一種土工膜下積氣模型試驗(yàn)裝置及其試驗(yàn)方法
【專(zhuān)利摘要】一種土工膜下積氣模型試驗(yàn)裝置。該裝置根據(jù)原狀地基的密度和含水率，在試驗(yàn)筒內(nèi)制備一定比例尺寸的地基模型，將密封加載板置于模型表面，試驗(yàn)筒底部設(shè)置進(jìn)水裝置，分別模擬土工膜覆蓋條件、上覆水荷載變化及地下水位變動(dòng)工況。進(jìn)行土工膜下積氣試驗(yàn)時(shí)，將孔隙氣壓力、孔隙水壓力及土壓力傳感器分別布置在加載板底面、試驗(yàn)筒側(cè)壁及底部，位移計(jì)則與位移滑桿連接，然后各傳感器與相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集儀連接，數(shù)據(jù)采集儀通過(guò)數(shù)據(jù)線與計(jì)算機(jī)連接，各數(shù)據(jù)采集的時(shí)間步長(zhǎng)通過(guò)計(jì)算機(jī)設(shè)定。通過(guò)采用該裝置進(jìn)行試驗(yàn)?zāi)M，可快速了解非飽和地基中的水氣遷移特性，確定土工膜下氣場(chǎng)變化規(guī)律及其影響因素，具有簡(jiǎn)單、方便、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用等優(yōu)點(diǎn)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種土工膜下積氣模型試驗(yàn)裝置及其試驗(yàn)方法
[0001]
一、【技術(shù)領(lǐng)域】
本發(fā)明具體涉及一種土工膜下積氣模型試驗(yàn)裝置及其試驗(yàn)方法，利用該模型試驗(yàn)裝置研究平原水庫(kù)全庫(kù)盆土工膜防滲時(shí)的膜下氣場(chǎng)變化規(guī)律，屬于土木工程儀器測(cè)試領(lǐng)域。
[0002]二、【背景技術(shù)】
為充分合理開(kāi)發(fā)和利用我國(guó)北方地區(qū)有限的水資源，以滿(mǎn)足工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的需求，建設(shè)平原水庫(kù)顯得尤為必需。由于平原水庫(kù)壩體屬于散粒體結(jié)構(gòu)，在壩身土料顆粒之間，仍然存在著較大的孔隙，再加之壩體對(duì)地基地質(zhì)條件的要求相對(duì)較低，在軟基上或較差的土基上均可筑壩。因此，平原水庫(kù)蓄水后，在水壓力作用下，滲漏現(xiàn)象是不可避免的。為減小水庫(kù)的滲漏損失，近幾年提出了土工膜全庫(kù)盆防滲的滲控措施。然而，土工膜下非飽和土層中的孔隙氣體極易聚集，膜下土體內(nèi)部的氣場(chǎng)在各種因素的作用下產(chǎn)生變化，對(duì)土工膜防滲層產(chǎn)生頂托作用，稱(chēng)為“氣脹”。該現(xiàn)象若不經(jīng)防治，輕則使局部土工膜被下部土體中的氣體頂起，造成局部滲漏，對(duì)水庫(kù)的蓄水功效產(chǎn)生影響；重則令土工膜受頂托而漂浮、破裂，對(duì)庫(kù)盤(pán)的土工膜防滲體系造成大面積破壞，進(jìn)而引發(fā)滲透破壞，危及水庫(kù)安全。目前人們判斷土工膜是否會(huì)產(chǎn)生氣脹破壞主要通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，但現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)存在試驗(yàn)周期長(zhǎng)、費(fèi)用高的缺點(diǎn)。因此，開(kāi)發(fā)一種快速、便捷的土工膜下積氣模型試驗(yàn)裝置，通過(guò)室內(nèi)模型試驗(yàn)了解地下水位變動(dòng)、膜上荷載變動(dòng)等工況下的膜下氣場(chǎng)變化規(guī)律，對(duì)平原水庫(kù)土工膜防氣脹破壞具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
[0003]三、
【發(fā)明內(nèi)容】
