一种大变形状态下土工膜水力特性衰变的测试装置

技术领域

本发明属于水力工程中防渗土工膜变形状态试验装置技术领域，具体涉及一种大变形状态下土工膜水力特性衰变的测试装置。

背景技术

防渗土工膜具有拉伸强度好，防渗透、耐酸碱、耐热、适应变形能力强、工程造价低等特性，现已广泛运用于大坝、水库、河道、堤岸以及垃圾填埋场等防渗工程中。

防渗土工膜作为土石坝、堆石坝上游坝面主防渗材料，周边缝处坝体与坝肩差异变形量较大，一般坝体沉降变形大于坝肩锚固端的变形，差异位移变形引起周边缝处防渗土工膜产生拉伸大变形。大变形状态下，土工膜的水力特性可能会发生衰减，特别是工程运行期，周边缝处的防渗土工膜长期处于大变形状态，其水力特性关系整个坝体防渗系统的安全。

国内现有技术通常采用万能试验机对土工膜进行模拟拉伸，当使用万能试验机对土工膜进行模拟拉伸，测试土工膜在固定变形量条件下力学性能随时间衰减的特性时，土工膜根据试验要求需一直夹固在万能试验机内，并保持固定的拉伸变形量，从而导致万能试验机的使用时间增长，致使万能试验机的损耗加剧，使万能试验机的寿命缩短。

国内现有技术通常采用土工合成材料耐耐静水压力试验仪测试土工膜的水力特性，但不具备测试大变形状态下土工膜水力性能试验条件，不能真实模拟并测量实际工程中土工膜处于大变形状态下的水力特性，为真实有效反应土工膜在此状态下的水力特性，有必要研制一种大变形状态下土工膜水力特性试验测试装置。

发明内容

针对现有土工膜水力特性试验中存在的缺陷和问题，本发明提供一种大变形状态下土工膜水力特性衰变的测试装置，该装置结构独特，操作方便，有效的解决了现有装置不能真实模拟并测量实际工程中土工膜处于大变形状态下水力特性的问题，还解决了在对土工膜进行固定变形量拉力特性测试时，需要长时间使用万能试验机，导致万能试验机寿命缩短的问题。

本发明解决其技术问题所采用的方案是：一种大变形状态下土工膜水力特性衰变的测试装置，包括总控制计算器、无纸记录仪和土工膜，还包括拉伸试验模块和水力试验模块，所述拉伸试验模块包括万能试验机和拉伸膜架，所述拉伸模架安装在万能试验机的工作台上，所述拉伸膜架包括固定架、导向滑板、上连接杆、夹具组和拉力传感器，所述固定架包括沿竖向平行间隔设置的上固定板和下固定板，上固定板和下固定板通过多根竖柱固定连接在一起，且下固定板与工作台固定连接；所述导向滑板平行设置在上固定板与下固定板之间，且导向滑板四周与竖柱对应的位置处均开有滑孔，并匹配套装在对应竖柱上；所述上固定板中部开有轴孔，所述轴孔的孔口处的设有限位组件，所述上连接杆匹配套装在轴孔内，且上连接杆的一端延伸进固定架与导向滑板垂直连接，另一端向外穿过限位组件伸出固定架与万能试验机的上活动横梁连接，所述限位组件用以固定上连接杆的轴向位置；所述夹具组设置在固定架内，所述夹具组包括分别夹固在土工膜上下两端的上夹具和下夹具，所述上夹具通过拉力传感器与导向滑板固定在一起，且拉力传感器通过无纸记录仪与总控制计算器连接，所述下夹具固定下固定板上；所述水力试验模块包括耐静水压力试验仪和安装在耐静水压力试验仪内的拉伸膜取样装置，所述拉伸膜取样装置包括上固定盘和下连接盘，所述上固定盘和下连接盘同轴心固定在一起，且上固定盘和下连接盘之间密封夹固有拉伸状态土工膜，所述下连接盘的中部开有贯穿上连接盘的测水口，测水口与耐静水压力试验仪测试端的排水口密封连接，所述上固定盘与下连接盘测水口对应位置处开设有多个渗水孔。

