一种模拟垫层约束条件下土工膜蠕变的测试装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种模拟垫层约束条件下土工膜蠕变的测试装置和方法，包括拉伸试验系统、垫层施加系统和位移采集系统；拉伸试验系统包括主机架平台、底座、土工膜、活动夹具、钢索、制动装置、定滑轮和砝码；土工膜一端固定在底座中间的夹缝内，另外一端通过活动夹具固定；垫层施加系统包括垫层室、垫层料、气压调节装置、上盖板、压力气囊、传力板、水平推动装置和活动推杆；位移采集系统包括位移传感器、数据采集仪和计算机。本发明专利技术装置实现了土工膜在受垫层约束时土工膜蠕变性能的测试，并实时记录土工膜在单级恒定或多级恒定拉伸荷载作用下的蠕变变形量，得到不同恒定拉伸荷载作用下土工膜的蠕变曲线，用于分析土工膜的蠕变特性。

【技术实现步骤摘要】
一种模拟垫层约束条件下土工膜蠕变的测试装置和方法
本专利技术涉及水利工程中防渗土工膜的变形检测领域，特别是一种模拟垫层约束条件下土工膜蠕变的测试装置和方法。
技术介绍
土工膜因具有防渗性能好、适应变形能力强、工程造价低等优点，已广泛应用于堤坝、库盘、渠道等防渗工程。当土工膜铺设于堤坝上游面作为防渗体时，在库水压力的作用下，坝面土工膜会呈现受拉特性。土工膜在一定的拉力作用下，其变形会随时间不断增长，即产生蠕变。由于水库一般采用分级蓄水，每蓄到一定高程时，水位会维持一段时间，此时土工膜存在多级恒定拉力条件下的蠕变行为。当土工膜蠕变量达到一定时，土工膜会发生撕裂，从而破坏了堤坝防渗结构的完整性，对堤坝安全造成隐患。因此，探究单级恒定拉伸荷载和多级恒定拉伸荷载条件下受垫层约束的土工膜的蠕变特性具有重要的科学研究意义和工程应用价值。现有技术中，通常采用土工合成材料蠕变试验仪测试土工膜的蠕变特性。但是，目前已有的蠕变试验装置基本未考虑垫层约束对土工膜蠕变特性的影响。由于实际工程中土工膜必然受到垫层的约束作用，垫层会对土工膜的蠕变产生影响，因而现有试验装置不能真实模拟土工膜受垫层约束时的蠕变行为。另外，实际工程中土工膜存在受多级恒定拉伸荷载的情况，但是目前已有的蠕变试验装置均仅考虑在单级恒定拉伸荷载下探究土工膜的蠕变特性，不能反映土工膜受多级恒定拉伸荷载时的蠕变特性。因此，为真实有效地反映土工膜蠕变过程中全程受垫层的约束作用，有必要研制能一种模拟单级恒定拉伸荷载和多级恒定拉伸荷载条件下受垫层约束的土工膜蠕变的测试装置和方法。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种模拟垫层约束条件下土工膜蠕变的测试装置，该模拟垫层约束条件下土工膜蠕变的测试装置能模拟土工膜蠕变过程中全程受垫层约束，并实时测试和记录在单级恒定或多级恒定拉伸荷载作用下的土工膜蠕变变形量，得到单级恒定或多级恒定拉伸荷载作用下土工膜蠕变曲线，用于分析土工膜的蠕变特性。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种模拟垫层约束条件下土工膜蠕变的测试装置，包括拉伸试验系统、垫层施加系统和位移采集系统。拉伸试验系统用于对土工膜施加单级恒定拉伸荷载或多级恒定拉伸荷载；拉伸试验系统包括底座、活动夹具和拉伸荷载施加装置；底座水平设置，土工膜平铺在底座上，土工膜的一端伸入并固定在底座的夹缝中，土工膜的另一端与活动夹具相连接，拉伸荷载施加装置与活动夹具相连接，活动夹具底部与底座滑动连接。垫层施加系统设置在土工膜的上方，用于对土工膜施加法向荷载；垫层施加系统能沿土工膜的拉伸方向进行水平滑移，且垫层施加系统的水平滑移量随土工膜的拉伸位移同步变化；位移采集系统用于对土工膜的拉伸位移进行采集。垫层施加系统包括垫层室、垫层料、法向加压装置和水平推动装置；垫层室顶部和底部开口设置，垫层料填充在垫层室内，垫层料底部与土工膜和底座上表面相接触；法向加压装置设置在垫层料的顶部，水平推动装置设置在背离活动夹具一侧的垫层室外侧壁上。法向加压装置包括传力板、压力气囊、上盖板和压力调节装置；传力板放置在垫层料顶部，上盖板可拆卸式盖合在垫层室顶部，压力气囊设置在传力板和上盖板之间，压力调节装置能对压力气囊内的压力进行调节。垫层料为细砂、砂砾石或混凝土中的一种。