CN211528154U - 一种土工织物垂直渗透测试装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种土工织物垂直渗透测试装置，包括垂直渗透室、十字形拉伸装置、垂向加压装置以及台座，所述下游容器上安装有升降机构；所述十字形拉伸装置包括四组夹持装置和一个施力装置，所述施力装置包括第一驱动装置和四根钢丝绳，所述第一驱动装置通过所述钢丝绳对所述夹持装置施加拉力；所述垂向加压装置包括安装在所述垂直渗透室正上方的加荷顶柱，所述加荷顶柱由第二驱动装置驱动做上下运动；所述土工织物垂直渗透测试装置还包括循环水系统，所述循环水系统中还设有恒温装置。本实用新型的目的在于提供一种操作简单、控制精确，且可以在不同水头差、双向拉伸、垂向压力以及覆土条件下对土工织物进行渗透试验的测试装置。

Description

一种土工织物垂直渗透测试装置

技术领域

本实用新型涉及一种土工合成材料试验装置，尤其涉及一种土工织物垂直渗透测试装置。

背景技术

土工织物作为一种新型建筑材料，在防渗、过滤、排水等方面发挥着重要的作用，广泛应用于水利、水电、铁路、建筑等工程领域。作为一种排水反滤材料，土工织物可以代替传统的沙砾料，使液体排出的同时，保持土粒不流失。土工织物的渗透系数和透水率是衡量土工织物渗透特性的关键指标，而渗透装置是掌握土工织物渗透特性的前提条件。现有的渗透装置结构功能较为单一，绝大部分装置是测试土工织物在无负荷作用下的垂直渗透性能，但在实际的工程应用中土工织物往往会受到拉伸状态、垂直压力及覆土条件的影响，为更好地反映土工织物在实际使用过程中的渗透特性，有必要设计一种更接近工程实际受力状态的试验装置。

由于“+”字型试样能够最直观地反映双向受力状态，“+”字型双向拉伸实验也成为了最为有效的一种实验方法，目前主要有“液压式”与“机械式”两大类。然而，机械式双向拉伸试验装置只能进行双向等值拉伸，无法实现双轴任意应力比例荷载的拉伸；液压式双向拉伸试验装置则在实现保持双轴拉力精确相等或成一定比例等方面存在困难，会产生较大误差。除此之外，中国实用新型专利CN204128930U公开了一种土工织物垂直渗透试验器设计的砝码和杠杆加载机构，通过砝码的加载实现对土工织物的拉伸，但不能实现对拉伸应力、垂向压力、拉伸速率及拉伸位移的精确和任意比例调控。

除此之外，目前渗透仪通常采用传统的螺栓对渗透室上下筒以及夹具进行紧固，耗时费力；同时水温对垂直渗透系数影响较大，控制好水温有利于提高渗透系数的精确度，大部分实验室会通过温度校正来计算渗透系数，增加了计算量的同时也会产生较大误差。因此，有必要对现有技术进行改进。

实用新型内容

针对上述缺陷，本实用新型的目的在于提供一种操作简单、控制精确，且可以在不同水头差、双向拉伸、垂向压力以及覆土条件下对土工织物进行渗透试验的测试装置。

本实用新型提供了一种土工织物垂直渗透测试装置，包括垂直渗透室、十字形拉伸装置、垂向加压装置以及台座，所述垂直渗透室分为内部贯通的上游容器和下游容器，所述下游容器上安装有升降机构，用于驱动所述下游容器与上游容器压紧或分离；所述十字形拉伸装置包括四组夹持装置和一个施力装置，所述四组夹持装置呈十字形分布在所述垂直渗透室周围，所述施力装置包括第一驱动装置和四根钢丝绳，所述第一驱动装置通过所述钢丝绳对所述夹持装置施加拉力；所述垂向加压装置包括安装在所述垂直渗透室正上方的加荷顶柱，所述加荷顶柱由第二驱动装置驱动做上下运动，对所述土工织物垂向加压；所述土工织物垂直渗透测试装置还包括循环水系统，所述循环水系统中还设有恒温装置。

优选地，所述升降机构包括电动推杆、PLC控制器和压力传感器，所述电动推杆设置在所述垂直渗透室两侧，底部固定安装在所述台座上，顶部与所述下游容器固定连接，带动所述下游容器上下移动。