所述万能试验机通过无纸记录仪与总控制计算器连接；所述静水压强试验的电子天平与总控制计算器连接。

所述固定架底部的四周间隔固定有多个调节座，所述调节座包括固定螺杆和支撑座，所述固定螺杆垂直与下固定板固定在一起，所述支撑座的中部沿竖向开有螺孔，并匹配套装在对应固定螺杆上。

所述固定架下固定板的底面设有下连接杆，下连接杆与上连接杆同轴心设置，下连接杆的另一端与工作台固定连接。

所述竖柱的上段设有内螺纹，且导向滑板上下两侧的竖柱螺纹段上均套装有限位螺母。

所述限位组件包括限位环台和限位螺栓，所述限位环台固定在轴孔上孔口处的上固定板上，上连接杆尾端向外穿过限位环台伸出固定架与万能试验机的上活动横梁可拆卸连接；所述限位环台的一侧沿径向开有与内部连通的螺栓孔，并匹配安装有限位螺栓。

所述上固定盘和下连接盘的圆周侧面均对应间隔设有四个沿径向凸出的连接台，连接台的中部沿轴向开有螺栓孔。

所述下夹具一侧的下固定板上设有标尺，标尺沿竖向垂直固定在下固定板上。

本发明的有益效果：本发明提供的一种大变形状态下土工膜水力特性衰变的测试装置，结构独特，包括总控制计算器、无纸记录仪和土工膜，还包括拉伸试验模块和水力试验模块；

拉伸试验模块用以对土工膜进行拉力特性试验，拉伸试验模块包括万能试验机和拉伸膜架，万能试验机通过无纸记录仪与总控制计算器连接，拉伸膜架安装在万能试验机的工作台上，且拉伸膜架内设有夹具组，用以夹固待测试土工膜，夹具组的上夹具通过上连接杆穿过拉伸膜架与万能试验机的上活动横梁连接，当万能试验机的上活动横梁向上移动时，便会通过上连接杆带动上夹具向上移动，对土工膜进行拉伸，当土工膜类拉伸时，总控制计算器会测量并记录土工膜的拉伸状态特性；

并且不仅在上连接杆与上夹具之间设置有拉力传感器，而且还在拉伸膜架设置有用以固定上连接杆轴向位置的限位组件，拉力传感器通过无纸记录仪与总控制计算器连接，在当需要固定土工膜的变形量进行力学性能随时间衰减特性试验时，可通过限位组件将上连接杆的轴向位置固定，从而可固定土工膜的拉伸力，使土工膜保持处于大变形状态，从而总控制器可通过拉力传感器测得出土工膜处于大变形状态下的衰减特性，并进行记录，而且当通过限位组件将上连接杆的轴向位置固定后，便可将拉伸模架从万能试验机上取下，从而缩短了万能试验机使用时间，降低了万能试验机的工作磨损，延长了万能试验机的使用寿命。

水力试验模块包括耐静水压力试验仪和安装在耐静水压力试验仪内的拉伸膜取样装置，拉伸膜取样装置包括上固定盘和下连接盘，下连接盘的中部开有贯穿上连接盘的测水口，测水口与耐静水压力试验仪测试端的排水口连接，上固定盘与下连接盘测水口对应位置处开设有多个渗水孔，上固定盘和下连接盘同轴心固定在一起，且上固定盘和下连接盘之间密封夹固有拉伸状态土工膜，通过上固定盘和下连接盘夹固土工模可使土工模其保持其拉伸状态，从而在在使用耐静水压力试验仪进行水力特性测试时，可以真实模拟并测量实际工程中土工膜处于大变形状态下的水力特性，使试验数据更加真实化。

