一種持續(xù)穩(wěn)定加壓式土工膜液脹變形力學(xué)試驗裝置的制造方法
【專利摘要】一種可用于水利平原水庫、市政垃圾填埋場等領(lǐng)域鋪膜防滲工程中測量土工膜液脹變形力學(xué)性質(zhì)的試驗設(shè)備，其特點是能夠進行有上覆壓力的土工膜液脹變形力學(xué)性質(zhì)試驗，能夠測量容器內(nèi)液壓壓力和土工膜脹破壓力，能夠為土工膜提供上覆水壓力，并能利用激光位移傳感器自動測量土工膜液脹變形的冠頂高度，得出土工膜液脹變形應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系曲線。該持續(xù)穩(wěn)定加壓式土工膜液脹變形力學(xué)試驗裝置由加壓系統(tǒng)、液脹密封系統(tǒng)、覆壓裝置、測控系統(tǒng)四部分構(gòu)成。該裝置加壓系統(tǒng)拋棄了以往的泵式液壓供壓方式，采用一種自主設(shè)計的持續(xù)穩(wěn)定供壓裝置。液脹密封系統(tǒng)主要由上、下法蘭盤和水平操作平臺組成，形成液壓密封空間。覆壓裝置由有機玻璃圓筒和法蘭盤組成。測控系統(tǒng)由精密數(shù)顯壓力傳感器和激光位移傳感器組成。
【專利說明】
一種持續(xù)穩(wěn)定加壓式土工膜液脹變形力學(xué)試驗裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明專利涉及一種用于水利平原水庫、市政垃圾填埋場等領(lǐng)域鋪膜防滲工程中測量液脹變形力學(xué)性質(zhì)的試驗設(shè)備，其特點是能夠進行有上覆水壓力的土工膜液脹變形力學(xué)性質(zhì)試驗，能夠測量容器內(nèi)液壓壓力和土工膜脹破壓力，能夠為土工膜提供上覆水壓力，并能利用激光位移傳感器自動測量土工膜液脹變形的冠頂高度，得出土工膜液脹變形應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系曲線。
【背景技術(shù)】
[0002]為解決我國北方部分平原地區(qū)無調(diào)蓄水庫的問題，需要興建大量的平原水庫調(diào)蓄工程。在平原水庫建設(shè)中，水庫防滲是關(guān)鍵技術(shù)問題。在平原水庫防滲設(shè)計中，對于地質(zhì)條件較差、缺乏理想不透水層的平原水庫需要考慮庫盤防滲方案，即水庫底部整體進行水平防滲。在庫盤防滲中，考慮經(jīng)濟因素，首選土工膜水平防滲方案。在水庫蓄水初期，由于庫水滲漏、庫區(qū)地下水位上升等多種原因，往往容易使膜下非飽和土中氣體聚集、上升，并在土工膜下形成有壓氣體，產(chǎn)生土工膜液脹現(xiàn)象，甚至液脹破壞，土工膜一旦破壞，就會加劇庫水滲漏，造成大量水量損失，并影響水庫的正常運營。
[0003]在市政垃圾填埋場等領(lǐng)域鋪設(shè)土工膜水平防滲的工程中，也存在類似的液脹問題。
[0004]因此進行有上覆水壓力的土工膜液脹變形力學(xué)性質(zhì)的試驗，確定土工膜液脹變形的冠頂高度、容器內(nèi)液壓壓力和土工膜脹破強度，得出土工膜液脹變形應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系具有重要的現(xiàn)實意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種持續(xù)穩(wěn)定加壓式土工膜液脹變形力學(xué)試驗裝置，這種試驗設(shè)備能夠進行有上覆水壓力的土工膜液脹變形力學(xué)性質(zhì)試驗，能夠測量容器內(nèi)液壓壓力和土工膜脹破壓力，能夠為土工膜提供上覆水壓力，并能自動測量土工膜液脹變形的冠頂高度，得出土工膜液脹變形應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系曲線。
