CN105588762A - 一种激光测距的土工膜气胀变形力学试验装置 - Google Patents

Abstract

一种可用于水利平原水库、市政垃圾填埋场等领域铺膜防渗工程中测量土工膜气胀变形力学性质的试验设备，其特点是能够进行土工膜气胀变形力学性质试验，能够测量容器内气压压力和土工膜胀破压力，并能利用激光测距传感器自动测量土工膜气胀变形的冠顶高度，得出土工膜气胀变形应力应变关系曲线。该土工膜气胀变形力学性质试验装置由气胀装置、加压系统、测控系统三部分构成。气胀装置分为膜下容器和和膜上约束法兰两部分，其特征是土工膜样品置于膜下容器和膜上约束法兰之间，通过法兰对土工膜样品施加环向约束。加压系统由气压泵供给有压气源，并可进行调节。测控系统主要利用气压计测量膜下容器内的气压值，以及利用激光测距传感器自动测量土工膜气胀变形冠顶高度值。

Description

一种激光测距的土工膜气胀变形力学试验装置

技术领域

本发明专利涉及一种用于水利平原水库、市政垃圾填埋场等领域铺膜防渗工程中测量气胀变形力学性质的试验设备，其特点是能够进行土工膜气胀变形力学性质试验，能够测量容器内气压压力和土工膜胀破压力，并能利用激光位移传感器自动测量土工膜气胀变形的冠顶高度，得出土工膜气胀变形应力应变关系曲线。

背景技术

为解决我国北方部分平原地区无调蓄水库的问题，需要兴建大量的平原水库调蓄工程。在平原水库建设中，水库防渗是关键技术问题。在平原水库防渗设计中，对于地质条件较差、缺乏理想不透水层的平原水库需要考虑库盘防渗方案，即水库底部整体进行水平防渗。在库盘防渗中，考虑经济因素，首选土工膜水平防渗方案。在水库蓄水初期，由于库水渗漏、库区地下水位上升等多种原因，往往容易使膜下非饱和土中气体聚集、上升，并在土工膜下形成有压气体，产生土工膜气胀现象，甚至气胀破坏，土工膜一旦破坏，就会加剧库水渗漏，造成大量水量损失，并影响水库的正常运营。

在市政垃圾填埋场等领域铺设土工膜水平防渗的工程中，也存在类似的气胀问题。

因此进行土工膜气胀变形力学性质的试验，确定土工膜气胀变形的冠顶高度、容器内气压压力和土工膜胀破强度，得出土工膜气胀变形应力应变关系具有重要的现实意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用激光测距传感器自动测量土工膜气胀变形量的土工膜气胀变形力学试验装置，这种试验设备能够进行土工膜气胀变形力学性质试验，能够测量容器内气压压力和土工膜胀破压力，并能自动测量土工膜气胀变形的冠顶高度，得出土工膜气胀变形应力应变关系曲线。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该土工膜气胀变形力学试验装置由气胀装置、加压系统、测控系统等三大部分构成。气胀装置分为膜下容器和膜上约束法兰两部分。其特征是：土工膜样品置于膜下容器和膜上约束法兰之间，通过法兰对土工膜样品施加环向约束。加压系统由气压泵供给有压气源，并可进行调节。测控系统主要是进行膜下容器内的气压值和土工膜气胀变形冠顶高度值的测量。

所述的气胀装置包括膜下容器和膜上约束法兰。膜下容器一般为圆柱体，由不锈钢或有机玻璃组成，其抗拉能力应远远大于土工膜的抗拉强度。膜下容器圆柱体侧壁的下端设有两个孔，分别用于连接加压系统和容器内气压测量仪表。容器圆柱体底部为一不带孔洞的实底板，容器圆柱体顶部为一带有多个圆孔、兼做膜下约束法兰的顶板，并且是土工膜鼓胀变形力学试验的基础平台。一般将土工膜平铺在膜下容器顶板之上，并在土工膜上端安设膜上约束法兰，通过螺栓将膜上约束法兰和膜下约束法兰固定，同时压紧土工膜，形成环向约束作用。膜上法兰径向位置凿有两个矩形槽，安装激光测距传感器框架，在框架顶梁的中间部位上安装激光测距传感器。同时，膜上约束法兰和膜下约束法兰上各有一个环形卡槽，在卡槽中间部位放一个封闭橡胶圈，当土工膜被压紧时，可在膜下容器内形成闭气系统。

土工膜材料为气胀变形力学性质试验所需要检测的试验样品，位于膜下约束法兰和膜上约束法兰之间，由螺栓固定，通过卡槽内的密封橡皮圈实现密封，并在膜下容器形成气密封条件。