本发明提供一种大变形状态下土工膜水力特性衰变的测试装置，该装置结构独特，操作方便，有效的解决了现有装置不能真实模拟并测量实际工程中土工膜处于大变形状态下水力特性的问题，还解决了在对土工膜进行固定变形量拉力特性测试时，需要长时间使用万能试验机，导致万能试验机寿命缩短的问题。

附图说明

图1是本发明结构示意。

图2是本发明拉伸膜架结构示意图。

图3是本发明上连接杆与上活动横梁固定关系示意图。

图4是图2中A处结构放大示意图。

图5是本发明拉伸膜取样装置结构示意图。

图6是本发明上固定盘结构示意图。

图7是本发明下连接盘结构示意图。

图8是本发明导向滑板位置固定示意图。

图9是本发明调节座结构示意图。

图10是本发明取样辅助装置安装位置示意图.

图11是本发明取样辅助装置结构示意图。

图12是本发明取样辅助装置叉形挂架结构示意图。

图中标号：1为万能试验机，11为上活动横梁，111为固定座，12为标尺，2为拉伸膜架，21为固定架，211为上固定板，2111为限位组件，2112为限位环台，2113为限位螺栓，212为下固定板，213为竖柱，22为上连接杆，23为夹具组，231为上夹具，232为下夹具，24为拉力传感器，25为导向滑板，26为限位螺母，3为调节座，31为固定螺杆，32为支撑座，33为下连接杆，4为取样辅助装置，41为连接盘支架，42为固定板支架，43为支撑板，44为叉形挂架，441为连接板，442为挂齿，4421为前挂板，4422后支撑板，45为伸缩杆，451为杆体，452为滑套，5为耐静水压力试验仪，6为拉伸膜取样装置，61为上固定盘，621为渗水孔，62为下连接盘，621为测水口，622为密封槽，63为连接台，64为密封纹，7为总控制计算器，8为无纸记录仪，9为土工膜。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

实施例1

实施例3

本实施例提供另一种大变形状态下土工膜水力特性衰变的测试装置，如图1-7所示，包括总控制计算器、无纸记录仪和土工膜，无纸记录仪与总控制计算器连接，用以记录总控制计算器所计算出的结果，还包括拉伸试验模块和水力试验模块，拉伸试验模块包括万能试验机1和拉伸膜架2，拉伸模架2安装在万能试验机1的工作台上，万能试验机1通过无纸记录仪与总控制计算器连接，拉伸膜架2包括固定架21、导向滑板、上连接杆22、夹具组23和拉力传感器24，

如图2所示，固定架21包括沿竖向平行间隔设置的上固定板211和下固定板212，上固定板211和下固定板212通过四根竖柱213固定连接在一起，具体地：上固定板211与下固定板212均为尺寸相同的矩形钢板，上固定板211和下固定板212对应的顶角均通过一根竖柱213焊接固定在一起，从而构成一长方体框架状固定架21；导向滑板25平行设置在上固定板211与下固定板212之间，且导向滑板25四周与竖柱213对应的位置处均开有滑孔，并匹配套装在对应竖柱213上，导向滑板25可使固定架整体结构更加牢固。

固定架21的下固定板212与万能试验机1的工作台固定在一起，其固定方式有多种，例如：下固定板212通过螺栓与万能试验机1的固定台固定在一起，当将螺栓拆卸下后便可使下固定板与万能试验机1的工作台分离；上固定板211中部开有轴孔，轴孔的孔口处的设有限位组件2111，上连接杆22匹配套装在轴孔内，并可沿轴孔上下滑动，上连接杆22的一端延伸进固定架与导向滑板25垂直连接，另一端向外穿过限位组件伸出固定架与万能试验机的上活动横梁连接，具体地：

