CN205898575U - 一种持续稳定加压式土工膜液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液胀变形力学性质的试验设备，其特点是能够进行有上覆压力的土工膜液胀变形力学性质试验，能够测量容器内液压压力和土工膜胀破压力，能够为土工膜提供上覆水压力，并能利用激光位移传感器自动测量土工膜液胀变形的冠顶高度，得出土工膜液胀变形应力应变关系曲线。该持续稳定加压式土工膜液胀变形力学试验装置由加压系统、液胀密封系统、覆压装置、测控系统四部分构成。该装置加压系统抛弃了以往的泵式液压供压方式，采用一种自主设计的持续稳定供压装置。液胀密封系统主要由上、下法兰盘和水平操作平台组成，形成液压密封空间。覆压装置由有机玻璃圆筒和法兰盘组成。测控系统由精密数显压力传感器和激光位移传感器组成。

Description

一种持续稳定加压式土工膜液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液胀变形力学性质的试验设备，其特点是能够进行有上覆水压力的土工膜液胀变形力学性质试验，能够测量容器内液压压力和土工膜胀破压力，能够为土工膜提供上覆水压力，并能利用激光位移传感器自动测量土工膜液胀变形的冠顶高度，得出土工膜液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，产生土工膜液胀现象，甚至液胀破坏，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，也存在类似的液胀问题。

进行有上覆水压力的土工膜液胀变形力学性质的试验，确定土工膜液胀变形的冠顶高度、容器内液压压力和土工膜胀破强度，得出土工膜液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持续稳定加压式土工膜液胀变形力学试验装置，这种试验设备能够进行有上覆水压力的土工膜液胀变形力学性质试验，能够测量容器内液压压力和土工膜胀破压力，能够为土工膜提供上覆水压力，并能自动测量土工膜液胀变形的冠顶高度，得出土工膜液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：该持续稳定加压式土工膜液胀变形力学试验装置由加压系统、液胀密封系统、覆压装置、测控系统四部分构成。加压系统是一种持续稳定供压装置，并可对加压频率和注水速率进行调节。液胀密封系统主要是指上、下法兰盘和操作平台，上、下法兰盘与水平操作平台形成液压密封容器，是土工膜鼓胀变形试验的基础平台。覆压装置由有机玻璃圆筒和不锈钢法兰盘组成，有机玻璃圆筒上贴有垂向标尺，用于记录水位变化，下端连结法兰盘，可为液胀试验提供上覆压力。测控系统由精密数显压力传感器、标尺、激光位移传感器和高清录像系统组成，能自动测量和记录土工膜液胀变形的冠顶高度、容器内液压压力和土工膜胀破压力。

所述的加压系统采用持续供压装置，由液缸、活塞、丝杆、减速机、高压胶管、液压快插接头和交流三相电机组成。加压方式利用电机带动活塞连续加压，保证试验过程中液压的充分且稳定供给，可以调节加压频率，并能够重复使用。

所述的液胀密封系统主要是指一套法兰盘组和操作平台。法兰盘组由上、下法兰盘组成，与操作平台形成液压密封容器，是土工膜鼓胀变形试验的基础平台。上法兰盘是一个圆环，其功能是夹紧（密封）土工膜样品，有下旋螺纹口用于与下法兰盘固定土工膜，上旋螺纹孔用于固定与有机玻璃圆筒连结在一起的法兰盘所组成的覆压装置。下法兰盘固定在操作平台上，上端面与上法兰盘一致，下端面圆心处钻有用于安装液压式快插接头子头的螺钉孔，用于连接加压系统。有覆盖物条件下土工膜环状约束球形鼓胀变形试验需要用到完整的液胀密封系统以及覆压装置，而无覆盖物条件下土工膜环状约束球形鼓胀变形试验，则仅会用到液胀密封系统。土工膜的安置方法为将土工膜沿螺纹孔轴对称放置于下法兰盘上，然后将上法兰盘放置其上并用螺钉紧固密封。整套法兰盘装置为不锈钢材质，可有效防止遇水生锈造成密封失效，固定于水平操作平台。

