[发明专利]考虑下垫层含水率影响的土工膜顶破强度预测装置及方法

说明书

本发明公开了一种考虑下垫层含水率影响的土工膜顶破强度预测装置及方法，包括土工膜装配系统、加压系统和计算机；土工膜装配系统包括垫层室、保护层室和夹具；加压系统包括顶杆、压力传感器和加压装置；顶杆底端指向土工膜的中心，顶杆类型包括平头顶杆、半弧形顶杆和平板顶杆；不同顶杆类型用于模拟不同施工作业类型。本发明通过采用不同形式的顶杆模拟施工荷载，开展不同含水率下垫层时土工膜的顶破试验，获得土工膜顶破强度。根据不同含水率的下垫层上不同厚度土工膜顶破强度的分布特点，建立土工膜顶破强度的指数模型，获得土工顶破强度计算公式，预测实际工程中不同施工加压条件下不同含水率下垫层土工膜的顶破强度。

技术领域

本发明涉及水利工程中土工膜的检测领域，特别是一种考虑下垫层含水率影响的土工膜顶破强度预测装置及方法。

背景技术

土工膜因具有防渗性能好、适应变形能力强、工程造价低及施工速度快等优点，已广泛应用于大坝、库盘、蓄水池、垃圾填埋场等防渗工程。

在土工膜防渗结构中，土工膜埋设于上保护层和下垫层之间。不同类型的土工膜防渗工程，采用不同厚度的土工膜，且对下垫层料含水率的控制要求也有所不同。当下垫层含水率增加时，下垫层变形模量减小，在土工膜上保护层施工时，压实机械、运输车辆、作业人员等会对土工膜产生碾压作用容易使土工膜发生较大的局部变形。当土工膜局部变形过大时，土工膜会发生顶破刺破，产生缺陷孔洞，对工程防渗安全造成隐患。

已有统计资料表明，施工破坏占土工膜破坏的97％，是土工膜破坏的主要形式，其中上部覆盖层施工造成的破坏高达73％。因此，建立土工膜顶破强度预测模型具有重要的科学研究意义和工程应用价值。

现有技术中，SL/T235-1999《土工合成材料测试规程》提出了圆球顶破试验和CBR顶破试验用于测试单一土工膜的顶破强度。现有技术存在如下不足：

1.现有技术仅对无下垫层的单一土工膜开展顶破试验，没有考虑下垫层对土工膜的支撑作用。实际工程中土工膜铺设在下垫层之上，垫层的含水率会引起垫层变形模量的改变，进而改变上部荷载作用下土工膜抵抗变形能力，即改变土工膜的顶破特性，因此现有技术脱离了实际工程中土工膜的工作状态。

2.现有标准试验装置采用固定尺寸的圆柱形顶杆对土工膜施加压力，无法合理模拟实际工程中压实机械、运输车辆、作业人员等对土工膜的施压条件。

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，而提供一种考虑下垫层含水率影响的土工膜顶破强度预测装置及方法，通过采用不同形式的顶杆模拟施工荷载，开展不同含水率下垫层时土工膜的顶破试验，获得土工膜顶破强度。根据不同含水率的下垫层上不同厚度土工膜顶破强度的分布特点，建立土工膜顶破强度的指数模型，获得土工顶破强度计算公式，预测实际工程中不同施工加压条件下不同含水率下垫层土工膜的顶破强度。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种考虑下垫层含水率影响的土工膜顶破强度预测装置，包括土工膜装配系统、加压系统、位移测量系统和计算机。

土工膜装配系统包括垫层室、保护层室和夹具。

垫层室用于填充不同含水率的下垫层。

保护层室同轴设置在垫层室顶部，土工膜铺设在垫层室和保护层室之间，夹具用于将保护层室、土工膜和垫层室可拆卸式夹紧固定。

加压系统包括顶杆、压力传感器和加压装置；顶杆能在加压装置的驱动下，向土工膜直接或间接施加压力，压力传感器能对顶杆传递的压力进行实时监测，并与计算机相连接。