如图3所示，上连接杆22的尾端沿径向开有销轴，万能试验机1上活动横梁与上连接杆同轴心位置处固定有固定座111，固定座111的中部开有与上连接杆适配的固定孔，且固定座111上沿径向开有与固定座111固定孔连通的销轴孔，上连接杆22的尾端匹配插入固定孔内，且固定座111与上连接杆22尾端的小轴孔相重叠，并通过销轴固定在一起，当万能试验机1的上活动横梁11上下移动时会通过上连接杆带动导向滑板25沿竖柱213上下滑动，当需要断开连接时，将销轴拔出便可使上连接杆与万能试验机1的上活动横梁分离。

如图4所示，限位组件2111包括限位环台2112和限位螺栓2113，限位环台2112焊固在轴孔上孔口处的上固定板211上，且限位环台内环面与轴孔孔口齐平，上连接杆211尾端向上穿过限位环台伸出固定架与万能试验机的上活动横梁连接；限位环台2112的一侧沿径向开有与内部连通的螺栓孔，并匹配安装有限位螺栓2113，当拧紧限位螺栓2113时，限位螺栓2113的顶端会伸入限位环台2112内并推顶限位环台2112内的上连接杆211与限位环台2112紧密顶触在一起，使上连接杆22不能沿固定架21上下滑动从而将导向滑板25的位置固定。

夹具组23设置在固定架21内，夹具组包括分别夹固在土工膜上下两端的上夹具231和下夹具232，上夹具231通过拉力传感器24与导向滑板25固定在一起，且拉力传感器24通过无纸记录仪与总控制计算器连接，下夹具固定下固定板上，上夹具231与下夹具232均为普通夹具，其夹口表面设有波纹形凹槽，可以避免土工膜试样受拉时在夹口内打滑，保证试样在法向紧固力的作用下不会在夹口内破坏。

当需要通过对土工膜进行拉伸特性试验时，将固定架安装在万能试验机内，然后将土工膜的两端分别夹固在上夹具231和下夹具232内，然后通过总控制计算器控制万能试验机1开始工作，使万能试验机1的上活动横梁11向上移动，从而通过上连接杆22带动上夹具231向上移动，实现对土工膜的拉伸，并且在拉伸过程中，总控制计算器会通过万能试验机1测量土工膜的拉伸特性，并通过无纸记录仪对测量数据进行记录；在当需要固定土工膜的变形量进行力学性能随时间衰减特性试验时，通过万能试验机将土工膜拉伸至试验所需状态后，通过限位组件将上连接杆的轴向位置固定，从而可固定土工膜的拉伸变形量，使土工膜保持处于大变形状态，总控制计算机可通过拉力传感器24测得出土工膜处于大变形状态下的衰减特性，并通过无纸记录仪对衰减特性数据进行记录，并且当通过限位组件将上连接杆的轴向位置固定后，便可将拉伸模架从万能试验机上取下，从而缩短了万能试验机使用时间，降低了万能试验机的工作磨损，延长了万能试验机的使用寿命。

如图1和图5-7所示，水力试验模块包括耐静水压力试验仪5和安装在耐静水压力试验仪内的拉伸膜取样装置6，耐静水压力试验仪为普通静水压强测试仪，内设有量杯、电子天平、温度传感器、天平托架及低压溢流系统，通过低压溢流系统可控制耐静水压力试验仪5测试端排水口的排水压力，电子天平用以测量土工模的渗透量，电子天平与总控制计算器连接，通过所测得的渗透量可进一步计算出土工膜的渗透系数，用以分析处于大变形拉伸状态下土工膜的水力特性。

拉伸膜取样装置6包括上固定盘61和下连接盘62，上固定盘61和下连接盘62同轴心固定在一起，且上固定盘61和下连接盘62之间密封夹固有拉伸状态土工膜，具体地：

上固定盘61和下连接盘62的圆周侧面均对应设有四个沿径向凸出的连接台63，连接台的中部沿轴向开有螺栓孔，在使用时上固定盘61和下连接盘62分别布置在拉伸模架2内处于拉伸状态的土工模9中部的前后两侧，通过螺栓将上固定盘61上的四个连接台63分别与下连接盘62上的四个连接台63固定在一起，从而使上固定盘61和下连接盘62固定在一起，并且当拧紧螺栓时，上固定盘61和下连接盘62同时挤压拉伸状态的土工模9，使拉伸状态的土工模9与上固定盘61和下连接盘62之间形成密封接触，从而可防止拉伸状态的土工膜状态恢复至未拉伸状态。

