[发明专利]一种考虑动态水压的土工膜渗漏模拟试验仪及其试验方法

权利要求书

1.一种考虑动态水压的土工膜渗漏模拟试验方法，其特征在于：所述方法应用的考虑动态水压的土工膜渗漏模拟试验仪，包括动态水压系统，渗漏试验系统和监测分析系统，所述动态水压系统通过伺服增压泵和压力水舱模拟土工膜上覆水头的动态变化；所述渗漏试验系统通过带缺陷土工膜实现渗漏过程的模拟；所述监测分析系统通过电子压力计和电子流量计实现模拟水头和渗漏流量的动态联测及分析；

所述动态水压系统包括伺服增压泵、压力管线、三通阀和压力水舱，所述伺服增压泵通过所述压力管线为试验提供可控的动态水压；所述压力管线两端分别与伺服增压泵联通和三通阀联通；所述三通阀与压力水舱相连通；所述压力水舱为下端开口的中空薄壁圆筒状物件，用于开展土工膜上覆动态水头的模拟，所述三通阀的另一个接口和电子压力计连接；

所述渗漏试验系统包括紧固夹板、底座顶板、试验基台、止水凹槽、止水凸出、紧固螺栓、紧固螺母和带孔试验基台底板，所述紧固夹板沿所述压力水舱外侧壁面均匀布设，并固连于所述压力水舱外侧壁；所述底座顶板沿所述试验基台外侧壁面均匀布设，并固连于所述试验基台外侧壁，所述紧固夹板和所述底座顶板开设有一一对应螺栓孔；所述试验基台为上端开口的中空薄壁圆筒状物件，尺寸与所述压力水舱相匹配，用于填装填筑物并开展渗漏试验；所述止水凸出的尺寸与所述止水凹槽相匹配，并在它们之间能够夹固带缺陷土工膜的周边，并防止压力水舱内水外渗，起到密闭试验环境的功能；

所述止水凹槽为所述压力水舱底部开口处壁面内的环槽型构造；所述止水凸出为所述试验基台顶部开口处壁面上的环形凸出构造；所述紧固螺栓与所述紧固螺母配套使用，从而使所述动态水压系统和所述渗漏试验系统紧密相连，在所述止水凹槽和所述止水凸出的共同作用下，使得所述动态水压系统和所述渗漏试验系统处于相对密闭的试验环境中；

所述监测分析系统包括底座立板、底座底板、电子压力计、集水漏斗、电子流量计，所述底座立板固连于所述底座底板上，构成的立体框架结构为所述监测分析系统提供工作空间；所述电子压力计与所述动态水压系统的与压力水舱相通的三通阀相连，用于动态测量并记录试验过程中压力水舱内部的动态水压；所述集水漏斗固连于所述带孔试验基台底板之下，用于收集试验过程中的渗漏水；所述电子流量计安装于所述集水漏斗底部，用于动态测量并记录试验过程中所述渗漏试验系统的渗漏流量；

所述方法并包括以下步骤：

(1)准备带有缺陷的土工膜备用；

(2)材料填筑：将透水石水平放置于试验基台的带孔试验基台底板之上，选取实际防渗工程中土工膜膜下的填筑材料作为填筑物，根据实际填筑材料的工程特性，将填筑材料分层填入试验基台内部的空腔中，填筑至试验基台上部开口齐平；

(3)土工膜铺设：将带缺陷的土工膜水平铺设于填筑材料之上，确保土工膜缺陷位于中央位置，将动态水压系统安装于渗漏试验系统之上；安装过程中保持土工膜一定的张拉力，并使紧固夹板的螺栓孔与底座顶板的螺栓孔对齐；将紧固螺栓从下往上依次穿过底座顶板开设的螺栓孔和紧固夹板开设的螺栓孔，将紧固螺母从紧固夹板顶部旋入紧固螺栓，从而使动态水压系统和渗漏试验系统紧密相连，在止水凹槽和止水凸出的共同作用下，使得动态水压系统和渗漏试验系统形成相对密闭的试验环境；

(4)设备仪表连接：将压力管线两端分别与伺服增压泵和三通阀连接，将三通阀一端与压力水舱联通卡口连接；将电子压力计通过三通阀与动态水压系统连接；将电子流量计通过集水漏斗与渗漏试验系统连接；将伺服增压泵、电子压力计和电子流量计的数据初始化；

(5)初始蓄水模拟：通过伺服增压泵缓慢向压力水舱供水，注满压力水舱后，维持压力水舱内部水压恒定，直至集水漏斗下侧有稳定渗漏水流出为止；

(6)动态渗漏试验：根据实际防渗工程土工膜上覆水头的变化规律，动态调整压力水舱内部的水压，直至完成一个周期的动态水压渗漏试验；

(7)数据收集：一定的时间间隔，采用电子压力计监测记录试验过程中的动态水压p(t)；以同样的时间间隔，采用电子流量计监测记录试验过程中的渗漏流量q(t)；

(8)分析计算：以动态水压p(t)作为横坐标，以渗漏流量q(t)为纵坐标建立水压-流量直角坐标系，在水压-流量直角坐标系中绘制监测记录的数据对，采用式1确定动态水压p(t)和渗漏流量q(t)的关系：

q(t)＝a·p(t)+b 式1

其中，t为测量时间点，a和b为待定系数，由试验结果拟合确定；

当防渗工程处于稳定水位运行工况时，采用式2估算该防渗工程稳定运行期内的总渗漏量：

Q₁＝(a·ρ·g·H+b)·n·Δt 式2

其中，ρ为水的密度；g为重力加速度值；H为该防渗工程的稳定水头；n为该防渗工程中土工膜缺陷数量的统计估算值；Δt为稳定运行时间；

当防渗工程处于动态调蓄运行工况时，采用式3估算该防渗工程一个调蓄周期内的总渗漏量：

其中，t₀为一个调蓄周期的时间。

2.如权利要求1所述的一种考虑动态水压的土工膜渗漏模拟试验方法，其特征在于：在准备带有缺陷的土工膜时，根据实际土工膜的制造工艺和防渗工程的施工条件，选定具有代表性的缺陷形态，采用人为手段在土工膜上制造具有代表性形态的缺陷。