本發(fā)明的目的在于提供一種土工膜下積氣模型試驗(yàn)裝置及其試驗(yàn)方法。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)解決方案，其特征是一種土工膜下積氣模型試驗(yàn)裝置主要包括頂蓋1、試驗(yàn)筒上筒體2、試驗(yàn)筒下筒體3、底板4、支腳5、法蘭盤(pán)6、試驗(yàn)筒底部進(jìn)水閥門(mén)7、水箱出水閥門(mén)8、試驗(yàn)筒底部出水閥門(mén)9、試驗(yàn)筒進(jìn)氣閥門(mén)10、橡膠軟管11、密封壓緊螺母12、尼龍管13、空氣壓縮機(jī)14、支架15、位移計(jì)16、位移滑桿17、螺紋槽18、孔隙氣壓力傳感器19、O型密封圈20、孔隙水壓力傳感器21、土壓力傳感器22、玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)23、水箱24、位移采集儀25、孔隙氣壓力采集儀26、孔隙水壓力采集儀27、土壓力采集儀28、計(jì)算機(jī)29、加載板30、氣壓調(diào)節(jié)控制器31 ;其中頂蓋1、試驗(yàn)筒上筒體2、試驗(yàn)筒下筒體3、底板4之間通過(guò)法蘭盤(pán)6相互連接，加載板30置于試驗(yàn)筒內(nèi)將試驗(yàn)筒分為上部加壓室與下部試樣筒，試驗(yàn)筒底部進(jìn)水閥門(mén)7通過(guò)橡膠軟管11與玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)23連接，玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)23又通過(guò)橡膠軟管11與水箱24出水閥門(mén)8相連接，下筒體3內(nèi)側(cè)垂直布置4個(gè)孔隙水壓力傳感器21，4個(gè)孔隙水壓力傳感器21通過(guò)數(shù)據(jù)線與孔隙水壓力采集儀27連接，由加載板30底面引出的4根尼龍管13與試驗(yàn)筒外的4個(gè)孔隙氣壓力傳感器19連接，4個(gè)孔隙氣壓力傳感器19通過(guò)數(shù)據(jù)線與孔隙氣壓力采集儀26相連接，底板4的中心放置I個(gè)土壓力傳感器22、土壓力傳感器22通過(guò)數(shù)據(jù)線與土壓力采集儀28相連接，位移滑桿17頂部連接I個(gè)位移計(jì)16，位移計(jì)16通過(guò)數(shù)據(jù)線與位移采集儀25連接，位移采集儀25、孔隙氣壓力采集儀26、孔隙水壓力采集儀27、土壓力采集儀28分別通過(guò)數(shù)據(jù)線與計(jì)算機(jī)29相連接，上部加壓室通過(guò)尼龍管13與氣壓調(diào)節(jié)控制器31的一端連接，氣壓調(diào)節(jié)控制器31的另一端通過(guò)尼龍管13與空氣壓縮機(jī)14相連接。
[0005]所述的土工膜下積氣模型試驗(yàn)裝置，其特征在于所述的法蘭盤(pán)6上設(shè)24個(gè)緊固螺栓，并在法蘭盤(pán)6的上下兩個(gè)面上設(shè)U型溝槽用于放置耐磨損橡膠密封圈。
[0006]所述的土工膜下積氣模型試驗(yàn)裝置，其特征在于所述的加載板30由圓形鋼板和環(huán)形鋼板焊接而成，其外徑略小于試驗(yàn)筒內(nèi)壁直徑，且在環(huán)形鋼板外側(cè)設(shè)兩道U型密封圈溝槽，槽內(nèi)放置型號(hào)為490 X 6mm的O型密封圈20，加載板30上設(shè)四個(gè)孔分別引出4根尼龍管13，4根尼龍管13再分別與4個(gè)孔隙氣壓力傳感器19連接，加載板30的中心處設(shè)螺紋槽18固定位移滑桿17。
[0007]所述的土工膜下積氣模型試驗(yàn)裝置，其特征在于所述的密封壓緊螺母12用于密封處理引出數(shù)據(jù)線、位移滑桿17、尼龍管13等的圓孔。
[0008]一種利用土工膜下積氣模型試驗(yàn)裝置進(jìn)行試驗(yàn)的方法，其試驗(yàn)方法步驟如下:
1)根據(jù)實(shí)際工況，確定地基模型的尺寸和材料；
2)在試驗(yàn)筒底板4中心位置布置土壓力傳感器22，然后根據(jù)原狀土的含水率配制土料，將土料裝填至試驗(yàn)筒內(nèi)，形成與原狀土密度一致的地基模型；
3)裝填好土樣后，安裝4個(gè)孔隙水壓力傳感器21、加載板30、試驗(yàn)筒頂蓋I和位移計(jì)16，保證試驗(yàn)筒完全密閉；
4)打開(kāi)位移采集儀25、孔隙氣壓力采集儀26、孔隙水壓力采集儀27、土壓力采集儀28和計(jì)算機(jī)29，設(shè)定數(shù)據(jù)采集間隔，開(kāi)始記錄，靜置12小時(shí)；
