一种大型直剪仪界面剪切GCL夹层错动位移测量装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种大型直剪仪界面剪切GCL夹层错动位移测量装置及方法，该试验装置包括抓齿板系统和位移实时监测系统；抓齿板系统通过底板抓齿可实现界面静动力剪切试验过程中对土工合成材料试样的均匀、可靠固定，位移实时监测系统通过底板内贯穿超细钢丝与位移传感器的精密协作可实现对GCL上下表层土工织物间错动位移的精确测量；本发明专利技术装置结构简单、操作简便，可以作为一个功能性单元模块嵌入大型常规土工直剪仪试验系统中，填补了目前土工直剪仪的功能缺陷，极大促进了GCL与其它土工材料界面剪切试验过程中破坏阶段的精确划分和失稳机理的准确揭示。和失稳机理的准确揭示。和失稳机理的准确揭示。

【技术实现步骤摘要】
一种大型直剪仪界面剪切GCL夹层错动位移测量装置和方法


[0001]本专利技术涉及岩土工程


技术介绍

[0002]我国是世界上最大的城市垃圾生产国，城市垃圾产量超过2亿吨/年，而填埋是处理这些城市垃圾的最主要方式。为隔离填埋场内的污染物及有害物质，防止它们泄漏进入填埋场周边土壤和地下水中，需要在填埋场底部设置衬垫系统。
[0003]衬垫系统是填埋场发挥其作为有害物质永久封闭容器功能性的核心结构部件，因此在填埋场稳定性研究中一直将衬垫系统的结构特性和力学特性放在核心研究地位。
[0004]土工合成黏土衬垫GCL(通常由上下表层土工织物与中间膨润土层组成，底层土工织物采用针刺法将其土工纤维刺穿膨润土层和上覆的土工织物层，形成有加筋效果的三明治结构，将三层材料连为一体，从而具有较好的整体性)以其较薄的厚度和良好的防渗性能被用来代替部分压实黏土层，并与土工膜组合形成复合衬垫结构，这是目前填埋场底部衬垫系统中常用的核心衬垫结构。
[0005]但是，在地震荷载作用下，GCL上下表层间(夹层)或GCL与其他介质(如土工膜、压实黏土)接触界面上均容易发生较大相对位移，极易引起填埋场的失稳破坏，造成不可估量的财产损失和环境危害。
[0006]因此，对于GCL与其他介质间的界面剪切破坏试验以及对应界面剪切破坏机理的揭示一直是国内外研究人员的重点研究课题。然而，由于上述剪切破坏试验的破坏面既可能发生在GCL上下土工织物夹层间，也可能发生在GCL与其他介质的接触界面上，借助现有的大型土工界面直剪仪无法在试验过程中给出破坏面的具体发生位置，只能通过试验结束后试样的破坏形式反向推断出破坏面的可能位置(若GCL夹层发生较大错动位移，且大量土工纤维有拉断痕迹，则破坏面可能位于GCL夹层间；反之，若GCL夹层错动位移较小，土工纤维几乎没有被拉断，而GCL与其他介质接触界面相对位移较大，则破坏面可能位于GCL与其他介质的接触界面上)，这无疑削弱了试验的严谨性与可信度。此外，无论破坏面位于上述两个位置任意其一，在剪切试验过程中，GCL夹层间、GCL与其他介质的接触界面上均会出现相对位移，而图7所示的现有仪器(专利CN201410243598.7，或者论文“林海,韩卓韦,施建勇.土工合成材料界面剪切破坏机理和峰值强度分析[J].华中科技大学学报(自然科学版),2020,48(07):99
‑
106.DOI:10.13245/j.hust.200717.”)无法给出这两处位置各自的相对位移量，只能提供两者之和，即总位移量，这严重阻碍了研究人员对于剪切试验过程中剪切破坏阶段的准确描述以及剪切机理的正确解读和揭示。
[0007]所以，为了便于试验人员在GCL与其他介质间的界面剪切试验过程能实时判断出剪切破坏面的位置，并正确分析出剪切破坏的发生过程，准确揭示界面剪切机理，亟需研制出一种能够在常规大型土工界面直剪仪上应用的可实时、精确监测GCL与其他介质间的界面剪切试验过程中GCL上下夹层错动位移的功能性测试装置。

