CN111398052A - 一种智能控温的土工合成材料大型拉拔试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能控温的土工合成材料大型拉拔试验装置，属于土木工程领域。所述拉拔实验装置包括拉拔箱、温控系统、拉拔系统和加压系统。温控系统包括循环水泵、加热管、电动水阀、水循环加热装置、收水管、注水口、温度传感器和中央控制单元，用于对拉拔箱填料进行温度控制。加压系统用于向填料施加竖向荷载并补偿温度引起的填料的膨胀压力。拉拔系统用于对土工合成材料进行拉拔并测试土工合成材料的拉伸变形。本发明可以根据工程实况，通过水循环加热方式，改变拉拔箱里的温度；通过温度传感器和中央控制单元的布置，智能控制拉拔箱各个部分的温度，智能补偿膨胀压力的损失，可以对温度敏感性填料包裹的土工合成材料进行拉拔试验。

Description

一种智能控温的土工合成材料大型拉拔试验装置

技术领域

本发明涉及到一种智能控温的土工合成材料大型拉拔试验装置，属于土木工程技术领域。

背景技术

土工合成材料作为一种新型的土木工程领域材料，主要以天然或人工的聚合物为原料，置于填料内部、表面或各层填料之间，发挥加强和保护土体的作用。自上世纪80年代以后，随着我国工程技术的发展，土工合成材料已广泛地应用于公路、铁路、水利、电力、建筑、港口、采矿、军工、环境、地质等工程各个领域。在土工合成材料加筋土技术工程应用中，土工合成材料与填料的筋土界面特性是最关键的技术指标，而对土工合成材料与填料的界面特性研究一般采用拉拔实验。传统的拉拔实验装置都是在室温下操作，无法模拟实际工程中温度较高的炎热酷暑环境。此外，传统研究均没有考虑温度对于填料和筋材的影响，无法对温度变化下温度敏感性填料（例如RAP材料、废弃轮胎颗粒混合土以及一些废弃材料的填土）包裹的土工合成材料进行拉拔实验，更无法得出筋材受温度变化而产生的拉伸与形变测试。

发明内容

本发明的目的在于提供一种智能控温的土工合成材料大型拉拔试验装置，以解决现有技术中存在的传统拉拔实验装置无法模拟实际工程中温度较高的炎热酷暑环境、未考虑温度对于填料和筋材的影响以及无法对温度敏感性填料包裹的土工合成材料进行拉拔实验的技术问题。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种智能控温的土工合成材料大型拉拔试验装置，包括拉拔箱、温控系统、加压系统和拉拔系统，

拉拔箱内设置有由填料埋置的土工合成材料土工合成材料，拉拔箱一侧壁为拉拔端，设置有将所述土工合成材料引出的出口；

温控系统包括循环水泵、加热管、电动水阀、水循环加热装置、收水管、注水口、温度传感器和中央控制单元，电动水阀设置有一个进水口和六个出水口，每个出水口设置有阀门，水循环加热装置设置有六个，分别安装在拉拔箱六个外侧壁上，每个水循环加热装置有一个进水口和一个出水口，收水管设置有六个进水口和一个出水口，其中循环水泵与加热管进水口连通，加热管出水口与电动水阀进水口连通，电动水阀六个出水口与六个水循环加热装置的进水口一一对应连通，六个水循环加热装置的出水口与收水管的六个进水口一一对应流通，收水管的出水口与循环水泵连通，注水口连接在收水管出水口和循环水泵之间，注水口与外部水源相连；加热管还与外部电源相连；温度传感器设置有六个，分别安装在拉拔箱六个内侧壁上；其中温度传感器、电动水阀的六个阀门均与中央控制单元电连接；

加压系统用于向填料施加竖向荷载并补偿温度引起的填料的膨胀压力；

拉拔系统设置在拉拔箱的拉拔端，用于将土工合成材料沿水平方向进行拉拔并检测土工合成材料的拉伸变形。

进一步，所述加压系统包括气囊、充能装置和应力片，气囊设置在拉拔箱内填料上方，应力片安装在拉拔箱与拉拔端相对的内侧壁上并与充能装置相连接，充能装置与气囊连通用于对气囊充气并补偿应力片反馈的填料的膨胀压力。

进一步，所述拉拔箱顶壁设置有孔口，所述充能装置穿过所述孔口与气囊连通。

进一步，所述水循环加热装置包括蛇形软水管。

进一步，所述水循环加热装置还包括保温泡沫板，所述蛇形软水管内嵌在保温泡沫板里。

进一步，所述拉拔系统包括液压装置、测力传感器和力接收单元，其中，液压装置、测力传感器与土工合成材料位于同一直线，所述测力传感器的一端与土工合成材料连接，另一端与液压装置连接，测力传感器还与力接收单元电连接。