5)打開(kāi)試驗(yàn)筒底部出水閥門(mén)9、空氣壓縮機(jī)14和氣壓調(diào)節(jié)控制器31，調(diào)節(jié)氣壓為IOOkPa,對(duì)試驗(yàn)筒內(nèi)土樣進(jìn)行預(yù)壓，靜置48小時(shí)；
6)關(guān)閉試驗(yàn)筒底部出水閥門(mén)9、空氣壓縮機(jī)14和氣壓調(diào)節(jié)控制器31，打開(kāi)水箱出水閥門(mén)8和試驗(yàn)筒底部進(jìn)水閥門(mén)7，通過(guò)調(diào)節(jié)水箱24高度和玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)23分別控制水頭和進(jìn)水流量，模擬地下水位上升；
7)待試驗(yàn)筒內(nèi)水位上升至設(shè)定高程時(shí)，關(guān)閉試驗(yàn)筒底部進(jìn)水閥門(mén)7，模擬地下水位上升工況結(jié)束，將位移采集儀25、孔隙氣壓力采集儀26、孔隙水壓力采集儀27、土壓力采集儀28采集到的試驗(yàn)數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)29 ；
8)打開(kāi)空氣壓縮機(jī)14和氣壓調(diào)節(jié)控制器31，設(shè)定氣壓值對(duì)試驗(yàn)筒內(nèi)土樣進(jìn)行加壓，模擬土工膜上蓄水工況，將位移采集儀25、孔隙氣壓力采集儀26、孔隙水壓力采集儀27、土壓力采集儀28采集到的試驗(yàn)數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)29 ；
9)調(diào)節(jié)氣壓調(diào)節(jié)控制器31使上部加壓室內(nèi)的氣壓緩慢減小，從而模擬土工膜上降水工況，將位移采集儀25、孔隙氣壓力采集儀26、孔隙水壓力采集儀27、土壓力采集儀28采集到的試驗(yàn)數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)29 ；
10)打開(kāi)試驗(yàn)筒底部出水閥門(mén)9，模擬地下水位下降工況，將位移采集儀25、孔隙氣壓力采集儀26、孔隙水壓力采集儀27、土壓力采集儀28采集到的試驗(yàn)數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)29 ；
11)停止計(jì)算機(jī)29數(shù)據(jù)采集，土工膜下積氣模型試驗(yàn)結(jié)束。
[0009]采用該模型試驗(yàn)裝置后可以有效縮短試驗(yàn)周期，減少試驗(yàn)費(fèi)用，并進(jìn)一步了解地下水位和膜上荷載變動(dòng)工況下的膜下氣場(chǎng)變化規(guī)律。
[0010]本發(fā)明的原理如下:(I)根據(jù)實(shí)際地基的地層分布以及原狀土的密度和含水率按一定比例制作模型。(2)采用密封加載板模擬土工膜下地基的封閉條件；(3)根據(jù)實(shí)際工況設(shè)定地下水位上升高度和上升速度。(4)模擬實(shí)際工況下庫(kù)水位上升和驟降對(duì)膜下氣場(chǎng)的影響。
[0011]本發(fā)明與傳統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn):
1.本發(fā)明通過(guò)室內(nèi)模型試驗(yàn)，模擬實(shí)際工況下土工膜下氣場(chǎng)的變化規(guī)律，了解膜下非飽和土的水氣耦合特性。
[0012]2.本發(fā)明可有效縮短試驗(yàn)周期，降低試驗(yàn)費(fèi)用，快速了解膜下地下水位和膜上庫(kù)水位變動(dòng)工況下的膜下積氣情況。
[0013]3.本發(fā)明可以模擬不同地層分布的地基，方便地控制地下水位和上覆荷載，在現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)前了解膜下氣場(chǎng)變化規(guī)律，有針對(duì)性的試驗(yàn)，以減小因現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)失敗而造成額外費(fèi)用損失。
[0014]四、【專(zhuān)利附圖】
【附圖說(shuō)明】
圖1土工膜下積氣模型試驗(yàn)裝置示意圖