[0006]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:該持續(xù)穩(wěn)定加壓式土工膜液脹變形力學(xué)試驗裝置由加壓系統(tǒng)、液脹密封系統(tǒng)、覆壓裝置、測控系統(tǒng)四部分構(gòu)成。加壓系統(tǒng)是一種持續(xù)穩(wěn)定供壓裝置，并可對加壓頻率和注水速率進行調(diào)節(jié)。液脹密封系統(tǒng)主要是指上、下法蘭盤和操作平臺，上、下法蘭盤與水平操作平臺形成液壓密封容器，是土工膜鼓脹變形試驗的基礎(chǔ)平臺。覆壓裝置由有機玻璃圓筒和不銹鋼法蘭盤組成，有機玻璃圓筒上貼有垂向標(biāo)尺，用于記錄水位變化，下端連結(jié)法蘭盤，可為液脹試驗提供上覆壓力。測控系統(tǒng)由精密數(shù)顯壓力傳感器、標(biāo)尺、激光位移傳感器和高清錄像系統(tǒng)組成，能自動測量和記錄土工膜液脹變形的冠頂高度、容器內(nèi)液壓壓力和土工膜脹破壓力。
[0007]所述的加壓系統(tǒng)采用持續(xù)供壓裝置，由液缸、活塞、絲桿、減速機、高壓膠管、液壓快插接頭和交流三相電機組成。加壓方式利用電機帶動活塞連續(xù)加壓，保證試驗過程中液壓的充分且穩(wěn)定供給，可以調(diào)節(jié)加壓頻率，并能夠重復(fù)使用。
[0008]所述的液脹密封系統(tǒng)主要是指一套法蘭盤組和操作平臺。法蘭盤組由上、下法蘭盤組成，與操作平臺形成液壓密封容器，是土工膜鼓脹變形試驗的基礎(chǔ)平臺。上法蘭盤是一個圓環(huán)，其功能是夾緊(密封)土工膜樣品，有下旋螺紋口用于與下法蘭盤固定土工膜，上旋螺紋孔用于固定與有機玻璃圓筒連結(jié)在一起的法蘭盤所組成的覆壓裝置。下法蘭盤固定在操作平臺上，上端面與上法蘭盤一致，下端面圓心處鉆有用于安裝液壓式快插接頭子頭的螺釘孔，用于連接加壓系統(tǒng)。有覆蓋物條件下土工膜環(huán)狀約束球形鼓脹變形試驗需要用到完整的液脹密封系統(tǒng)以及覆壓裝置，而無覆蓋物條件下土工膜環(huán)狀約束球形鼓脹變形試驗，則僅會用到液脹密封系統(tǒng)。土工膜的安置方法為將土工膜沿螺紋孔軸對稱放置于下法蘭盤上，然后將上法蘭盤放置其上并用螺釘緊固密封。整套法蘭盤裝置為不銹鋼材質(zhì)，可有效防止遇水生銹造成密封失效，固定于水平操作平臺。
[0009]所述的覆壓裝置由有機玻璃圓筒和不銹鋼法蘭盤組成，有機玻璃圓筒上貼有垂向標(biāo)尺，用于記錄水位變化，下端連結(jié)的法蘭盤。利用水栗將水通過水管向筒內(nèi)加水至一定高度，用來定量模擬庫盤防滲工程中土工膜現(xiàn)場實際承受上覆壓力。
[0010]所述的測控系統(tǒng)由精密數(shù)顯壓力傳感器、標(biāo)尺、激光位移傳感器和高清錄像系統(tǒng)組成。測控系統(tǒng)采用激光位移傳感器、精密數(shù)顯壓力傳感器、標(biāo)尺和高清錄像系統(tǒng)聯(lián)合作業(yè)，能自動測量和記錄土工膜液脹變形的冠頂高度、容器內(nèi)液壓壓力和土工膜脹破壓力。[0011 ] 土工膜材料為液脹變形力學(xué)試驗所需檢測的試驗樣品，位于下法蘭盤和上法蘭盤之間，由螺栓固定，通過卡槽內(nèi)的密封橡皮圈實現(xiàn)密封，約束法蘭、土工膜與操作平臺形成液壓密封容器，并在膜下密封容器內(nèi)形成密封空間。