进一步，所述拉拔系统还包括夹具和套管，夹具和套管相配合用于固定土工合成材料的端部实现与土工合成材料的连接，夹具的另一端与测力传感器连接。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

（1）本发明可根据工程实况，改变拉拔箱里的温度，并通过中央控制单元，智能控制拉拔箱各个部分的温度，使温度保持一致，从而保证测试出来的土工合成材料与温度敏感性填料的界面特性更加符合实际；

（2）本发明可测试土工合成材料在不同温度变化下拉伸变形情况，可进一步得出不同材质的土工合成材料受温度影响的大小，为合理选择土工合成材料提供一定依据；

（3）本发明采用水循环加热，水可重复进行加热，绿色经济，环境负担较小。

附图说明

图1为本发明实施例的智能控温的土工合成材料大型拉拔试验装置的结构示意图；

图2为本发明实施例的电动水阀的示意图；

图3为本发明实施例的水循环加热装置的示意图。

其中，1循环水泵；2加热管；3中央控制器；4电动水阀；5气囊；6充能装置；7力接收单元；8液压装置；9测力传感器；10夹具；11套管；12土工合成材料；13温度传感器；14拉拔箱；15水循环加热装置；16应力片；17收水管；18注水口。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1至3所示，一种智能控温的土工合成材料大型拉拔试验装置，包括拉拔箱14、温控系统、加压系统和拉拔系统。

拉拔箱14内设置有由填料埋置的土工合成材料12，拉拔箱14一侧壁为拉拔端，设置有用于将土工合成材料12引出的出口。

温控系统包括循环水泵1、加热管2、电动水阀4、水循环加热装置15、收水管17、注水口18、温度传感器13和中央控制单元3。

加热管2与外部电源相连，用于循环水的加热。

水循环加热装置15设置有六个。如图3所示，每个水循环加热装置15由保温泡沫板和弯制成蛇形的软水管组成，软水管内嵌在保温泡沫板里，有一个进水口和一个出水口。六个水循环加热装置15分别安装在拉拔箱14的六个外侧壁上。

电动水阀4由中央控制单元3控制。如图2所示，电动水阀4具有一个进水口和六个出水口，每个出水口设置有阀门，其中进水口与加热管2的出水口相连，六个出水口与拉拔箱14六个外侧壁上的水循环加热装置15的进水口一一对应相连。

收水管17设置有六个进水口和一个出水口，收水管17的六个进水口与六个水循环加热装置15的出水口一一对应相连，将水重新汇入成一股，收水管17的出水口与循环水泵1相连。

注水口18连接在收水管17与循环水泵1之间，注水口18与外部水源相连，用于补充循环水。

循环水泵1一端与收水管17出水口以及注水口18汇入的水管相连，另一端与加热管2的进水口相连，用以带动液体循环。

温度传感器12设置有六个，分别安装在拉拔箱14的六个内侧壁上，其触头深入填料中，用于检测填料的温度并将检测的温度传送到中央控制单元3。

中央控制单元3与温度传感器12、电动水阀4相连接。中央控制单元3可用于设置试验温度，并根据温度传感器12反馈的温度是否达到试验温度来控制电动水阀4各个阀门的开关以调整热水流量，从而实现对温度的控制，若某个温度传感器12反馈的温度不达标，则中央控制单元3将控制与该温度传感器12所在侧壁上的水循环加热装置15对应的阀门开关来控制温度。

加压系统由充能装置6、气囊5和应力片16组成。

气囊5设置在拉拔箱14内填料的上方，用于给填料施加竖向荷载。

应力片16呈片状、与充能装置6相连，安装在拉拔箱14的与拉拔端相对的内侧壁上，用于检测温度变化带来的填料的膨胀压力并将其传送给充能装置6。

充能装置6与气囊5相连，用于给气囊充能，并自动地加上应力片16反馈的膨胀压力的数值以补偿温度引起的膨胀压力造成的损失。

进一步，所述拉拔箱14顶壁设置有孔口，所述充能装置6穿过所述孔口与气囊5连通。

拉拔系统设置在拉拔箱14的拉拔端。拉拔系统包括液压装置8、测力传感器9、力接收单元7、夹具10和套管11。其中，液压装置8、测力传感器9与土工合成材料12位于同一直线。

液压装置8用于对土工合成材料12沿水平方向进行拉拔。

夹具10和套管11相配合用于固定土工合成材料12的端部以实现与土工合成材料12的连接，便于液压装置8对其施加拉拔力。夹具10的另一端与测力传感器9连接。

测力传感器9的另一端与液压装置8相连接，同时测力传感器9还与接收单元7电连接。测力传感器9用于感测土工合成材料12受到的拉拔力并将拉拔力传输到力接收单元7上，以对土工合成材料12的拉伸变形进行测试。