优选地，所述上游容器的底部连接有上游测压管，所述下游容器的底部连接有下游测压管。

优选地，所述上游容器的顶面设有上密封垫，所述下游容器的底面设有下密封垫，上下密封垫相互贴合；所述上游容器的顶面还设有用于放置多孔滤板的凹槽。

优选地，所述夹持装置包括上夹具和下夹具，所述上夹具和下夹具之间安装有直线驱动装置；所述下夹具的底部还滑动连接有直线导轨，所述直线导轨固定安装在所述台座上。

优选地，所述下夹具的顶面与上游容器的顶面位于同一水平面中。

优选地，所述施力装置还包括呈十字形分布在安装座上的四个辊轮，所述安装座底部中心设有第一丝杆，所述第一驱动装置驱动所述第一丝杆带动所述安装座旋转；所述夹持装置通过所述钢丝绳依次与位移传感器、拉力传感器、PLC控制器(73)和所述辊轮相连接，所述钢丝绳绕设在所述辊轮上。

优选地，所述垂向加压装置还包括第二丝杆，所述第二丝杆与第二驱动装置之间传动连接，且一端与所述加荷顶柱固定连接。

优选地，所述循环水系统包括依次连通的供水平衡箱、蓄水箱、净化装置和废水回收箱，所述供水平衡箱与上游容器相连通；所述台座表面还设置有多个排水口，所述排水口与废水回收箱相相通。

优选地，所述蓄水箱中设有恒温装置，所述恒温装置为恒温加热棒。

本实用新型的有益效果为：

1、下游容器以及夹持装置均采用自动控制，再也无需手动拆卸上游容器、下游容器之间的法兰盘及夹具上的螺栓，操作更加简单、省力；

2、通过设置施力装置，将土工织物的双向拉伸过程改为电动拉伸，可实现双向拉伸载荷下任意应力应变的试验，同时可精确控制拉伸速率、拉力大小，记录试样位移大小；

3、垂向加压同样改为电动加压，可实现垂向压力以及加压速率的精确控制，操作简单省力；

4、循环水系统提高了水的重复利用率，辅以恒温装置，可以更好地控制水温，避免修正温度系数，减少实验室误差。

附图说明

图1是本实用新型土工织物垂直渗透测试装置的主视图；

图2是台座的俯视图；

图3是十字形拉伸装置的结构示意图。

元件标号说明：

1 台座

2 下游容器

21 升降机构

22 溢流口

23 下游测压管

24 内筒

25 外筒

3 上游容器

31 上供水管

32 下供水管

33 排气孔

34 阀门

35 排水口

36 排水管

37 上游测压管

41 废水回收箱

42 净化装置

43 水泵

44 恒温装置

45 蓄水箱

46 水源

47 供水平衡箱

5 夹持装置

51 上夹具

52 下夹具

53 直线驱动装置

54 直线导轨

6 施力装置

61 第一驱动装置

62 变频器

63 电源

64 第一丝杆

65 辊轮

66 钢丝绳

67 传动轴承

68 安装座

71 位移传感器

72 拉力传感器

73 PLC控制器

8 垂向加压装置

81 加荷顶柱

82 第二丝杆

83 第二驱动装置

84 支架

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细说明。这些实施方式仅用于说明本实用新型，而并非对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

此外，在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

如图1和图2所示，本实用新型提供了一种土工织物垂直渗透测试装置，该测试装置包括垂直渗透室、十字形拉伸装置、垂向加压装置8以及台座1，垂直渗透室包括内筒24和外筒25，同时还分为内部贯通且内径相同的上游容器3和下游容器2，下游容器2上安装有升降机构21，其用于驱动下游容器2与上游容器3压紧或分离。具体地，升降机构21包括电动推杆、步进电机、PLC控制器和压力传感器，其中电动推杆设置在垂直渗透室两侧，底部固定安装在台座1上，顶部与下游容器2固定连接，带动下游容器2相对于上游容器3作上下移动，当下游容器2移动到最底部时其与上游容器3压紧，当下游容器2向上移动时则与上游容器3分离。为保证密封效果，上游容器3的顶面设有上密封垫，下游容器2的底面设有下密封垫，上下密封垫相互密封贴合，有效防止渗水。上游容器3的顶面还设有用于放置多孔滤板的凹槽，底部设有排气孔33。

如图1-3所示，十字形拉伸装置包括四组夹持装置5和一个施力装置6，四组夹持装置5 呈十字形分布在垂直渗透室周围，每组包括上夹具51和下夹具52，上夹具51和下夹具52 之间安装有直线驱动装置53，具体地为气缸或直线电机，从而实现上下夹具的压紧和分离，完成对土工织物的装卸。优选地，上夹具51和下夹具52的夹口为正选波纹，可以增加对土工织物的夹紧力。下夹具52的底部还滑动连接有直线导轨54，直线导轨54固定安装在台座 1上，为夹持装置5的运动导向。优选地，下夹具52的顶面与上游容器3的顶面位于同一水平面中，使得土工织物在被夹持时可以保持平整。