拉伸荷载施加装置包括钢索、制动装置、定滑轮和砝码；钢索中部与定滑轮滑动配合，定滑轮将钢索分为水平部和竖直部，水平部的尾端与活动夹具相连接；制动装置套设在钢索的水平部外周，用于将钢索锁紧制动；砝码悬挂设置在竖直部的尾端，砝码的重量能够组合更换。位移采集系统包括位移传感器、数据采集仪和计算机；位移传感器设置在钢索上，位移传感器与数据采集仪相连接，数据采集仪和水平推动装置均与计算机相连接。本专利技术还提供一种模拟垫层约束条件下土工膜蠕变的测试方法，该模拟垫层约束条件下土工膜蠕变的测试方法能模拟土工膜蠕变过程中全程受垫层约束，并实时测试和记录在单级恒定或多级恒定拉伸荷载作用下的土工膜蠕变变形量，得到单级恒定或多级恒定拉伸荷载作用下土工膜蠕变曲线，用于分析土工膜的蠕变特性。一种模拟垫层约束条件下土工膜蠕变的测试方法，包括如下步骤。步骤1，土工膜试样的裁剪：按试验设计尺寸裁剪若干张厚度为t的土工膜试样。步骤2，土工膜单级恒定拉伸荷载的选定：根据土工膜的极限拉力，按20%、40%和60%的极限拉力选定三种大小的拉伸荷载G1、G2和G3。步骤3，土工膜试样的安装：将步骤1中土工膜试样两端分别固定于底座中间的夹缝和活动夹具内。步骤4，垫层施加系统的安装：将垫层室置于底座和土工膜上表面且紧靠活动夹具，在垫层室内按设计要求填充垫层料；放置传力板于垫层料上，压力气囊平铺在传力板上表面，并将上盖板固定于压力气囊的正上方，压力气囊通过压力管道与压力调节装置连接，施加所需法向压力；水平推动装置通过活动推杆与垫层室连接。步骤5，位移采集系统的安装：将数据采集仪通过数据线与位移传感器电连，计算机通过数据线与数据采集仪电连，水平推动装置与计算机电连，运行位移采集系统检查各部件是否处在正常工作状态。步骤6，垫层法向荷载的施加：开启压力调节装置，设定气压为P1，压力调节装置通过控制压力气囊内气压调节作用于垫层上的法向压力，当压力气囊内气压稳定在P1时，垫层法向加载工作完成。步骤7，土工膜蠕变试验：土工膜蠕变试验包括单级恒定拉伸荷载下土工膜蠕变试验和多级恒定拉伸荷载下土工膜蠕变试验。其中，单级恒定拉伸荷载下土工膜蠕变试验，包括如下步骤。步骤711，土工膜拉伸荷载的施加：启动制动装置，在钢索的竖直部末端悬挂质量为G1的砝码。步骤712，开始土工膜蠕变试验：打开水平推动装置并关闭制动装置，活动夹具在水平拉力作用下开始前进移动，带动土工膜发生蠕变变形；在土工膜蠕变过程中，数据采集仪自动实时采集位移传感器测量的土工膜蠕变量，并将数据传输给计算机；水平推动装置实时获取位移传感器测得的位移值，并根据此位移值控制活动推杆推动垫层室向前滑移；当土工膜蠕变变形稳定时，启动制动装置，卸除质量为G1的砝码，关闭水平推动装置和压力调节装置，卸下土工膜；整理得到土工膜在垫层法向压力为P1和拉伸荷载为G1条件下的蠕变曲线。步骤713，不同大小拉伸荷载下土工膜的蠕变试验：将步骤711中的砝码质量分别变更换为G2和G3，重复步骤3至步骤712，整理得到垫层法向压力为P1时，不同大小拉伸荷载G2和G3作用下土工膜蠕变曲线。多级恒定拉伸荷载下土工膜蠕变试验，包括如下步骤。步骤721，土工膜拉伸蠕变试验第一阶段：启动制动装置，在钢索的竖直部末端悬挂质量为G1的砝码；打开水平推动装置，并关闭制动装置，活动夹具在水平拉力作用下开始移动，带动土工膜发生蠕变变形；在土工膜蠕变过程中，数据采集仪自动实时采集位移传感器测量的土工膜蠕变量，并将数据传输给计算机；水平推动装置实时获取位移传感器测得的位移值，并根据此位移值控制活动推杆推动垫层室向前滑移；当土工膜蠕变时间达到T1时，启动制动装置，土工膜拉伸蠕变第一阶段结束。步骤722，土工膜拉伸蠕变试验第二阶段：将步骤721中的砝码质量增加至G2，重复步骤721；当土工膜蠕变时间达到T2时，启动制动装置，土工膜拉伸蠕变第二阶段结束。步骤723，土工膜拉伸蠕本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种模拟垫层约束条件下土工膜蠕变的测试装置，其特征在于：包括拉伸试验系统、垫层施加系统和位移采集系统；拉伸试验系统用于对土工膜施加单级恒定拉伸荷载或多级恒定拉伸荷载；拉伸试验系统包括底座、活动夹具和拉伸荷载施加装置；底座水平设置，土工膜平铺在底座上，土工膜的一端伸入并固定在底座的夹缝中，土工膜的另一端与活动夹具相连接，拉伸荷载施加装置与活动夹具相连接，活动夹具底部与底座滑动连接；垫层施加系统设置在土工膜的上方，用于对土工膜施加法向荷载；垫层施加系统能沿土工膜的拉伸方向进行水平滑移，且垫层施加系统的水平滑移量随土工膜的拉伸位移同步变化；位移采集系统用于对土工膜的拉伸位移进行采集。