附圖標(biāo)記:1一頂蓋；2—上筒體；3—下筒體；4一底板；5—支腳；6—法蘭盤(pán)；7—試驗(yàn)筒底部進(jìn)水閥門(mén)；8—水箱出水閥門(mén)；9一試驗(yàn)筒底部出水閥門(mén)；10—試驗(yàn)筒進(jìn)氣閥門(mén)；11 一橡膠軟管；12 —密封壓緊螺母；13 —尼龍管；14一空氣壓縮機(jī)；15—支架；16 —位移計(jì)；17—位移滑桿；18—螺紋槽；19一孔隙氣壓力傳感器；20 — O型密封圈；21—孔隙水壓力傳感器；22—土壓力傳感器；23—玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)；24—水箱；25—位移采集儀；26—孔隙氣壓力米集儀；27—孔隙水壓力米集儀；28—土壓力米集儀；29—計(jì)算機(jī)；30—加載板；31—?dú)鈮赫{(diào)節(jié)控制器。
[0015]五、【具體實(shí)施方式】
本發(fā)明方法主要是提供一種土工膜下積氣試驗(yàn)?zāi)Ｐ脱b置，利用模型試驗(yàn)，認(rèn)識(shí)地下水位和膜上庫(kù)水位變化情況下的土工膜下氣場(chǎng)變化規(guī)律，為驗(yàn)證防土工膜氣脹措施效果提供試驗(yàn)依據(jù)。
[0016]實(shí)施例1.一種土工膜下積氣模型試驗(yàn)裝置，其特征在于該裝置由頂蓋1、試驗(yàn)筒上筒體2、試驗(yàn)筒下筒體3、底板4、支腳5、法蘭盤(pán)6、試驗(yàn)筒底部進(jìn)水閥門(mén)7、水箱出水閥門(mén)8、試驗(yàn)筒底部出水閥門(mén)9、試驗(yàn)筒進(jìn)氣閥門(mén)10、橡膠軟管11、密封壓緊螺母12、尼龍管13、空氣壓縮機(jī)14、支架15、位移計(jì)16、位移滑桿17、螺紋槽18、孔隙氣壓力傳感器19、O型密封圈20、孔隙水壓力傳感器21、土壓力傳感器22、玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)23、水箱24、位移采集儀25、孔隙氣壓力采集儀26、孔隙水壓力采集儀27、土壓力采集儀28、計(jì)算機(jī)29、加載板30、氣壓調(diào)節(jié)控制器31所制成；其中頂蓋1、試驗(yàn)筒上筒體2、試驗(yàn)筒下筒體3、底板4之間通過(guò)法蘭盤(pán)6相互連接，加載板30置于試驗(yàn)筒內(nèi)將試驗(yàn)筒分為上部加壓室與下部試樣筒，試驗(yàn)筒底部進(jìn)水閥門(mén)7通過(guò)橡膠軟管11與玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)23連接，玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)23又通過(guò)橡膠軟管11與水箱24出水閥門(mén)8相連接，下筒體3內(nèi)側(cè)垂直布置4個(gè)孔隙水壓力傳感器21，4個(gè)孔隙水壓力傳感器21通過(guò)數(shù)據(jù)線與孔隙水壓力采集儀27連接，由加載板30底面引出的4根尼龍管13與試驗(yàn)筒外的4個(gè)孔隙氣壓力傳感器19連接，4個(gè)孔隙氣壓力傳感器19通過(guò)數(shù)據(jù)線與孔隙氣壓力采集儀26相連接，底板4的中心放置I個(gè)土壓力傳感器22、土壓力傳感器22通過(guò)數(shù)據(jù)線與土壓力采集儀28相連接，位移滑桿17頂部連接I個(gè)位移計(jì)16，位移計(jì)16通過(guò)數(shù)據(jù)線與位移采集儀25連接，位移采集儀25、孔隙氣壓力采集儀26、孔隙水壓力采集儀27、土壓力采集儀28分別通過(guò)數(shù)據(jù)線與計(jì)算機(jī)29相連接，上部加壓室通過(guò)尼龍管13與氣壓調(diào)節(jié)控制器31的一端連接，氣壓調(diào)節(jié)控制器31的另一端通過(guò)尼龍管13與空氣壓縮機(jī)14相連接。
[0017]其中:
O試驗(yàn)筒由鋼板制成，高度900mm，其中試驗(yàn)筒上筒體2高260mm，試驗(yàn)筒下筒體3高640mm,內(nèi)徑均為500mm,筒壁厚度12mm,下筒體一側(cè)自筒底向上每隔150mm開(kāi)設(shè)一個(gè)直徑15mm的圓孔，共開(kāi)設(shè)4個(gè)，分別通過(guò)4條數(shù)據(jù)線連接孔隙水壓力傳感器27，試驗(yàn)筒下筒體3的底部進(jìn)水閥門(mén)7和出水閥門(mén)8的孔徑為10mm，頂部進(jìn)氣閥門(mén)10的孔徑為5mm ；
