工膜试样断裂的时间，能够更加准确的对土工膜的强度和质量给出合理的判定。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图，图1a为本发明的整体结构剖面示意图；
图2为图1中本发明的框架固定模块与土工膜试样固定模块的位置关系示意图；
图3为图1中本发明的框架固定模块与上部滑轮模块的位置关系示意图；
图4为图1中本发明的操作控制箱与框架固定模块、土工膜试样固定模块以及土工膜试样的位置关系剖面图；
图5为图1中本发明的上部滑轮模块与计时模块的位置关系剖面图；
图6为图1中本发明的上部滑轮模块与计时模块、框架固定模块、土工膜试样固定模块以及土工膜试样的位置关系剖面图；
图7为图1中本发明的土工膜试样的规范形状和切口的位置；
图8所示为计时器示意图。
其中，2-1为中梁，2-3为固定支座，2-4为顶部边梁，2-5为土工膜试样固定模块，3-1为框架固定模块，3-2为侧边滑轮，3-3为边梁顶部滑轮组，3-4为中梁顶部滑轮组，4-2为透明玻璃窗，4-3为土工膜试样，4-4为加热器，4-5为搅拌机，4-6为合金主体箱，4-7为控制面板，5-2为小时制计时器，5-3为计时器固定轴，5-4为滑轮，5-5为滑轮固定轴，6-1为顶部滑轮，6-2为钢丝连接线，6-6为砝码，6-10为撞锤，7-2为固定孔，7-4为单点切口的位置，8-1为计时器开关，8-2为计时器暂停键。
具体实施方式：
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，一种单点切口恒载拉伸应力开裂试验装置，包括框架固定模块3-1，上部滑轮模块，操作控制箱，土工膜试样固定模块2-5，计时模块，加载模块。框架结构为钢材框架结构，顶部设有三根固定横梁。土工膜试样固定模块2-5与框架固定模块3-1的顶部中梁2-1平行焊接在一起，然后深入到操作控制箱中，上部滑轮模块与框架结构顶端的三根固定横梁通过支座固定在一起。加载模块的钢丝连接线6-2通过绕在上部滑轮模块，带牵引钩的一端深入到操作控制箱中。加载模块的钢丝连接线6-2一端焊接有一牵引钩，深入到箱中，作用是牵引住土工膜试样4-3且对其施加应力，另一端为加载砝码6-6的托盘，绕过侧边滑轮3-2垂直在操作控制箱的两侧。计时模块分别与上部滑轮模块两侧的滑轮固定在同一对支座上，紧邻上部滑轮模块且位于其上方。计时模块内的撞锤安装在加载模块钢丝连接线6-2的中段。
框架固定模块3-1为钢材框架结构，尺寸为50cm*46cm*50cm，顶部在宽度方向有三根并排等距的固定横梁，在三根横梁的前后端各有一个固定支座2-3，共六个，作用是固定上部滑轮模块和计时模块。
操作控制箱为试验的主要操作区域，包括透明玻璃窗4-2、合金主体箱4-6、控制面板4-7、搅拌机4-5和加热器4-4。控制面板4-7包括搅拌机4-5开关和加热器4-4开关。搅拌机4-5为一个，固定在箱的顶面，并且搅拌机4-5的旋转叶片延伸进操作控制箱中，作用是恒速搅拌溶液。加热器4-4为一个，安装于操作控制箱内部侧壁中下方，作用是加热并恒温溶液。
上部滑轮模块包括两组带导向槽的滑轮，分为顶部滑轮和侧边滑轮3-2。滑轮组包括分别安装在两侧边梁2-4顶部的滑轮组和中梁2-1顶部的滑轮组，每个边梁2-4顶部的滑轮组包括：(1)五个Φ4.6cm的滑轮，滑轮间距为5cm。(2)一根Φ2cm的滑轮固定杆，杆长46cm。中梁2-1顶部滑轮组包括：(1)十个Φ4.6cm的滑轮，滑轮间距为2.5cm。(2)一根Φ2cm的滑轮固定杆，杆长46cm。两侧边梁2-4顶部的滑轮组和中梁2-1顶部的滑轮组交叉对应。侧边滑轮3-2安装在两侧边梁2-4的侧边，每条侧边安装两个，共四个。