技术实现思路

[0008]针对现有技术中的不足，本专利技术提供了一种可测量大型直剪仪界面剪切GCL夹层错动位移的抓齿板装置和方法，该测量装置可以实现土工合成黏土衬垫GCL与其它土工材料界面直剪试验过程中GCL上下表层间错动位移的精确测量。
[0009]本专利技术的技术方案：
[0010]一种大型直剪仪界面剪切GCL夹层错动位移测量装置，包括：抓齿板系统和位移实时监测系统。
[0011]其中，所述抓齿板系统包括：底板(1)、抓齿(2)和连接耳板(3)；
[0012]所述底板(1)为不锈钢长方体；
[0013]所述抓齿(2)整齐排列于底板(1)下表面，用于实现界面剪切试验过程中剪切面上土工合成材料试样的均匀固定；
[0014]所述抓齿(2)中除了数个贯穿有钢丝孔道(8)的抓齿为倒置不锈钢正四棱台抓齿(201)外，其余均为尺寸相同、齿尖朝下的不锈钢正四棱锥抓齿；
[0015]所述连接耳板(3)平接于底板(1)上表面两侧，用于将底板(1)固定在上剪切盒(11)底部；
[0016]其中，所述位移实时监测系统包括：固定支架(4)、自动收缩钢丝卷轴(5)、超细钢丝(6)、位移传感器(7)、钢丝孔道(8)、土工膜垫片(9)和数据采集器(10)；
[0017]所述固定支架(4)主体为矩形不锈钢框架，以一定倾角焊接在底板(1)左部侧面顶端，固定支架(4)外端部横杆上倾斜向下延伸出数根不锈钢约束杆(401)，用于为自动收缩钢丝卷轴(5)提供空间支点；
[0018]所述自动收缩钢丝卷轴(5)固定在不锈钢约束杆(401)端部，可提供试验所需的超细钢丝(6)，并具有一定的自动收缩拉力，能保证超细钢丝(6)在界面剪切试验过程中一直处于绷紧状态；
[0019]所述超细钢丝(6)从自动收缩钢丝卷轴(5)拉出，穿过位移传感器(7)，并贯穿钢丝孔道(8)后，停留在底板(1)底部，用于测量界面剪切试验过程中GCL(15)夹层错动位移；
[0020]所述位移传感器(7)通过不锈钢约束杆(701)固定在底板(1)左侧，用于实时监测从自动收缩钢丝卷轴(5)拉出的超细钢丝(6)的长度；
[0021]所述钢丝孔道(8)是通过在底板(1)左侧半高位置起孔，向右水平延伸一定距离后，再垂直向下贯穿底板(1)下表面出孔形成，辅助超细钢丝(6)测量GCL(15)纵向与横向不同位置处的夹层错动位移；
[0022]所述土工膜垫片(9)为圆形，设置在GCL(15)底部，并通过超细钢丝(6)将其与GCL(15)底层的土工织物(1503)缝制在一起，以保证超细钢丝(6)在土工织物(1503)上的固定点不随界面剪切运动发生偏移；
[0023]所述数据采集器(10)通过数据线与位移传感器(7)相连接，用于收集位移传感器(7)监测所得的数据并进行错动位移值计算和输出。
[0024]进一步的，所述连接耳板(3)为四个，对称平接于底板(1)上表面两侧，每侧各两个不锈钢连接耳板(3)，用于将底板(1)固定在上剪切盒(11)底部。
[0025]进一步的，所述钢丝孔道(8)并联设置有三个，沿底板(1)水平方向自左向右依次为钢丝孔道一(801)、钢丝孔道二(802)和钢丝孔道三(803)，它们分别辅助超细钢丝(6)测
量GCL(15)纵向与横向不同位置处的夹层错动位移，进而通过取平均值以降低检测误差。
[0026]进一步的，所述位移传感器(7)并联设置有三个，分别用于实时监测穿过钢丝孔道一(801)、钢丝孔道二(802)和钢丝孔道三(803)的三条超细钢丝(6)从自动收缩钢丝卷轴(5)拉出的长度。
[0027]进一步的，总水平剪切位移x，错动引起的超细钢丝(6)伸长位移s，GCL中层膨润土的实时高度h，所述数据采集器(10)可计算出：