下连接盘62的中部开有贯穿下连接盘62的测水口，测水口与耐静水压力试验仪5测试端的排水口连接，上固定盘与上连接盘测水口对应位置处开设有多个渗水孔，测水口与耐静水压力试验仪5测试端的排水口的连接方式有多种，例如：耐静水压力试验仪5测试端排水口处设有连接法兰，测水口611四周的下连接盘62的上端面沿圆周间隔开有多个螺纹孔，并通过螺栓与耐静水压力试验仪5测试端排水口处的连接法兰密封连接，且螺纹孔与测水口611之间的上连接盘61的上端面向下开有环状密封槽622，密封槽622内安装有密封圈，密封圈向上凸出密封槽622，当下连接盘62与耐静水压力试验仪5测试端排水口处的连接法兰连接在一起时，密封圈会受到挤压产生形变，从而进一步提升了下连接盘62与耐静水压力试验仪5测试端排水口处连接法兰之间的密封性；在进行水力特性试验时，通过耐静水压力试验仪5测试端排水口排出的水会直接穿过下连接盘62测水口621向上顶压拉伸状态土工膜，且穿过拉伸状态土工膜的渗透水会从上固定盘61上的渗水孔流出，然后根据试验要求每隔一段时间用电子天平对渗透水进行称重，总控制计算器根据所测得渗透量可进一步计算出土工膜的渗透系数，用以分析处于大变形拉伸状态下土工膜的水力特性，并通过无纸记录仪8对水力特性数据进行记录。

实施例2

实施例2与实施例1的区别在于，所述测水口四周的下连接盘的上端面设有环状波浪形密封纹。

如图5-7所示，测水口621四周的下连接盘的上端面设有环状波浪形密封纹64，上固定盘61对应位置处匹配设置有与下连接盘62密封纹64相适配的环状波浪形密封纹64，当上固定盘61与下连接盘62通过螺栓固定在一起时，上固定盘61与下连接盘62之间的密封纹64之间的密封纹增加了拉伸状态的土工膜与对应侧盘体的接触面子，增加了接触摩擦力，从而使土工膜夹固更加紧密。

实施例3

实施例3与实施例2的区别在于，所述竖柱的上段设由内螺纹段。

如图8所示，用以将上固定板211和下固定板212固定在一起的四根竖柱213的上段均设有内螺纹段，且导向滑板上下两侧的竖柱螺纹段上均套装有限位螺母26，在通过限位组件2111将上连接杆22的轴向位置固定后，拧动导向滑板25上下两侧竖柱213上的限位螺母26，使其均与导向滑板25的顶触在一起，从而通过导向滑板25进一步限制上连接杆22的位置，防止在拆卸固定架21时，上连接杆22发生竖向移动，影响试验数据。

实施例4

实施例4与实施例3的区别在于，所述固定架底部的四周间隔固定有多个调节座。

如图9所示，固定架1下固定板底面的四个顶角处均设有调节座3，调节座3包括固定螺杆31和支撑座32，固定螺杆31垂直与下固定板212固定在一起，支撑座32的中部沿竖向开有螺孔，并匹配套装在对应固定螺杆上，通过旋转支撑座32可调整固定螺杆31伸入支撑座32的长度，从而调整固定架的水平；固定架下固定板212的底面还设有下连接杆33，下连接杆33与上连接杆22同轴心设置，且下连接杆的另一端与工作台固定连接，其连接诶方式有多种，例如：先为竖杆4与工作台的连接方式与上连接杆22与上活动横梁11的连接方式相同，此处不再叙述。