施力装置6包括第一驱动装置61、四根钢丝绳66、安装座68以及安装座68上的四个辊轮65，四个辊轮65呈十字形分布在安装座68上，安装座68底部中心设有第一丝杆64，第一驱动装置61与第一丝杆64传动连接，驱动第一丝杆64带动安装座68旋转。第一驱动装置61可采用步进电机，辊轮65、第一丝杆64和第一驱动装置61均置于台座1底部。每组夹持装置5通过钢丝绳66依次与位移传感器71、拉力传感器72、PLC控制器73和一个辊轮 65相连接，且在钢丝绳66的运动路径上均设有传动轴承67，钢丝绳66最终绕设在辊轮65 上。当安装座68旋转时，带动辊轮65一起旋转，在钢丝绳66被持续缠绕至辊轮65上的过程中，拉力被传至钢丝绳66，带动夹持装置5沿力的方向滑动，实现土工织物的拉伸或者回缩。具体地，施力装置6还包括依次与第一驱动装置61相连接的变频器62和电源63，变频器62可调控拉伸速率以及辊轮65的转动方向，拉力传感器72记录拉力的大小，位移传感器 71测量土工织物的拉伸位移。

垂向加压装置8包括通过支架84安装在垂直渗透室正上方的加荷顶柱81和第二驱动装置83，加荷顶柱81由第二驱动装置83驱动做上下运动，使得加荷顶柱81对土工织物进行垂向加压。在本实用新型的一个具体实施例中，垂向加压装置8还包括第二丝杆82、压力传感器和变频器，第二丝杆82与第二驱动装置83之间传动连接，且一端与加荷顶柱81固定连接。第二驱动装置83可采用步进电机，工作时带动第二丝杆82上下移动，从而驱动加荷顶柱81上下移动。压力传感器和变频器均与第二驱动装置83相连接，变频器可调控第二丝杆82上下移动的速率，压力传感器则可以记录加荷顶柱81对土工织物施加的压力大小。

进一步地，如图1所示，本实用新型的土工织物垂直渗透测试装置还包括循环水系统，且循环水系统中还设有恒温装置，从而提高水的重复利用率，同时更好地控制水温，避免修正温度系数，减少实验室误差。具体地，循环水系统包括通过排水管依次连通的供水平衡箱 47、蓄水箱45、净化装置42和废水回收箱41，这些设备均内置于台座1的底部，排水管上设有阀门34。蓄水箱45的上方设有水源46，可以满足蓄水箱45的供水需求。此外，蓄水箱45上还连接有水泵43，内部设有恒温装置44，恒温装置44具体地为恒温加热棒。供水平衡箱47通过下供水管32与上游容器3相连通，同时还通过上供水管31与下游容器2的顶部相连通。上游容器3的底部连接有上游测压管37，下游容器2的底部连接有下游测压管23，从而便于实验人员获取上游容器3和下游容器2的水压数据。台座1表面还设置有多个排水口 35，排水口35与废水回收箱41之间通过排水管36相连通，下游容器2的顶端设置有溢流口 22，从溢流口22溢出的水会由台座1上的排水口35流入排水管36，进而收集到废水回收箱 41，然后废水通过水净化装置42，循环至蓄水箱45，蓄水箱45再通过水泵43将内部的水输送至供水平衡箱47，实现水的循环使用。

本实用新型的操作步骤为：

S1、无负荷时垂直渗透特性的测定：

1)将土工织物按照试验尺寸进行剪裁，然后进行浸泡排气泡处理；

2)使得升降机构21带动下游容器2向上移动，上、下游容器分离，将土工织物放置于上游容器3顶面，再使得升降机构21带动下游容器2向下移动，实现土工织物的固定；

3)打开阀门34，使上游容器3注水，排除垂直渗透室内的气泡，上游容器3应始终有水溢出，选择水力梯度，调节上下游水位，使其达到规定的水力梯度，待水头稳定后，开始计时，收集溢出的水量，当达到设定时间后，用量筒测出水流量。

S2、拉伸状态下垂直渗透特性的测定：

1)启动夹持装置5的直线驱动装置53，将规定尺寸的土工织物紧固于夹持装置5中，打开第一驱动装置61，钢丝绳66一端在第一驱动装置61的带动下缠绕在辊轮65上，钢丝绳66的另一端将力传到土工织物上，实现土工织物的拉伸；

2)通过调节拉力传感器72与PLC控制器73可以记录和控制拉力的大小，调节变频器62 改变辊轮65的转动速率从而调节拉伸速率的大小，从而实现土工织物在不同拉力大小以及拉伸速率下土工织物的拉伸形变，位移传感器71可以记录位移；