[0012]本發(fā)明的有益效果是發(fā)明一種持續(xù)穩(wěn)定加壓式土工膜液脹變形力學(xué)試驗裝置，該試驗設(shè)備能夠進行有上覆壓力的土工膜液脹變形力學(xué)性質(zhì)試驗，能夠測量容器內(nèi)液壓壓力和土工膜脹破壓力，并能自動測量土工膜液脹變形的冠頂高度，能夠為土工膜提供上覆水壓力，得出土工膜液脹變形應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系曲線。其中加壓系統(tǒng)系自主設(shè)計，是一種持續(xù)穩(wěn)定供壓裝置。在以往的土工膜液脹試驗儀器中，采用栗式液壓，而栗式液壓存在固有周期性，導(dǎo)致供壓也出現(xiàn)固有周期性，供壓實質(zhì)為周期性供壓；除此之外，栗還存在有壓水回流現(xiàn)象，有壓水回流和周期性供壓問題會給計量鼓脹高度的連續(xù)變化帶來了困難。而本裝置拋棄了以往栗式液壓供壓方式，自主設(shè)計了一套持續(xù)穩(wěn)定供壓裝置，在土工膜液脹試驗中首次使用；同時并能利用激光位移傳感器自動測量土工膜液脹變形的冠頂高度，經(jīng)過計算可得出土工膜液脹變形時的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系曲線。
【附圖說明】
[0013]下面結(jié)合附圖和實施方式對本發(fā)明專利進一步說明。
[0014]圖1為發(fā)明有上覆壓力的土工膜液脹裝置原理示意圖；
圖2為發(fā)明持續(xù)穩(wěn)定供壓裝置原理示意圖；
圖3為有上覆壓力的土工膜液脹裝置的I一I剖面圖；
圖4為有上覆壓力的土工膜液脹裝置的2—2剖面圖；
圖5為有上覆壓力的土工膜液脹裝置的3—3剖面圖；
圖6為持續(xù)穩(wěn)定供壓裝置的A—A剖面圖。
【具體實施方式】
[0015]在圖1中，第一步制作操作平臺(2)，在操作平臺頂部鉆出三個圓形小孔(7)、(8)和
(9)，分別用于排水口、連接加壓系統(tǒng)的接口以及為覆壓裝置加水的水管接口。第二步根據(jù)試驗用土工膜(I)的口徑制作下法蘭盤(3)，預(yù)留安裝螺栓圓孔和用于密封的一圈卡槽(6)，并將下法蘭盤(3)固定在操作平臺(2)上，螺栓連接并用密封膠將下法蘭盤(3)四周密封防止?jié)B水，然后制作同口徑的上法蘭盤(4)預(yù)留安裝螺栓圓孔和用于密封的一圈卡槽(6)，制作同口徑的覆壓裝置的法蘭盤(5)，預(yù)留安裝螺栓圓孔。第三步，制作覆壓裝置，制作貼有垂向標(biāo)尺的有機玻璃圓筒(10)并與不銹鋼法蘭盤(5)連接組成覆壓裝置。第四步，制作激光位移傳感器框架(12)。第五步，制作控制平臺(15)，安裝控制面板(16)和調(diào)頻器(17)，并鉆出4個圓孔(18)、(19)、(20)和(21)，分別安裝電源指示燈、總開關(guān)、加壓系統(tǒng)(14)控制開關(guān)和為覆壓裝置加水的水栗(22)開關(guān)。第六步，制作加壓系統(tǒng)(14)，在圖2中，根據(jù)實驗所用最大土工膜(I)的口徑和脹破高度計算一次實驗的用水量，以此來選擇液缸(24)型號，保證其容積遠(yuǎn)大于單次用水量，在液缸末端鉆出兩個圓形小孔(30)和(31)，分別用于連接高壓膠管
(23)，以及用于安裝測量容器內(nèi)液壓的液壓計;在液缸側(cè)面鉆出兩個圓形小孔(32)和(33)，分別用于排氣和加水;根據(jù)液缸(24)的型號選擇活塞(25);根據(jù)實驗要求的每分鐘注水量和加壓頻率選擇電機(26)、減速機(27)、齒輪、皮帶以及絲桿(28);選擇合適限位器(29)保證儀器的安全。按照圖2所示將所有儀器依次安裝。第七步，進行無覆壓試驗時，首先將橡膠圈放入下法蘭盤(3)的卡槽(6)內(nèi)，將土工膜(I)平鋪在下法蘭盤(3)之上，將上法蘭盤(4)放在土工膜(I)上，用螺栓連接下法蘭盤(3)和上法蘭盤(4)，在膜下密封容器內(nèi)形成密封空間，然后將加壓系統(tǒng)的電機(26)、液缸(24)上的液壓傳感器、限位器(29)與控制平臺(15)相連，將加壓系統(tǒng)的供水孔(30)用高壓膠管(23)與操作平臺的接口(8)連接，最后將激光位移傳感器(13)安裝到激光位移傳感器框架(12)上，打開電源，給加壓系統(tǒng)液缸(24)加滿水，通