2)頂蓋I和底板4均為厚度14mm,直徑626mm的圓形鋼板,其中頂蓋上還設(shè)有6個(gè)直徑6_的小孔用于引出位移滑桿17和連接孔隙氣壓力傳感器19的數(shù)據(jù)線，底板4的中部開(kāi)有30_圓孔用于放置土壓力傳感器22 ；
3)加載板30采用厚度14mm的圓形鋼板和壁厚14mm、高度56mm的圓環(huán)焊接而成、其外徑略小于筒內(nèi)壁直徑，在加載板30外側(cè)設(shè)有兩道U型密封圈溝槽，槽內(nèi)放置型號(hào)為490 X 6mm的O型橡膠密封圈，加載板30上開(kāi)4個(gè)孔徑6mm的小孔用于引出連接孔隙氣壓力傳感器19的尼龍管13，中心處開(kāi)有孔徑6mm，深度6mm的螺紋槽，相應(yīng)的位移滑桿直徑6mm，長(zhǎng) 300mm ；
4)每個(gè)聯(lián)接法蘭盤(pán)6上設(shè)24個(gè)M12型緊固螺栓，在緊固螺栓內(nèi)側(cè)設(shè)U型溝槽，將型號(hào)550 X 6mm的耐磨損O型橡膠密封圈放置其中；
5)水箱24的尺寸為1000X 1000 X 800cm (長(zhǎng)X寬X高)，由厚度IOmm厚的高強(qiáng)度有機(jī)玻璃制成，水箱24的底部出水閥門(mén)8的孔徑為10mm，出水閥門(mén)8為鋁合金材料；
6)試驗(yàn)筒底部進(jìn)水閥門(mén)7通過(guò)橡膠軟管與水箱出水閥門(mén)8連接，橡膠軟管直徑為10_，同時(shí)試驗(yàn)筒與水箱之間還連接了 LZB-4WB型玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)23 (最大流量100ml/min) —個(gè)；
7)氣源由ΖΒ-0.11/7型號(hào)直連式空氣壓縮機(jī)提供，額定工作壓力0.7MPa，容積流量110L/min，氣源和與加壓室間通過(guò)6mm直徑的尼龍管連接，為精確調(diào)控進(jìn)氣壓力的大小并使氣壓值穩(wěn)定，氣源與加壓室之間還連接有氣壓調(diào)節(jié)控制器31，由SMC氣動(dòng)調(diào)壓閥、精密壓力表和加載開(kāi)關(guān)構(gòu)成，精密壓力表量測(cè)范圍為O?IMPa，最小刻度0.05MPa。
[0018]8)位移計(jì)16為YHD-150型回彈式直線位移傳感器，量程150mm，精度0.1%，安裝在固結(jié)容器頂部的支架15上，通過(guò)量測(cè)固定在加載板上的位移滑桿17的豎向位移量測(cè)地基變形；
9)孔隙氣壓力傳感器19采用HQlOO型壓阻式壓力傳感器，量程O(píng)?200kPa，過(guò)載能力150%，精度D級(jí)；
10)孔隙水壓力傳感器21型號(hào)為HQlOO型傳感器，量程為O?200kPa，采用的陶瓷板進(jìn)氣值為5bar,自筒底往上每隔15cm布置一個(gè)；
11)土壓力傳感器22為振弦式土壓力盒，量程O(píng)?500kPa，通過(guò)密封螺母和壓緊螺母固定在試驗(yàn)筒底板的中心；
12)位移計(jì)16、孔隙水壓力傳感器21、孔隙氣壓力傳感器19以及土壓力傳感器22分別通過(guò)數(shù)據(jù)線與相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集儀連接，各數(shù)據(jù)采集儀再與計(jì)算機(jī)29連接，計(jì)算機(jī)型號(hào)為普通辦公計(jì)算機(jī)。
[0019] 實(shí)施例2.使用土工膜下積氣模型試驗(yàn)裝置進(jìn)行模型試驗(yàn)的方法，其試驗(yàn)方法步驟如下:
1)依據(jù)山東某平原水庫(kù)的實(shí)際工況，該地基地下水位埋深7m，地下水位以上土層為砂壤土層和裂隙粘土層，厚度分別為4m和3m，其中砂壤土的天然含水率為27.3%，密度為
1.78g/cm3，裂隙粘土的天然含水率為33.4%，密度為1.85g/cm3，取上述土樣進(jìn)行膜下積氣模型試驗(yàn)，按照1:10比例對(duì)上述地基進(jìn)行縮放，則試樣高度為0.7m,砂壤土層厚度為0.4m,裂隙粘土層厚度為0.3m ；