土工膜试样固定模块2-5为28cm*36cm的矩形，位于框架中梁2-1的正下方并与中梁2-1焊接在同一个垂直平面内，在底端梁的两侧配有土工膜试样4-3的固定螺栓，螺栓的位置与中梁2-1顶部滑轮的导向槽位置一致。
计时模块包括小时制计时器5-2，计时器固定轴5-3以及撞锤。小时制计时器5-2为10个，每边5个安装在计时器固定轴5-3上。计时器固定轴5-3为两根，分别与滑轮模块的边梁2-4顶部的滑轮固定杆安装在同一支座上，且计时器固定轴5-3位于滑轮固定轴的正上方。撞锤为10个，每个撞锤分别安装在加载模块中钢丝连接线6-2的中部，作用是当土工膜试样4-3断裂后，撞锤随着钢丝连接线6-2的快速移动，撞击计时器的开关令计时停止。
加载模块包括牵引钩，钢丝连接线6-2，砝码6-6以及砝码托盘。砝码托盘和牵引钩分别焊接于钢丝连接线6-2的两端，砝码6-6托盘置于主体箱之外，牵引钩置于操作控制箱之内，与土工膜试样固定模块2-5一同给土工膜试样4-3加载。
单点切口恒载拉伸应力开裂实验仪包括框架固定模块3-1，上部滑轮模块，操作控制箱，土工膜试样固定模块2-5，计时模块，加载模块。进行试验时，(1)先按照图7所示，将土工膜样品切出规范形状，每个土工膜试样4-3算作一组共十组，然后按照图7所示单点切口位置7-4在每组土工膜试样4-3上切口。固定孔7-2，与土工膜固定模块和加载模块中的牵引钩相配合(2)将其中一组土工膜试样4-3一端固定于图3中3-5所示的土工膜试样固定模块2-5的固定螺栓上，完成后如图4中4-3所示；另一端固定于加载模块的牵引钩上，最终位置如图6中6-3所示。(3)在如图6中6-6所示位置加载砝码6-6，共需加载十组。(4)配制活性剂溶液，倒入图4所示4-6合金主体箱4-6中，且超过土工膜试样4-3所在高度10cm左右。(5)接通电源，打开如图4所示控制面板4-7上的搅拌机4-5和加热器4-4开关，待温度达到50℃恒温后，打开图5所示5计时器开关8-1。
土工膜试样4-3断裂以后，钢丝连接线6-2会随着砝码6-6加速下降，图6中6-10所示撞锤会撞击图8中计时器暂停键8-2，此时计时停止。后可根据十组实验的结果，对土工膜的质量和强度做出合理的判定。
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。
Claims (10)
1.一种单点切口恒载拉伸应力开裂试验装置，其特征是：包括框架固定模块、上部滑轮模块、操作控制箱、土工膜试样固定模块、计时模块和加载模块，其中，所述框架固定模块的顶部设有固定横梁，土工膜试样固定模块固定于框架固定模块的固定横梁中端，上部滑轮模块与框架结构顶端的固定横梁连接，加载模块固定于上部滑轮模块，所述加载模块连接操作控制箱，牵引住土工膜试样且对其施加应力，所述上部滑轮模块两侧的滑轮旁固定有计时模块。
2.如权利要求1所述的一种单点切口恒载拉伸应力开裂试验装置，其特征是：所述框架固定模块为钢材框架结构，顶部沿水平方向均匀设有三根并排等距的固定横梁，为两侧边梁和中梁，在三根横梁的两端各有一个固定支座，用于固定上部滑轮模块和计时模块，中间的固定横梁下端连接有土工膜试样固定模块。