過控制面板(16)和調(diào)頻器(17))選擇加壓模式和加壓頻率，激光位移傳感器(13)與電腦連接，全部準(zhǔn)備完畢后，打開加壓系統(tǒng)開關(guān)，即可進行力學(xué)性質(zhì)試驗;若進行有上覆壓試驗，還需將橡膠圈放入上法蘭盤(4)的卡槽(6)內(nèi)，將有機玻璃圓筒(10)與不銹鋼法蘭盤(5)連接組成覆壓裝置放在上法蘭盤(4)之上，用螺栓連接上法蘭盤(4)與覆壓裝置的法蘭盤(5)，將注水管(11)安裝在操作平臺上的覆壓裝置水管接口(9)上，將水栗(22)分別與水管(11)和控制平臺(15)連接后往覆壓裝置的有機玻璃圓筒(10)內(nèi)注入適當(dāng)?shù)乃?，全部?zhǔn)備完畢后，打開加壓系統(tǒng)開關(guān)，即可進行力學(xué)性質(zhì)試驗。
【主權(quán)項】
1.一種持續(xù)穩(wěn)定加壓式土工膜液脹變形力學(xué)試驗裝置，所述的試驗裝置體積小、占地少，方便快捷，便于搬運，可適用于多種試驗場地，實用性較強;其特征是，包括加壓系統(tǒng)、液脹密封系統(tǒng)、覆壓裝置、測控系統(tǒng)四部分;所述的加壓系統(tǒng)采用持續(xù)供壓裝置，加壓方式利用電機帶動活塞連續(xù)加壓;所述的液脹密封系統(tǒng)主要由上、下法蘭盤和水平操作平臺組成，是土工膜鼓脹變形試驗的基礎(chǔ)平臺；所述的覆壓裝置由有機玻璃圓筒和法蘭盤組成，有機玻璃圓筒上貼有垂向標(biāo)尺，下端連結(jié)的法蘭盤;所述的測控系統(tǒng)由精密數(shù)顯壓力傳感器、標(biāo)尺、激光位移傳感器和高清錄像系統(tǒng)組成。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種持續(xù)穩(wěn)定加壓式土工膜液脹變形力學(xué)試驗裝置，其特征是材質(zhì)為不銹鋼或有機玻璃材料，其容器的抗拉能力應(yīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于土工膜的抗拉強度。3.根據(jù)權(quán)利要求書I所述的一種持續(xù)穩(wěn)定加壓式土工膜液脹變形力學(xué)試驗裝置，其特征是將土工膜平鋪于下法蘭盤之上，通過下法蘭盤環(huán)形卡槽內(nèi)密封橡皮圈和上法蘭盤對土工膜進行密封，并在土工膜和操作平臺之間形成液密封系統(tǒng)。4.根據(jù)權(quán)利要求書I所述的一種持續(xù)穩(wěn)定加壓式土工膜液脹變形力學(xué)試驗裝置，其特征是帶有一套自主設(shè)計的加壓系統(tǒng)，加壓系統(tǒng)采用持續(xù)供壓裝置，利用電機帶動活塞連續(xù)加壓，保證試驗過程中液壓的充分且穩(wěn)定供給。5.根據(jù)權(quán)利要求書I所述的一種持續(xù)穩(wěn)定加壓式土工膜液脹變形力學(xué)試驗裝置，其特征是帶有一套覆壓裝置，覆壓裝置由有機玻璃圓筒和不銹鋼法蘭盤組成，利用水栗將水通過水管向筒內(nèi)加水至一定高度，用來定量模擬庫盤防滲工程中土工膜現(xiàn)場實際承受上覆壓力。6.根據(jù)權(quán)利要求書I所述的一種持續(xù)穩(wěn)定加壓式土工膜液脹變形力學(xué)試驗裝置，其特征是帶有一套激光位移傳感器，激光位移傳感器安裝在激光位移傳感器框架頂端的橫梁上，框架固定在操作平臺上，通過激光位移傳感器及相配套的計算機系統(tǒng)，可測出并顯示土工膜的最大鼓起高度。
【文檔編號】G01N3/12GK106018109SQ201610491455
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年6月29日
【發(fā)明人】衛(wèi)如春, 李旺林, 劉占磊, 徐芳, 張博凡, 湯淼
【申請人】濟南大學(xué)