所述的覆压装置由有机玻璃圆筒和不锈钢法兰盘组成，有机玻璃圆筒上贴有垂向标尺，用于记录水位变化，下端连结的法兰盘。利用水泵将水通过水管向筒内加水至一定高度，用来定量模拟库盘防渗工程中土工膜现场实际承受上覆压力。

所述的测控系统由精密数显压力传感器、标尺、激光位移传感器和高清录像系统组成。测控系统采用激光位移传感器、精密数显压力传感器、标尺和高清录像系统联合作业，能自动测量和记录土工膜液胀变形的冠顶高度、容器内液压压力和土工膜胀破压力。

土工膜材料为液胀变形力学试验所需检测的试验样品，位于下法兰盘和上法兰盘之间，由螺栓固定，通过卡槽内的密封橡皮圈实现密封，约束法兰、土工膜与操作平台形成液压密封容器，并在膜下密封容器内形成密封空间。

本发明的有益效果是发明一种持续稳定加压式土工膜液胀变形力学试验装置，该试验设备能够进行有上覆压力的土工膜液胀变形力学性质试验，能够测量容器内液压压力和土工膜胀破压力，并能自动测量土工膜液胀变形的冠顶高度，能够为土工膜提供上覆水压力，得出土工膜液胀变形应力应变关系曲线。其中加压系统系自主设计，是一种持续稳定供压装置。在以往的土工膜液胀试验仪器中，采用泵式液压，而泵式液压存在固有周期性，导致供压也出现固有周期性，供压实质为周期性供压；除此之外，泵还存在有压水回流现象，有压水回流和周期性供压问题会给计量鼓胀高度的连续变化带来了困难。而本装置抛弃了以往泵式液压供压方式，自主设计了一套持续稳定供压装置，在土工膜液胀试验中首次使用；同时并能利用激光位移传感器自动测量土工膜液胀变形的冠顶高度，经过计算可得出土工膜液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为发明有上覆压力的土工膜液胀装置原理示意图；

