[发明专利]一种土工膜下积气模型试验装置及其试验方法

说明书

 

一、技术领域

本发明具体涉及一种土工膜下积气模型试验装置及其试验方法，利用该模型试验装置研究平原水库全库盆土工膜防渗时的膜下气场变化规律，属于土木工程仪器测试领域。

二、背景技术

为充分合理开发和利用我国北方地区有限的水资源，以满足工农业生产发展的需求，建设平原水库显得尤为必需。由于平原水库坝体属于散粒体结构，在坝身土料颗粒之间，仍然存在着较大的孔隙，再加之坝体对地基地质条件的要求相对较低，在软基上或较差的土基上均可筑坝。因此，平原水库蓄水后，在水压力作用下，渗漏现象是不可避免的。为减小水库的渗漏损失，近几年提出了土工膜全库盆防渗的渗控措施。然而，土工膜下非饱和土层中的孔隙气体极易聚集，膜下土体内部的气场在各种因素的作用下产生变化，对土工膜防渗层产生顶托作用，称为“气胀”。该现象若不经防治，轻则使局部土工膜被下部土体中的气体顶起，造成局部渗漏，对水库的蓄水功效产生影响；重则令土工膜受顶托而漂浮、破裂，对库盘的土工膜防渗体系造成大面积破坏，进而引发渗透破坏，危及水库安全。目前人们判断土工膜是否会产生气胀破坏主要通过现场试验，但现场试验存在试验周期长、费用高的缺点。因此，开发一种快速、便捷的土工膜下积气模型试验装置，通过室内模型试验了解地下水位变动、膜上荷载变动等工况下的膜下气场变化规律，对平原水库土工膜防气胀破坏具有重要的现实意义。

三、发明内容

本发明的目的在于提供一种土工膜下积气模型试验装置及其试验方法。

本发明的技术解决方案，其特征是一种土工膜下积气模型试验装置主要包括顶盖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；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。

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。

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。

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。

一种利用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；