下面介绍本发明的具体工作原理：

将下层填料按照试验方案中的相对密度要求铺设在拉拔箱14中，再使用夹具10和套管11将土工合成材料12端部进行固定，将其由拉拔箱14拉拔端的出口插入拉拔箱14中，并水平铺设在下层填料之上，再在土工合成材料12上方铺设上层填料。

在中央控制单元3中设置试验温度，打开注水口18，水由循环水泵1进入加热管2进行加热，再通过电动水阀4进入拉拔箱14各个外侧壁上的水循环加热装置15对拉拔箱14内的填料进行加热。拉拔箱14各个内侧壁的温度传感器13对填料进行温度检测并将检测到的温度反馈至中央控制单元3，中央控制单元3判断温度传感器13反馈的温度是否能达到试验温度，若温度不达标，中央控制单元3控制与温度传感器13同一面的电动水阀4的阀门开关，补偿温度，使温度达到一致。

加热完毕后，拉拔箱内侧壁的应力片16将检测到的膨胀压力传送到气能装置6中，气能装置6对气囊5充气，并补偿这一部分的膨胀压力。

充能完毕后，通过夹具10和套管11对土工合成材料12进行固定，通过液压装置8进行拉拔，拉拔力由测力传感器9传输到力接收单元7上，以完成土工合成材料的拉伸变形测试。

以上已以较佳实施例公布了本发明，然其并非用以限制本发明，凡采取等同替换或等效变换的方案所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种智能控温的土工合成材料大型拉拔试验装置，其特征在于，包括拉拔箱、温控系统、加压系统和拉拔系统，

拉拔箱内设置有由填料埋置的土工合成材料，拉拔箱一侧壁为拉拔端，设置有将所述土工合成材料引出的出口；

温控系统包括循环水泵、加热管、电动水阀、水循环加热装置、收水管、注水口、温度传感器和中央控制单元，电动水阀设置有一个进水口和六个出水口，每个出水口设置有阀门，水循环加热装置设置有六个，分别安装在拉拔箱六个外侧壁上，每个水循环加热装置有一个进水口和一个出水口，收水管设置有六个进水口和一个出水口，其中循环水泵与加热管进水口连通，加热管出水口与电动水阀进水口连通，电动水阀六个出水口与六个水循环加热装置的进水口一一对应连通，六个水循环加热装置的出水口与收水管的六个进水口一一对应流通，收水管的出水口与循环水泵连通，注水口连接在收水管出水口和循环水泵之间，注水口与外部水源相连；加热管还与外部电源相连；温度传感器设置有六个，分别安装在拉拔箱六个内侧壁上；其中温度传感器、电动水阀的六个阀门均与中央控制单元电连接；

加压系统用于向填料施加竖向荷载并补偿温度引起的填料膨胀压力的损失；

拉拔系统设置在拉拔箱的拉拔端，用于将土工合成材料沿水平方向进行拉拔并检测土工合成材料的拉伸变形。

2.根据权利要求1所述的智能控温的土工合成材料大型拉拔试验装置，其特征在于，所述加压系统包括气囊、充能装置和应力片，气囊设置在拉拔箱内填料上方，应力片安装在拉拔箱与拉拔端相对的内侧壁上并与充能装置相连接，充能装置与气囊连通用于对气囊充气并补偿应力片反馈的填料的膨胀压力。

3.根据权利要求1所述的智能控温的土工合成材料大型拉拔试验装置，其特征在于，所述拉拔箱顶壁设置有孔口，所述充能装置穿过所述孔口与气囊连通。

4.根据权利要求1所述的智能控温的土工合成材料大型拉拔试验装置，其特征在于，所述水循环加热装置包括蛇形软水管。

5.根据权利要求4所述的智能控温的土工合成材料大型拉拔试验装置，其特征在于，所述水循环加热装置还包括保温泡沫板，所述蛇形软水管内嵌在保温泡沫板里。

6.根据权利要求1所述的智能控温的土工合成材料大型拉拔试验装置，其特征在于，所述拉拔系统包括液压装置、测力传感器和力接收单元，其中，液压装置、测力传感器与土工合成材料位于同一直线，所述测力传感器的一端与土工合成材料连接，另一端与液压装置连接，测力传感器还与力接收单元电连接。

7.根据权利要求6所述的智能控温的土工合成材料大型拉拔试验装置，其特征在于，所述拉拔系统还包括夹具和套管，夹具和套管相配合用于固定土工合成材料的端部实现与土工合成材料的连接，夹具的另一端与测力传感器连接。

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