图2为发明持续稳定供压装置原理示意图；

图3为有上覆压力的土工膜液胀装置的1—1剖面图；

图4为有上覆压力的土工膜液胀装置的2—2剖面图；

图5为有上覆压力的土工膜液胀装置的3—3剖面图；

图6为持续稳定供压装置的A—A剖面图。

具体实施方式

在图1中，第一步制作操作平台（2），在操作平台顶部钻出三个圆形小孔（7）、（8）和（9），分别用于排水口、连接加压系统的接口以及为覆压装置加水的水管接口。第二步根据试验用土工膜（1）的口径制作下法兰盘（3），预留安装螺栓圆孔和用于密封的一圈卡槽（6），并将下法兰盘（3）固定在操作平台（2）上，螺栓连接并用密封胶将下法兰盘（3）四周密封防止渗水，然后制作同口径的上法兰盘（4）预留安装螺栓圆孔和用于密封的一圈卡槽（6），制作同口径的覆压装置的法兰盘（5），预留安装螺栓圆孔。第三步，制作覆压装置，制作贴有垂向标尺的有机玻璃圆筒（10）并与不锈钢法兰盘（5）连接组成覆压装置。第四步，制作激光位移传感器框架（12）。第五步，制作控制平台（15），安装控制面板（16）和调频器（17），并钻出4个圆孔（18）、（19）、（20）和（21），分别安装电源指示灯、总开关、加压系统（14）控制开关和为覆压装置加水的水泵（22）开关。第六步，制作加压系统（14），在图2中，根据实验所用最大土工膜（1）的口径和胀破高度计算一次实验的用水量，以此来选择液缸（24）型号，保证其容积远大于单次用水量，在液缸末端钻出两个圆形小孔（30）和（31），分别用于连接高压胶管（23），以及用于安装测量容器内液压的液压计；在液缸侧面钻出两个圆形小孔（32）和（33），分别用于排气和加水；根据液缸（24）的型号选择活塞（25）；根据实验要求的每分钟注水量和加压频率选择电机（26）、减速机（27）、齿轮、皮带以及丝杆（28）；选择合适限位器（29）保证仪器的安全。按照图2所示将所有仪器依次安装。第七步，进行无覆压试验时，首先将橡胶圈放入下法兰盘（3）的卡槽（6）内，将土工膜（1）平铺在下法兰盘（3）之上，将上法兰盘（4）放在土工膜（1）上，用螺栓连接下法兰盘（3）和上法兰盘（4），在膜下密封容器内形成密封空间，然后将加压系统的电机（26）、液缸（24）上的液压传感器、限位器（29）与控制平台（15）相连，将加压系统的供水孔（30）用高压胶管（23）与操作平台的接口（8）连接，最后将激光位移传感器（13）安装到激光位移传感器框架（12）上，打开电源，给加压系统液缸（24）加满水，通过控制面板（16）和调频器（17））选择加压模式和加压频率，激光位移传感器（13）与电脑连接，全部准备完毕后，打开加压系统开关，即可进行力学性质试验；若进行有上覆压试验，还需将橡胶圈放入上法兰盘（4）的卡槽（6）内，将有机玻璃圆筒（10）与不锈钢法兰盘（5）连接组成覆压装置放在上法兰盘（4）之上，用螺栓连接上法兰盘（4）与覆压装置的法兰盘（5），将注水管（11）安装在操作平台上的覆压装置水管接口（9）上，将水泵（22）分别与水管（11）和控制平台（15）连接后往覆压装置的有机玻璃圆筒（10）内注入适当的水量，全部准备完毕后，打开加压系统开关，即可进行力学性质试验。

Claims (6)

1.一种持续稳定加压式土工膜液胀变形力学试验装置，其特征是，包括加压系统、液胀密封系统、覆压装置、测控系统四部分；所述的加压系统采用持续供压装置，加压方式利用电机带动活塞连续加压；所述的液胀密封系统主要由上、下法兰盘和水平操作平台组成，是土工膜鼓胀变形试验的基础平台；所述的覆压装置由有机玻璃圆筒和法兰盘组成，有机玻璃圆筒上贴有垂向标尺，下端连结的法兰盘；所述的测控系统由精密数显压力传感器、标尺、激光位移传感器和高清录像系统组成。

2.根据权利要求1所述的一种持续稳定加压式土工膜液胀变形力学试验装置，其特征是试验装置的材质为不锈钢或有机玻璃材料。

3.根据权利要求1所述的一种持续稳定加压式土工膜液胀变形力学试验装置，其特征是将土工膜平铺于下法兰盘之上，通过下法兰盘环形卡槽内密封橡皮圈和上法兰盘对土工膜进行密封，并在土工膜和操作平台之间形成液密封系统。

4.根据权利要求1所述的一种持续稳定加压式土工膜液胀变形力学试验装置，其特征是带有一套自主设计的加压系统，加压系统采用持续供压装置，利用电机带动活塞连续加压，保证试验过程中液压的充分且稳定供给。

5.根据权利要求1所述的一种持续稳定加压式土工膜液胀变形力学试验装置，其特征是带有一套覆压装置，覆压装置由有机玻璃圆筒和不锈钢法兰盘组成，利用水泵将水通过水管向筒内加水至一定高度，用来定量模拟库盘防渗工程中土工膜现场实际承受上覆压力。

6.根据权利要求1所述的一种持续稳定加压式土工膜液胀变形力学试验装置，其特征是带有一套激光位移传感器，激光位移传感器安装在激光位移传感器框架顶端的横梁上，框架固定在操作平台上，通过激光位移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。