实施例5

实施例5与实施例4的区别在于，所述下夹具左侧的下固定板上设有标尺12。

如图2所示，下夹具232左侧的下固定板212上设有标尺12，标尺12沿竖向垂直焊固在下固定板上，后期在对上夹具231的位置进行复位时，可以参考标尺12上的刻度，操作便捷。

实施例6

实施例6与实施例5的区别在于，所述拉伸膜取样装置的上固定盘61与下连接盘62相向的一端面上开有多个凹槽，并固定有磁铁，且上固定盘61与下连接盘62的凹槽是对应设置的，当使用拉伸膜取样装置对经拉伸试验模块拉伸处于大变形状态的土工膜进行取样时，将上固定盘61与下连接盘62分别布置在拉伸模架2内处于拉伸状态的土工模9中部的前后两侧后，上固定盘61与下连接盘62会通过磁铁吸固在一起，并且由于上固定盘61与下连接盘62的凹槽是对应设置的，所以上固定盘61上的连接台63是与下连接盘62上对应链接台抵触在一起的，从而可以直接通过螺栓将上固定盘61与下连接盘62固定连接在一起，安装方便。

实施例7

实施例7与实施例6的区别在于，所述拉伸膜架上设有取样辅助装置。

如图10-12所示，用以固定将上固定板211和下固定板212固定在一起的竖柱213为螺纹柱，取样辅助装置4包括设置在分别设置在夹具组前后两侧的连接盘支架41和固定板支架42，连接板支架41和固定盘支架42结构相同，且对称设置，连接盘支架41包括电磁铁、支撑板43、叉形挂架44和伸缩杆45，支撑板43的左右两端均开有竖孔，并匹配滑动套装在左右两侧相邻的竖柱213上，支撑板43可沿两侧竖柱上下垂直滑动，且支撑柱43上下两侧的竖柱231上均套装有螺母，拧动支撑板43上下两侧竖柱上的螺母，使其均与支撑板43的顶触在一起，从而可固定支撑板43的位置；

如图12所示，叉形挂架44通过伸缩杆45滑动固定在支撑板43上，且叉形挂架44通过伸缩杆45水平伸入固定架21内，叉形挂架44包括与支撑板43平行设置的连接板441，连接板441上间隔设有多个伸缩杆45，伸缩杆45的另一端与支撑板43固定在一起，伸缩杆45的样式有多种，例如：伸缩杆45包括杆体451和滑套452，滑套452固定在支撑板43上，杆体451的一端固定在连接板441上，另一端匹配套装在滑套452内，并向外延伸出滑套452；连接板的左右两端对称设有挂齿442，用以挂固下连接盘，且挂齿442上设有电磁铁，当将下连接盘放置在叉形挂架44上后，启动电磁铁便可将连接盘与叉形挂架44固定在一起，具体地：

如图12所示，挂齿442包括固定在一起的前挂板4421和后支撑板4422，且后支撑板4422向上凸出前挂板4421，前挂齿用以挂固下连接盘，下连接盘的背面与后支撑4422贴触，后支撑4422用以支撑下连接盘，防止下连接盘发生倾斜。

当需要使用拉伸膜取样装置对拉伸状态土工膜进行取样时，将拉伸膜取样装置的上固定盘61和下连接盘62分别放置在连接板支架41和固定盘支架42对应的叉形挂架44上，并通过伸缩杆向内推动上固定盘61和下连接盘62的叉形挂架44，使两叉形挂架44上的上固定盘61和下连接盘62相向移动并挤压土工膜9，并且当连接板支架41和固定盘支架42相互靠近时，连接板支架41和固定盘支架42叉形挂架上的电磁铁会相互吸引，使接板支架41和固定盘支架42的叉形挂架相向移动，并吸附在一起，从而操作人员只需要通过螺栓将上固定盘61和下连接盘62固定在一起即可，使用操作便捷。