2)根據(jù)模型尺寸計(jì)算模型中砂壤土層的體積為0.lm3，裂隙粘土層體積為0.075m3，由原狀樣的密度和模型的尺寸計(jì)算所需的砂壤土和裂隙粘土質(zhì)量分別為178kg和138.75kg，在試驗(yàn)筒底板中心安裝土壓力傳感器后，再在試驗(yàn)筒底部鋪設(shè)一層2cm厚的粗砂層，以保證試驗(yàn)?zāi)M地下水位上升工況時(shí)筒內(nèi)水位可以均勻上升，然后將砂壤土和裂隙粘土先后在倒入試驗(yàn)筒內(nèi)，采用分層擊實(shí)的方法填筑至試驗(yàn)高度0.7m ；
3)在試驗(yàn)筒下筒體側(cè)壁的4個(gè)開(kāi)孔位置(沿垂直方向間距為15Cm、30Cm、45Cm和60cm)依次安裝孔隙水壓力傳感器21，然后安裝加載板30，將尼龍管13引出位置采用密封壓緊螺母12擰緊，然后蓋上試驗(yàn)筒頂蓋I，將法蘭盤(pán)6處的緊固螺栓及頂蓋數(shù)據(jù)線引出孔處的密封壓緊螺母12擰緊，最后在頂蓋表面安裝位移計(jì)16 ；
4)打開(kāi)位移采集儀25、孔隙氣壓力采集儀26、孔隙水壓力采集儀27、土壓力采集儀28和計(jì)算機(jī)29，設(shè)定數(shù)據(jù)采集步長(zhǎng)為lOmin，并開(kāi)始數(shù)據(jù)采集，試樣首先靜置12小時(shí)；
5)打開(kāi)試驗(yàn)筒底部出水閥門(mén)9、空氣壓縮機(jī)14和氣壓調(diào)節(jié)控制器31對(duì)試樣進(jìn)行預(yù)壓，控制氣壓大小為IOOkPa,持續(xù)48小時(shí)；
6)關(guān)閉試驗(yàn)筒底部出水閥門(mén)9、空氣壓縮機(jī)14和氣壓調(diào)節(jié)控制器31，打開(kāi)水箱出水閥門(mén)8和試驗(yàn)筒底部進(jìn)水閥門(mén)7，將進(jìn)水流量調(diào)至15.0ml/min，開(kāi)始模擬地下水位上升工況，在試驗(yàn)過(guò)程中注意保證進(jìn)水流量不變；
7)待筒內(nèi)水位上升至70cm時(shí)(大約需67小時(shí))，關(guān)閉進(jìn)水開(kāi)關(guān)，停止加水，水位上升工況模擬結(jié)束，此過(guò)程的數(shù)據(jù)采集間隔為lOmin，其中前30min的數(shù)據(jù)記錄如下:孔隙氣壓力的為 0.06kPa、0.13kPa、0.34kPa ;孔隙水壓力為-21.69kPa、_21.73kPa、_21.74kPa ;土壓力為 105.lkPa、104.8kPa、104.7kPa ;位移為 15.1mm、15.2mm、15.3mm ；
8)開(kāi)空氣壓縮機(jī)14和氣壓調(diào)節(jié)控制器31，調(diào)節(jié)SMC氣壓調(diào)壓閥，使上部加壓室內(nèi)氣壓以每1.5小時(shí)增大60kPa為一級(jí)的加載方式,逐級(jí)從IOOkPa增加460kPa并穩(wěn)定6h,模擬土工膜上蓄水工況，此過(guò)程的數(shù)據(jù)采集間隔為lOmin，其中前30min的數(shù)據(jù)記錄如下:孔隙氣壓力的為 85.37kPa、85.55kPa、85.5kPa ;孔隙水壓力為 82.93kPa、83.44kPa、84.0lkPa ;土壓力為 101.5kPa、101.2kPa、105.8kPa ;位移為 16.5mm、16.6mm、16.7mm ；
9)調(diào)節(jié)氣壓調(diào)節(jié)控制器31使上部加壓室緩慢排氣，模擬土工膜上水位驟降工況，使上部加壓室內(nèi)的氣壓在12小時(shí)內(nèi)逐漸降為IOOkPa,此過(guò)程的數(shù)據(jù)采集間隔為lOmin，其中前30min的數(shù)據(jù)記錄如下:孔隙氣壓力的為218.68kPa、220.25kPa、221.44kPa ;孔隙水壓力為246.48kPa、247.81kPa、249.03kPa ; 土壓力為 364.lkPa、357kPa、352kPa ;位移為 41.6mm、42.lmm、42.5mm ；
10)打開(kāi)試驗(yàn)筒底部出水閥門(mén)9，模擬地下水位下降工況，使地下水在12小時(shí)內(nèi)緩慢流出，此過(guò)程的數(shù)據(jù)采集間隔為lOmin，其中前30min的數(shù)據(jù)記錄如下:孔隙氣壓力的為157.46kPa、157.31kPa、152.95kPa ;孔隙水壓力為 191.35kPa、191.56kPa、190.14kPa ;土壓力為 208.7kPa、208.5kPa、208kPa ;位移為 40.4mm,40.4mm,40.4mm ；