【技术特征摘要】
1.一种模拟垫层约束条件下土工膜蠕变的测试装置，其特征在于：包括拉伸试验系统、垫层施加系统和位移采集系统；拉伸试验系统用于对土工膜施加单级恒定拉伸荷载或多级恒定拉伸荷载；拉伸试验系统包括底座、活动夹具和拉伸荷载施加装置；底座水平设置，土工膜平铺在底座上，土工膜的一端伸入并固定在底座的夹缝中，土工膜的另一端与活动夹具相连接，拉伸荷载施加装置与活动夹具相连接，活动夹具底部与底座滑动连接；垫层施加系统设置在土工膜的上方，用于对土工膜施加法向荷载；垫层施加系统能沿土工膜的拉伸方向进行水平滑移，且垫层施加系统的水平滑移量随土工膜的拉伸位移同步变化；位移采集系统用于对土工膜的拉伸位移进行采集。2.根据权利要求1所述的模拟垫层约束条件下土工膜蠕变的测试装置，其特征在于：垫层施加系统包括垫层室、垫层料、法向加压装置和水平推动装置；垫层室顶部和底部开口设置，垫层料填充在垫层室内，垫层料底部与土工膜和底座上表面相接触；法向加压装置设置在垫层料的顶部，水平推动装置设置在背离活动夹具一侧的垫层室外侧壁上。3.根据权利要求2所述的模拟垫层约束条件下土工膜蠕变的测试装置，其特征在于：法向加压装置包括传力板、压力气囊、上盖板和压力调节装置；传力板放置在垫层料顶部，上盖板可拆卸式盖合在垫层室顶部，压力气囊设置在传力板和上盖板之间，压力调节装置能对压力气囊内的压力进行调节。4.根据权利要求2所述的模拟垫层约束条件下土工膜蠕变的测试装置，其特征在于：垫层料为细砂、砂砾石或混凝土中的一种。5.根据权利要求1所述的模拟垫层约束条件下土工膜蠕变的测试装置，其特征在于：拉伸荷载施加装置包括钢索、制动装置、定滑轮和砝码；钢索中部与定滑轮滑动配合，定滑轮将钢索分为水平部和竖直部，水平部的尾端与活动夹具相连接；制动装置套设在钢索的水平部外周，用于将钢索锁紧制动；砝码悬挂设置在竖直部的尾端，砝码的重量能够组合更换。6.根据权利要求5所述的模拟垫层约束条件下土工膜蠕变的测试装置，其特征在于：位移采集系统包括位移传感器、数据采集仪和计算机；位移传感器设置在钢索上，位移传感器与数据采集仪相连接，数据采集仪和水平推动装置均与计算机相连接。7.一种模拟垫层约束条件下土工膜蠕变的测试方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1，土工膜试样的裁剪：按试验设计尺寸裁剪若干张厚度为t的土工膜试样；步骤2，土工膜单级恒定拉伸荷载的选定：根据土工膜的极限拉力，按20%、40%和60%的极限拉力选定三种大小的拉伸荷载G1、G2和G3；步骤3，土工膜试样的安装：将步骤1中土工膜试样两端分别固定于底座中间的夹缝和活动夹具内；步骤4，垫层施加系统的安装：将垫层室置于底座和土工膜上表面且紧靠活动夹具，在垫层室内按设计要求填充垫层料；放置传力板于垫层料上，压力气囊平铺在传力板上表面，并将上盖板固定于压力气囊的正上方，压力气囊通过压力管道与压力调节装置连接，施加所需法向压力；水平推动装置通过活动推杆与垫层室连接；步骤5，位移采集系统的安装：将数据采集仪通过数据线与位移传感器电连，计算机通过数据线与数据采集仪电连，水平推动装置与计算机电连，运行位移采集系统检查各部件是否处在正常工作状态；步骤6，垫层法向荷载的施加：开启压力调节装置，设定气压为P1，压力调节装置通过控制压力气囊内气压调节作用于垫层上的法向压力，当压力气囊内气压稳定在P1时，垫层法向加载工作完成；步骤7，土工膜蠕变试验：土工膜蠕变试验包括单级恒定拉伸荷载下土工膜蠕变试验和多级恒定拉伸荷载下土工膜蠕变试验；其中，单级恒定拉伸荷载下土工膜蠕变试验，包括如下步骤：步骤711，土工膜拉伸荷载的施加：启动制动装置，在钢索的竖...

【专利技术属性】
技术研发人员：岑威钧，都旭煌，陈司宁，王辉，罗佳瑞，李邓军，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32