[发明专利]土工膜非等轴气胀试验双向不等应力测量方法

说明书

本发明公开一种土工膜非等轴气胀试验双向不等应力测量装置及方法，包括非等轴椭圆形夹具、变形量测装置、气压加载与反馈控制装置和数据记录与处理装置，测量方法主要基于非等轴试样中心标记部位在气压作用下的变形轨迹的量测，本发明可以准确计算出外力对标记部位所做的功，并通过标记部位的受力平衡与能量守恒两个方程联立，从而解出两个未知的正交双向不等应力，试验结果可用于检测土工膜在非等轴双向拉伸条件下的强度和延伸率，同时也可用于土工膜在非等轴双向拉伸条件下应力应变本构关系的研究。

技术领域

本发明涉及土工膜应力测量方法，具体涉及一种土工膜非等轴气胀试验双向不等应力测量方法。

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。土工膜在工程中做为防渗结构，受到水压力作用势必产生拉伸变形，所以土工膜的拉伸变形特性是人们最为关心的材料特性之一。目前，土工膜拉伸变形特性测试的试验方法主要有单向条带拉伸试验与等轴气胀试验两种。单向条带拉伸试验中，试样为单向拉伸应力状态，试样变形无侧向限制，这与土工膜在工程真实工作中应力应变状态相差较大，同时拉伸时容易出现“颈缩”现象而导致材料的延伸率被高估；等轴气胀试验是采用土工膜圆形试样，周边用环形夹具固定，在试样一侧施加气压，使试样在气压的作用下逐渐膨胀直到破坏的试验方法。虽然等轴气胀试验中试样处于正交双向应力应变状态，但是由于等轴气胀试验试样为圆形故其双向应力应变均相等，所以无法进行双向不等拉伸条件下土工膜的拉伸特性试验。目前已有不少学者采用长短轴不等的椭圆土工膜试样进行非等轴气胀试验，但是由于试样长短轴不同，所以两个正交方向上的应力应变也均不同，虽然试样应变可以采用数字图像分析等手段测得，但是由于两个正交方向上的应力大小不同，仅依靠一个力平衡方程建立的气压与两个方向未知应力的关系，是无法得出每个方向上应力的大小。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种土工膜非等轴气胀试验双向不等应力测量方法，解决目前无法测量非等轴土工膜试样正交双向不等应力的问题。

技术方案：本发明所述的土工膜非等轴气胀试验双向不等应力测量装置，包括立柱，所述立柱上固定有非等轴椭圆夹具，所述非等轴椭圆夹具包括可拆卸连接的上夹片和下夹片，所述下夹片中心开设有气孔，所述气孔通过气管连接气压加载和反馈控制装置，所述上夹片和下夹片之间放置有土工膜试样，所述土工膜试样中心设有标记图形，所述非等轴椭圆夹具上方通过支架固定有位移计和第一摄像头，所述位移计的探针头部与所述土工膜试样中心标记图形对应相同，土工膜试样的长轴和短轴对应的位置设置有第二摄像头和第三摄像头，所述位移计、第一摄像头、第二摄像头和第三摄像头均与数据记录与处理装置信号连接。

其中，所述上夹片为空心椭圆环，下夹片为实心椭圆片。

所述气压加载和反馈控制装置包括气压泵和气压控制反馈器，所述气压泵和气压控制反馈器电连接。

所述标记图形为正四边形，所述位移计探针头部为与标记图形相同的正四边形金属片。

所述数据记录与处理装置由计算机和数据记录模块构成。

本发明所述的土工膜非等轴气胀试验双向不等应力测量装置的测量方法，包括以下步骤：

(1)将土工膜试样(2)通过非等轴椭圆夹具(1)固定，下夹片中心的气孔通过气管与气压加载和反馈控制装置中的气压泵(9-1)连接；

(2)移动支架的位置，使得位移计的探针(5)头部的金属片与土工膜试样标记图形相互重合；