[发明专利]一种土工膜下积气模型试验装置及其试验方法

权利要求书

1.一种土工膜下积气模型试验装置，其特征在于该装置由顶盖（1）、试验筒上筒体（2）、试验筒下筒体（3）、底板（4）、支脚（5）、法兰盘（6）、试验筒底部进水阀门（7）、水箱出水阀门（8）、试验筒底部出水阀门（9）、试验筒进气阀门（10）、橡胶软管（11）、密封压紧螺母（12）、尼龙管（13）、空气压缩机（14）、支架（15）、位移计（16）、位移滑杆（17）、螺纹槽（18）、孔隙气压力传感器（19）、O型密封圈（20）、孔隙水压力传感器（21）、土压力传感器（22）、玻璃转子流量计（23）、水箱（24）、位移采集仪（25）、孔隙气压力采集仪（26）、孔隙水压力采集仪（27）、土压力采集仪（28）、计算机（29）、加载板（30）、气压调节控制器（31）所制成；其中顶盖（1）、试验筒上筒体（2）、试验筒下筒体（3）、底板（4）之间通过法兰盘（6）相互连接，加载板（30）置于试验筒内将试验筒分为上部加压室与下部试样筒，试验筒底部进水阀门（7）通过橡胶软管（11）与玻璃转子流量计（23）连接，玻璃转子流量计（23）又通过橡胶软管（11）与水箱（24）出水阀门（8）相连接，下筒体（3）内侧垂直布置4个孔隙水压力传感器（21），4个孔隙水压力传感器（21）通过数据线与孔隙水压力采集仪（27）连接，由加载板（30）底面引出的4根尼龙管（13）与试验筒外的4个孔隙气压力传感器（19）连接，4个孔隙气压力传感器（19）通过数据线与孔隙气压力采集仪（26）相连接，底板（4）的中心放置1个土压力传感器（22）、土压力传感器（22）通过数据线与土压力采集仪（28）相连接，位移滑杆（17）顶部连接1个位移计（16），位移计（16）通过数据线与位移采集仪（25）连接，位移采集仪（25）、孔隙气压力采集仪（26）、孔隙水压力采集仪（27）、土压力采集仪（28）分别通过数据线与计算机（29）相连接，上部加压室通过尼龙管（13）与气压调节控制器（31）的一端连接，气压调节控制器（31）的另一端通过尼龙管（13）与空气压缩机（14）相连接。

2.根据权利要求1所述的土工膜下积气模型试验装置，其特征在于所述的法兰盘（6）上设24个紧固螺栓，并在法兰盘（6）的上下两个面上设U型沟槽用于放置耐磨损橡胶密封圈。

3.根据权利要求1所述的土工膜下积气模型试验装置，其特征在于所述的加载板（30）由圆形钢板和环形钢板焊接而成，其外径略小于试验筒内壁直径，且在环形钢板外侧设两道U型密封圈沟槽，槽内放置型号为490×6mm的O型密封圈（20），加载板（30）上设四个孔分别引出4根尼龙管（13），4根尼龙管（13）再分别与4个孔隙气压力传感器（19）连接，加载板（30）的中心处设螺纹槽（18）固定位移滑杆（17）。

4.根据权利要求1所述的土工膜下积气模型试验装置，其特征在于所述的密封压紧螺母（12）用于密封处理引出数据线、位移滑杆（17）、尼龙管（13）等的圆孔。

5.一种利用权利要求1所述的土工膜下积气模型试验装置进行试验的方法，其试验方法步骤如下：

（1）根据实际工况，确定地基模型的尺寸和材料；

（2）在试验筒底板（4）中心位置布置土压力传感器（22），然后根据原状土的含水率配制土料，将土料装填至试验筒内，形成与原状土密度一致的地基模型；

（3）装填好土样后，安装4个孔隙水压力传感器（21）、加载板（30）、试验筒顶盖（1）和位移计（16），保证试验筒完全密闭；

（4）打开位移采集仪（25）、孔隙气压力采集仪（26）、孔隙水压力采集仪（27）、土压力采集仪（28）和计算机（29），设定数据采集间隔，开始记录，静置12小时；

（5）打开试验筒底部出水阀门（9）、空气压缩机（14）和气压调节控制器（31），调节气压为100kPa，对试验筒内土样进行预压，静置48小时；

（6）关闭试验筒底部出水阀门（9）、空气压缩机（14）和气压调节控制器（31），打开水箱出水阀门（8）和试验筒底部进水阀门（7），通过调节水箱（24）高度和玻璃转子流量计（23）分别控制水头和进水流量，模拟地下水位上升；

（7）待试验筒内水位上升至设定高程时，关闭试验筒底部进水阀门（7），模拟地下水位上升工况结束，将位移采集仪（25）、孔隙气压力采集仪（26）、孔隙水压力采集仪（27）、土压力采集仪（28）采集到的试验数据输入计算机（29）；

（8）打开空气压缩机（14）和气压调节控制器（31），设定气压值对试验筒内土样进行加压，模拟土工膜上蓄水工况，将位移采集仪（25）、孔隙气压力采集仪（26）、孔隙水压力采集仪（27）、土压力采集仪（28）采集到的试验数据输入计算机（29）；

（9）调节气压调节控制器（31）使上部加压室内的气压缓慢减小，从而模拟土工膜上降水工况，将位移采集仪（25）、孔隙气压力采集仪（26）、孔隙水压力采集仪（27）、土压力采集仪（28）采集到的试验数据输入计算机（29）；

（10）打开试验筒底部出水阀门（9），模拟地下水位下降工况，将位移采集仪（25）、孔隙气压力采集仪（26）、孔隙水压力采集仪（27）、土压力采集仪（28）采集到的试验数据输入计算机（29）；

（11）停止计算机（29）数据采集，土工膜下积气模型试验结束。