3.如权利要求1所述的一种单点切口恒载拉伸应力开裂试验装置，其特征是：所述上部滑轮模块包括顶部滑轮和侧边滑轮，顶部滑轮和侧边滑轮均带导向槽，所述顶部滑轮组包括安装在两侧边梁顶部的滑轮组和中梁顶部的滑轮组，两侧边梁顶部的滑轮组包括固定杆和多个滑轮，滑轮沿固定杆均匀分布，两根边梁的外侧均固定有侧边滑轮。
4.如权利要求1所述的一种单点切口恒载拉伸应力开裂试验装置，其特征是：所述操作控制箱为试验的操作区域，放置于框架固定模块内，包括透明玻璃窗、合金主体箱、控制面板、搅拌机和加热器，所述控制面板包括搅拌机开关和加热器开关，所述搅拌机固定在合金主体箱的顶部，搅拌机的输出轴设有旋转叶片，旋转叶片延伸进合金主体箱中，用于恒速搅拌溶液，加热器安装于操作控制箱内部侧壁中下方，用于加热并保持溶液恒温。
5.如权利要求1所述的一种单点切口恒载拉伸应力开裂试验装置，其特征是：所述土工膜试样固定模块为矩形框，位于框架固定模块的中梁的正下方并与中梁焊接在同一个垂直平面内，在底端梁的两侧配有土工膜试样的固定螺栓，螺栓的位置与中梁顶部滑轮的导向槽位置一致。
6.如权利要求1所述的一种单点切口恒载拉伸应力开裂试验装置，其特征是：所述加载模块包括牵引钩，钢丝连接线，砝码以及砝码托盘，所述砝码托盘和牵引钩分别连接在钢丝连接线的两端，砝码托盘置于合金主体箱之外，所述牵引钩置于操作控制箱之内，与所述土工膜试样固定模块一同用于给土工膜试样加载。
7.如权利要求1所述的一种单点切口恒载拉伸应力开裂试验装置，其特征是：所述计时模块包括小时制计时器、计时器固定轴以及撞锤，所述计时器固定轴安装于边梁的固定支座上，上面固定有多个小时制计时器，小时制计时器与边梁的滑轮一一对应，且计时器固定轴位于滑轮固定轴的正上方，所述撞锤安装在加载模块中钢丝连接线的中部，当土工膜试样断裂后，撞锤随着钢丝连接线的快速移动，撞击计时器的开关令计时停止。
8.一种利用如权利要求1-7中任一项所述的装置的土工膜试样质量检测方法，其特征是：包括以下步骤：
(1)从所要检测的土工膜样品中切出实验规定形状的土工膜试样共10个，然后在土工膜试验样品中部切口；
(2)将土工膜试样一端分别固定在土工膜固定装置上，另一端分别固定于所述加载模块的牵引钩上，在加载装置上放置砝码进行加载；
(3)向操作控制箱中加入活性剂混合溶液，溶液深度高于土工膜样品；
(4)接通电源，随后打开主体箱控制面板上的搅拌机和加热器的开关，并保证恒定搅拌速率和恒温；
(5)顶部计时器开关计时，土工膜试样断裂后，砝码带动钢丝向下快速滑动，钢丝中段的撞锤会撞击计时器的开关，计时停止，此时计时器显示的时间即为土工膜试样断裂的时间；
(6)根据土工膜试样断裂的时间，确定土工膜试样的质量是否达到要求的标准。
9.如权利要求8所述的土工膜试样质量检测方法，其特征是：所述步骤(1)中，切口深度为土工膜原厚度的20％；所述步骤(2)中，加载的应力为土工膜屈服强度的30％。
10.如权利要求8所述的土工膜试样质量检测方法，其特征是：所述步骤(3)中，向操作控制箱中加入活性剂混合溶液超过土工膜样品所在高度8-12cm，溶液为壬基酚聚氧乙烯醚：水＝1:9的混合溶液；所述步骤(4)中，实验温度为50℃。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| EXSB | Decision made by sipo to initiate substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20171117 Termination date: 20200403 |