3)土工织物拉伸试验结束后，重复上述渗透实验步骤S1。

S3、垂向压力及覆土条件下垂直渗透特性的测定：

1)启动第二驱动装置83带动加荷顶柱81实现对土工织物的垂向加压，然后进行垂直渗透实验；

2)如需进行覆土条件下的织物渗透试验，则需按土工试验方法制备土样，在土样下方放置多孔滤板，上方依次放置滤纸、透水石、多孔滤板；按标准要求覆土结束后，重复上述渗透实验步骤S1。

改变水头差，改变双向、垂向参数以及覆土条件，重复上述渗透试验步骤S1-S3。

综上所述，本实用新型的有益效果为：

1、下游容器以及夹持装置均采用自动控制，再也无需手动拆卸上游容器、下游容器之间的法兰盘及夹具上的螺栓，操作更加简单、省力；

2、通过设置施力装置，将土工织物的双向拉伸过程改为电动拉伸，可实现双向拉伸载荷下任意应力应变的试验，同时可精确控制拉伸速率、拉力大小，记录试样位移大小；

3、垂向加压同样改为电动加压，可实现垂向压力以及加压速率的精确控制，操作简单省力；

4、循环水系统提高了水的重复利用率，辅以恒温装置，可以更好地控制水温，避免修正温度系数，减少实验室误差。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种土工织物垂直渗透测试装置，包括垂直渗透室、十字形拉伸装置、垂向加压装置(8)以及台座(1)，所述垂直渗透室分为内部贯通的上游容器(3)和下游容器(2)，其特征在于，所述下游容器(2)上安装有升降机构(21)，用于驱动所述下游容器(2)与上游容器(3)压紧或分离；

所述十字形拉伸装置包括四组夹持装置(5)和一个施力装置(6)，所述四组夹持装置(5)呈十字形分布在所述垂直渗透室周围，所述施力装置(6)包括第一驱动装置(61)和四根钢丝绳(66)，所述第一驱动装置(61)通过所述钢丝绳(66)对所述夹持装置(5)施加拉力；

所述垂向加压装置(8)包括安装在所述垂直渗透室正上方的加荷顶柱(81)，所述加荷顶柱(81)由第二驱动装置(83)驱动做上下运动，对所述土工织物垂向加压；

所述土工织物垂直渗透测试装置还包括循环水系统，所述循环水系统中还设有恒温装置(44)。

2.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述升降机构(21)包括电动推杆、PLC控制器和压力传感器，所述电动推杆设置在所述垂直渗透室两侧，底部固定安装在所述台座(1)上，顶部与所述下游容器(2)固定连接，带动所述下游容器(2)上下移动。

3.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述上游容器(3)的底部连接有上游测压管(37)，所述下游容器(2)的底部连接有下游测压管(23)。

4.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述上游容器(3)的顶面设有上密封垫，所述下游容器(2)的底面设有下密封垫，上下密封垫相互贴合；所述上游容器(3)的顶面还设有用于放置多孔滤板的凹槽。

5.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述夹持装置(5)包括上夹具(51)和下夹具(52)，所述上夹具(51)和下夹具(52)之间安装有直线驱动装置(53)；所述下夹具(52)的底部还滑动连接有直线导轨(54)，所述直线导轨(54)固定安装在所述台座(1)上。

6.根据权利要求5所述的测试装置，其特征在于，所述下夹具(52)的顶面与上游容器(3)的顶面位于同一水平面中。

7.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述施力装置(6)还包括呈十字形分布在安装座(68)上的四个辊轮(65)，所述安装座(68)底部中心设有第一丝杆(64)，所述第一驱动装置(61)驱动所述第一丝杆(64)带动所述安装座(68)旋转；所述夹持装置(5)通过所述钢丝绳(66)依次与位移传感器(71)、拉力传感器(72)、PLC控制器(73)和所述辊轮(65)相连接，所述钢丝绳(66)绕设在所述辊轮(65)上。

8.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述垂向加压装置(8)还包括第二丝杆(82)，所述第二丝杆(82)与第二驱动装置(83)之间传动连接，且一端与所述加荷顶柱(81)固定连接。

9.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述循环水系统包括依次连通的供水平衡箱(47)、蓄水箱(45)、净化装置(42)和废水回收箱(41)，所述供水平衡箱(47)与上游容器(3)相连通；所述台座(1)表面还设置有多个排水口(35)，所述排水口(35)与废水回收箱(41)相通。

10.根据权利要求9所述的测试装置，其特征在于，所述蓄水箱(45)中设有恒温装置，所述恒温装置为恒温加热棒。

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