11)停止計(jì)算機(jī)29數(shù)據(jù)采集，土工膜下積氣模型試驗(yàn)結(jié)束。
【權(quán)利要求】
1.一種土工膜下積氣模型試驗(yàn)裝置，其特征在于該裝置由頂蓋(1)、試驗(yàn)筒上筒體(2)、試驗(yàn)筒下筒體(3)、底板(4)、支腳(5)、法蘭盤(pán)(6)、試驗(yàn)筒底部進(jìn)水閥門(mén)(7)、水箱出水閥門(mén)(8)、試驗(yàn)筒底部出水閥門(mén)(9)、試驗(yàn)筒進(jìn)氣閥門(mén)(10)、橡膠軟管(11)、密封壓緊螺母(12)、尼龍管(13)、空氣壓縮機(jī)(14)、支架(15)、位移計(jì)(16)、位移滑桿(17)、螺紋槽(18)、孔隙氣壓力傳感器(19)、O型密封圈(20)、孔隙水壓力傳感器(21)、土壓力傳感器(22)、玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)(23)、水箱(24)、位移采集儀(25)、孔隙氣壓力采集儀(26)、孔隙水壓力采集儀(27)、土壓力采集儀(28)、計(jì)算機(jī)(29)、加載板(30)、氣壓調(diào)節(jié)控制器(31)所制成；其中頂蓋(1)、試驗(yàn)筒上筒體(2)、試驗(yàn)筒下筒體(3)、底板(4)之間通過(guò)法蘭盤(pán)(6)相互連接，加載板(30)置于試驗(yàn)筒內(nèi)將試驗(yàn)筒分為上部加壓室與下部試樣筒，試驗(yàn)筒底部進(jìn)水閥門(mén)(7)通過(guò)橡膠軟管(11)與玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)(23)連接，玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)(23)又通過(guò)橡膠軟管(11)與水箱(24)出水閥門(mén)(8)相連接，下筒體(3)內(nèi)側(cè)垂直布置4個(gè)孔隙水壓力傳感器(21)，4個(gè)孔隙水壓力傳感器(21)通過(guò)數(shù)據(jù)線與孔隙水壓力采集儀(27)連接，由加載板(30)底面引出的4根尼龍管(13)與試驗(yàn)筒外的4個(gè)孔隙氣壓力傳感器(19)連接，4個(gè)孔隙氣壓力傳感器(19)通過(guò)數(shù)據(jù)線與孔隙氣壓力采集儀(26)相連接，底板(4)的中心放置I個(gè)土壓力傳感器(22)、土壓力傳感器(22)通過(guò)數(shù)據(jù)線與土壓力采集儀(28)相連接，位移滑桿(17)頂部連接I個(gè)位移計(jì)(16)，位移計(jì)(16)通過(guò)數(shù)據(jù)線與位移采集儀(25)連接，位移采集儀(25)、孔隙氣壓力采集儀(26)、孔隙水壓力采集儀(27)、土壓力采集儀(28)分別通過(guò)數(shù)據(jù)線與計(jì)算機(jī)(29)相連接，上部加壓室通過(guò)尼龍管(13)與氣壓調(diào)節(jié)控制器(31)的一端連接，氣壓調(diào)節(jié)控制器(31)的另一端通過(guò)尼龍管(13)與空氣壓縮機(jī)(14)相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的土工膜下積氣模型試驗(yàn)裝置，其特征在于所述的法蘭盤(pán)(6)上設(shè)24個(gè)緊固螺栓，并在法蘭盤(pán)(6)的上下兩個(gè)面上設(shè)U型溝槽用于放置耐磨損橡膠密封圈。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的土工膜下積氣模型試驗(yàn)裝置，其特征在于所述的加載板(30)由圓形鋼板和環(huán)形鋼板焊接而成，其外徑略小于試驗(yàn)筒內(nèi)壁直徑，且在環(huán)形鋼板外側(cè)設(shè)兩道U型密封圈溝槽，槽內(nèi)放置型號(hào)為490 X 6mm的O型密封圈(20)，加載板(30)上設(shè)四個(gè)孔分別引出4根尼龍管(13)，4根尼龍管(13)再分別與4個(gè)孔隙氣壓力傳感器(19)連接，加載板(30)的中心處設(shè)螺紋槽(18)固定位移滑桿(17)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的土工膜下積氣模型試驗(yàn)裝置，其特征在于所述的密封壓緊螺母(12)用于密封處理引出數(shù)據(jù)線、位移滑桿(17)、尼龍管(13)等的圓孔。