所述的加压系统主要由气泵组成，通过膜下容器侧壁孔接口，利用气泵施加气压，加压方式采用连续加压，保证试验过程中气源的充分供给。

所述的测控系统由气压计、激光测距传感器组成。其中气压计用于测量膜下容器内气压值，激光测距传感器用于测量土工膜气胀变形时的冠顶高度。当土工膜发生鼓胀变形时，引起土工膜与激光测距传感器之间的距离变化，从而实现利用激光测距传感器自动测量土工膜冠顶高度；同时将激光测距传感器与计算机连接起来，借助专用软件，可在计算机上显示所测量的土工膜冠顶高度和，并能储存相关数据。

本发明的有益效果是发明一种利用激光测距传感器测量土工膜气胀变形冠顶高度的土工膜气胀变形力学性质试验装置，该种设备能够进行土工膜气胀变形力学性质试验，能够测量容器内气压压力和土工膜胀破压力，并能自动测量土工膜气胀变形的冠顶高度，得出土工膜气胀变形时的应力应变关系曲线。

附图说明

下面结合附图和实施方式对本发明专利进一步说明。

图1是一种激光测距的土工膜气胀变形力学试验装置剖面图；

图2是一种激光测距的土工膜气胀变形力学试验装置中A-A横剖面图；

图3是一种激光测距的土工膜气胀变形力学试验装置中膜下容器接口处B-B横剖面图；

图4是一种激光测距的土工膜气胀变形力学试验装置中膜上约束法兰及冠顶高度位移传感器装置立体图。

具体实施方式

在图1中，第一步：先做膜下容器中的圆柱体（1），然后加工圆形底板和膜下约束法兰顶板（4）；膜下约束法兰顶板（4）为圆形顶板与法兰的组合体，膜下约束法兰顶板（4）预留安装螺栓圆孔和用于密封的一圈卡槽，膜下约束法兰顶板（4）卡槽以内部分带有一定数量的圆柱形孔，作为对土工膜施加气压的通气孔；将圆形底板、膜下约束法兰顶板与圆柱体（1）连接在一起，形成膜下容器。第二步：在膜下容器圆柱体下部钻出两个圆形小孔（2）和（3），分别用于连接加压系统的接口，以及用于安装测量容器内气压气压计的接口。第三步：

做膜上约束法兰（5），膜上约束法兰（5）为环状，内径同膜下容器圆柱体的内径，外径同膜下约束法兰顶板（4）的外径；同时，膜上约束法兰上预留安装螺栓圆孔、安装框架（6）和用于密封的一圈卡槽，其螺栓圆孔数量、孔径大小同

膜下约束法兰顶板。第四步：制作激光测距传感器框架（6），并固定在膜上约束法兰（5）。第五部：将密封橡皮圈置入膜下约束法兰顶板（4）的卡槽内；将土工膜（8）平铺在膜下约束法兰顶板（4）之上，将膜上约束法兰（5）放在土工膜（8）上，用螺栓连接膜下约束法兰顶板（4）和膜上约束法兰（5），将膜下容器、土工膜（8）和膜上约束法兰（5）连接成一体。第六步：安装激光测距传感器，将激光测距传感器（8）安装在激光测距传感器框架（6）顶梁中间部位中，传感器头部正对膜上约束法兰（5）中心点。第七步：分别将加压系统气管、测量气压的气压计接入相应接口（2）和（3），即可进行土工膜气胀变形力学性质试验。

Claims (4)

1.一种激光测距的土工膜气胀变形力学试验装置，所述的试验装置体积小、占地少，方便快捷，便于搬运，可适用于多种试验场地，实用性较强；其特征是，包括气胀装置、加压系统、测控系统三部分；所述的气胀装置，包括膜下容器和膜上约束法兰，是土工膜气胀变形力学性质试验的基础平台，一般将土工膜样品置于膜下容器和膜上约束法兰之间，通过法兰对土工膜样品施加环向约束，并形成闭气系统；所述的加压系统，通过膜下容器侧壁加气接口，利用气泵施加气压；所述的测控系统，在膜上约束法兰上安装一套激光测距传感器装置，用于测量土工膜鼓胀变形冠顶高度，以及在膜下容器气压测量接口安装有气压计，用于测量膜下容器内的气压值。

2.根据权利要求书1所述的一种激光测距的土工膜气胀变形力学试验装置，其特征是材质为不锈钢或有机玻璃材料，其容器的抗拉能力应远远大于土工膜的抗拉强度。

3.根据权利要求书1所述的一种激光测距的土工膜气胀变形力学试验装置，其特征是将土工膜平铺于膜下容器顶板（带有通气孔）之上，通过膜下容器约束法兰和膜上约束法兰将土工膜固定，通过膜下容器约束法兰和膜上约束法兰上环形卡槽内密封橡皮圈进行密封，并在膜下容器、土工膜之间形成气密封系统。

4.根据权利要求书1所述的一种激光测距的土工膜气胀变形力学试验装置，其特征是带有一套激光测距传感器，激光测距传感器安装在激光测距传感器框架顶端的横梁上，框架固定在膜上法兰上，通过激光测距传感器及相配套的计算机系统，可测出并显示土工膜的最大鼓起高度。