[0028]GCL中层膨润土(1502)中超细钢丝(6)的倾斜长度为h+s；
[0029]GC本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大型直剪仪界面剪切GCL夹层错动位移测量装置，其特征在于，包括抓齿板系统和位移实时监测系统；其中，所述抓齿板系统包括：底板(1)、抓齿(2)和连接耳板(3)；其中，所述位移实时监测系统包括：固定支架(4)、自动收缩钢丝卷轴(5)、超细钢丝(6)、位移传感器(7)、钢丝孔道(8)、土工膜垫片(9)和数据采集器(10)。2.如权利要求1所述的测量装置，其特征在于：所述底板(1)为不锈钢长方体；所述抓齿(2)整齐排列于底板(1)下表面，用于实现界面剪切试验过程中剪切面上土工合成材料试样的均匀固定；所述抓齿(2)中数个贯穿有钢丝孔道(8)的抓齿为倒置不锈钢正四棱台抓齿(201)，其余均为尺寸相同、齿尖朝下的不锈钢正四棱锥抓齿；所述连接耳板(3)平接于底板(1)上表面两侧，用于将底板(1)固定在上剪切盒(11)底部；所述固定支架(4)主体为矩形不锈钢框架，以一定倾角焊接在底板(1)左部侧面顶端，固定支架(4)外端部横杆上倾斜向下延伸出数根不锈钢约束杆(401)，用于为自动收缩钢丝卷轴(5)提供空间支点；所述自动收缩钢丝卷轴(5)固定在不锈钢约束杆(401)端部，提供试验所需的超细钢丝(6)，并具有自动收缩拉力，保证超细钢丝(6)在界面剪切试验过程中一直处于绷紧状态；所述超细钢丝(6)从自动收缩钢丝卷轴(5)拉出，穿过位移传感器(7)，并贯穿钢丝孔道(8)后，停留在底板(1)底部，用于测量界面剪切试验过程中GCL(15)夹层错动位移；所述位移传感器(7)通过不锈钢约束杆(701)固定在底板(1)左侧，用于实时监测从自动收缩钢丝卷轴(5)拉出的超细钢丝(6)的长度；所述钢丝孔道(8)是通过在底板(1)左侧半高位置起孔，向右水平延伸一定距离后，再垂直向下贯穿底板(1)下表面出孔形成，辅助超细钢丝(6)测量GCL(15)纵向与横向不同位置处的夹层错动位移；所述土工膜垫片(9)为圆形，设置在GCL(15)底部，并通过超细钢丝(6)将其与GCL(15)底层的土工织物(1503)缝制在一起，以保证超细钢丝(6)在土工织物(1503)上的固定点不随界面剪切运动发生偏移；所述数据采集器(10)通过数据线与位移传感器(7)相连接，用于收集位移传感器(7)监测所得的数据并进行错动位移值计算和输出。3.如权利要求1所述的测量装置，其特征在于：所述连接耳板(3)为四个，对称平接于底板(1)上表面两侧，每侧各两个不锈钢连接耳板(3)，用于将底板(1)固定在上剪切盒(11)底部。4.如权利要求1所述的测量装置，其特征在于：所述钢丝孔道(8)并联设置有三个，沿底板(1)水平方向自左向右依次为钢丝孔道一(801)、钢丝孔道二(802)和钢丝孔道三(803)，它们分别辅助超细钢丝(6)测量GCL(15)纵向与横向不同位置处的夹层错动位移，进而通过取平均值以降低检测误差。5.如权利要求1所述的测量装置，其特征在于：所述位移传感器(7)并联设置有三个，分别用于实时监测穿过钢丝孔道一(801)、钢丝孔道二(802)和钢丝孔道三(803)的三条超细
钢丝(6)从自动收缩钢丝卷轴(5)拉出的长度；...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯世进，石福江，郑奇腾，陈宏信，牛九格，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：