5.一種利用權(quán)利要求1所述的土工膜下積氣模型試驗(yàn)裝置進(jìn)行試驗(yàn)的方法，其試驗(yàn)方法步驟如下: (1)根據(jù)實(shí)際工況，確定地基模型的尺寸和材料； (2)在試驗(yàn)筒底板(4)中心位置布置土壓力傳感器(22)，然后根據(jù)原狀土的含水率配制土料，將土料裝填至試驗(yàn)筒內(nèi)，形成與原狀土密度一致的地基模型； (3)裝填好土樣后，安裝4個(gè)孔隙水壓力傳感器(21)、加載板(30)、試驗(yàn)筒頂蓋(1)和位移計(jì)(16)，保證試驗(yàn)筒完全密閉； (4)打開(kāi)位移采集儀(25)、孔隙氣壓力采集儀(26)、孔隙水壓力采集儀(27)、土壓力采集儀(28)和計(jì)算機(jī)(29)，設(shè)定數(shù)據(jù)采集間隔，開(kāi)始記錄，靜置12小時(shí)； (5)打開(kāi)試驗(yàn)筒底部出水閥門(mén)(9)、空氣壓縮機(jī)(14)和氣壓調(diào)節(jié)控制器(31)，調(diào)節(jié)氣壓為IOOkPa,對(duì)試驗(yàn)筒內(nèi)土樣進(jìn)行預(yù)壓,靜置48小時(shí)； (6)關(guān)閉試驗(yàn)筒底部出水閥門(mén)(9)、空氣壓縮機(jī)(14)和氣壓調(diào)節(jié)控制器(31)，打開(kāi)水箱出水閥門(mén)(8 )和試驗(yàn)筒底部進(jìn)水閥門(mén)(7 )，通過(guò)調(diào)節(jié)水箱(24)高度和玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)(23 )分別控制水頭和進(jìn)水流量，模擬地下水位上升； (7)待試驗(yàn)筒內(nèi)水位上升至設(shè)定高程時(shí)，關(guān)閉試驗(yàn)筒底部進(jìn)水閥門(mén)(7)，模擬地下水位上升工況結(jié)束，將位移采集儀(25)、孔隙氣壓力采集儀(26)、孔隙水壓力采集儀(27)、土壓力采集儀(28)采集到的試驗(yàn)數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)(29)； (8 )打開(kāi)空氣壓縮機(jī)(14 )和氣壓調(diào)節(jié)控制器(31)，設(shè)定氣壓值對(duì)試驗(yàn)筒內(nèi)土樣進(jìn)行加壓，模擬土工膜上蓄水工況，將位移采集儀(25)、孔隙氣壓力采集儀(26)、孔隙水壓力采集儀(27 )、土壓力采集儀(28 )采集到的試驗(yàn)數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)(29 ); (9)調(diào)節(jié)氣壓調(diào)節(jié)控制器(31)使上部加壓室內(nèi)的氣壓緩慢減小，從而模擬土工膜上降水工況，將位移采集儀(25)、孔隙氣壓力采集儀(26)、孔隙水壓力采集儀(27)、土壓力采集儀(28)采集到的試驗(yàn)數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)(29)； (10 )打開(kāi)試驗(yàn)筒底部出水閥門(mén)(9 )，模擬地下水位下降工況，將位移采集儀(25 )、孔隙氣壓力采集儀(26)、孔隙水壓力采集儀(27)、土壓力采集儀(28)采集到的試驗(yàn)數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)(29)； (11)停止計(jì)算機(jī)(29 )數(shù)據(jù)采集，土工膜下積氣模型試驗(yàn)結(jié)束。
【文檔編號(hào)】G01N3/10GK103900906SQ201410098890
【公開(kāi)日】2014年7月2日 申請(qǐng)日期:2014年3月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月17日
【發(fā)明者】王柳江, 劉斯宏, 孔維耀, 王子健 申請(qǐng)人:河海大學(xué)
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