[发明专利]一种模拟垫层约束条件下土工膜蠕变的测试装置和方法

说明书

本发明公开了一种模拟垫层约束条件下土工膜蠕变的测试装置和方法，包括拉伸试验系统、垫层施加系统和位移采集系统；拉伸试验系统包括主机架平台、底座、土工膜、活动夹具、钢索、制动装置、定滑轮和砝码；土工膜一端固定在底座中间的夹缝内，另外一端通过活动夹具固定；垫层施加系统包括垫层室、垫层料、气压调节装置、上盖板、压力气囊、传力板、水平推动装置和活动推杆；位移采集系统包括位移传感器、数据采集仪和计算机。本发明装置实现了土工膜在受垫层约束时土工膜蠕变性能的测试，并实时记录土工膜在单级恒定或多级恒定拉伸荷载作用下的蠕变变形量，得到不同恒定拉伸荷载作用下土工膜的蠕变曲线，用于分析土工膜的蠕变特性。

技术领域

本发明涉及水利工程中防渗土工膜的变形检测领域，特别是一种模拟垫层约束条件下土工膜蠕变的测试装置和方法。

背景技术

土工膜因具有防渗性能好、适应变形能力强、工程造价低等优点，已广泛应用于堤坝、库盘、渠道等防渗工程。当土工膜铺设于堤坝上游面作为防渗体时，在库水压力的作用下，坝面土工膜会呈现受拉特性。土工膜在一定的拉力作用下，其变形会随时间不断增长，即产生蠕变。

由于水库一般采用分级蓄水，每蓄到一定高程时，水位会维持一段时间，此时土工膜存在多级恒定拉力条件下的蠕变行为。当土工膜蠕变量达到一定时，土工膜会发生撕裂，从而破坏了堤坝防渗结构的完整性，对堤坝安全造成隐患。

因此，探究单级恒定拉伸荷载和多级恒定拉伸荷载条件下受垫层约束的土工膜的蠕变特性具有重要的科学研究意义和工程应用价值。

现有技术中，通常采用土工合成材料蠕变试验仪测试土工膜的蠕变特性。但是，目前已有的蠕变试验装置基本未考虑垫层约束对土工膜蠕变特性的影响。由于实际工程中土工膜必然受到垫层的约束作用，垫层会对土工膜的蠕变产生影响，因而现有试验装置不能真实模拟土工膜受垫层约束时的蠕变行为。

另外，实际工程中土工膜存在受多级恒定拉伸荷载的情况，但是目前已有的蠕变试验装置均仅考虑在单级恒定拉伸荷载下探究土工膜的蠕变特性，不能反映土工膜受多级恒定拉伸荷载时的蠕变特性。

因此，为真实有效地反映土工膜蠕变过程中全程受垫层的约束作用，有必要研制能一种模拟单级恒定拉伸荷载和多级恒定拉伸荷载条件下受垫层约束的土工膜蠕变的测试装置和方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种模拟垫层约束条件下土工膜蠕变的测试装置，该模拟垫层约束条件下土工膜蠕变的测试装置能模拟土工膜蠕变过程中全程受垫层约束，并实时测试和记录在单级恒定或多级恒定拉伸荷载作用下的土工膜蠕变变形量，得到单级恒定或多级恒定拉伸荷载作用下土工膜蠕变曲线，用于分析土工膜的蠕变特性。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种模拟垫层约束条件下土工膜蠕变的测试装置，包括拉伸试验系统、垫层施加系统和位移采集系统。

拉伸试验系统用于对土工膜施加单级恒定拉伸荷载或多级恒定拉伸荷载；拉伸试验系统包括底座、活动夹具和拉伸荷载施加装置；底座水平设置，土工膜平铺在底座上，土工膜的一端伸入并固定在底座的夹缝中，土工膜的另一端与活动夹具相连接，拉伸荷载施加装置与活动夹具相连接，活动夹具底部与底座滑动连接。

垫层施加系统设置在土工膜的上方，用于对土工膜施加法向荷载；垫层施加系统能沿土工膜的拉伸方向进行水平滑移，且垫层施加系统的水平滑移量随土工膜的拉伸位移同步变化；

位移采集系统用于对土工膜的拉伸位移进行采集。

垫层施加系统包括垫层室、垫层料、法向加压装置和水平推动装置；

垫层室顶部和底部开口设置，垫层料填充在垫层室内，垫层料底部与土工膜和底座上表面相接触；