一种土工织物反滤特性的测试装置及其测试方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种土工织物反滤特性测试装置及测试方法，装置包括渗透淤堵室，设有刚性多孔承压底板及刚性多孔承压顶板，之间装填土样，土样底部设置土工织物；加压机构，设于所述渗透淤堵室上方的反力架上，用于对所述刚性多孔承压顶板施加压力，所述加压机构连接用于监测其位移的应变测量系统；供水溢流机构，用于渗透淤堵试验时设定不同的水力梯度；真空抽气饱和系统，用于对所述渗透淤堵室抽真空；及测压机构，用于监测所述渗透淤堵室内部的水压力。该装置能进行真空抽气饱和以及法向压力加载，能识别土工织物的淤堵情况，可模拟应力与渗流作用下土工织物滤层的反滤特性，较好地反映实际工程环境，效果良好。

【技术实现步骤摘要】
一种土工织物反滤特性的测试装置及其测试方法
本专利技术涉及土工织物材料检测仪器
，特别涉及一种考虑应力水平的土工织物反滤特性实验仪，主要用于应力与渗流耦合作用下土工织物反滤特性的测试及研究。
技术介绍
土工织物(俗称土工布)，它是一种由高分子合成纤维通过编织或针刺而制成的新型土工材料。其成品为布状，具有孔隙率高、孔径小、透水性好、强力高、抗微生物性好、耐腐蚀、施工方便、一次性投资少等优点，广泛应用于各个工程领域，如路基、堤坝、围垦、环保等工程中发挥其反滤排水、隔离防护、道路养护等作用。相比于传统的反滤料(砂石滤料)，土工织物作为一种新型的反滤材料，在渗流水的作用下，其小孔径保证了构成土骨架的土颗粒不流失，而较高的孔隙率又使水流顺畅通过。土工织物的反滤准则早在1972年就被提出，回顾历史可知，工程应用中土工织物作为反滤材料，在进行其反滤设计时，需要满足透水性、保土性和防淤堵性三个准则。但由于淤堵问题的复杂性和普遍性，对土工织物滤层的防淤堵准则(采用常规梯度比实验，梯度比GR＜3)，争议较大，使得土工织物在反滤应用中受到了很大的限制，而且不同的工程环境对土工织物反滤特性的要求有所不同，因此，需要对土工织物在不同条件下的反滤特性进行试验研究。针对土工织物滤层能否长期有效运行的核心问题：即淤堵问题，判断其是否满足防淤堵准则，目前采用梯度比试验，该方法主要用于测定一定水流条件下，土工织物对于颗粒土的淤堵特性，通过比较土—土工织物体系及其界面上渗透系数的变化情况来判断土工织物淤堵的可能性，而对于土工织物过滤细粒土(黏性土)的淤堵特性却难以测定，而且如何判断土工织物滤层在实际工程中是否发生了不允许的淤堵情况仍然是当前国内外一直所关注的问题。现有实验装置及方法存在以下缺陷：(1)淤堵试验中采用的梯度比评判标准存在争议：体现在现有的淤堵实验仪测量的是土工织物和其上方25mm范围内土样构成的整个体系的渗透系数，远大于土工织物淤堵层(即滤饼)加上土工织物的厚度，造成梯度比对土工织物淤堵的不敏感；(2)现有淤堵实验装置对土体饱和方法多适用于颗粒土，对于细粒土，特别是渗透系数较小的黏性土是不适用的，而土体的饱和程度直接影响渗流淤堵的效果；(3)不能直接测定土工织物滤层是否发生不容许的淤堵；(4)无法识别应力与渗流场耦合作用下土工织物滤层的反滤机理；(5)不能测定在法向应力状态下土—土工织物体系发挥反滤作用时的竖向位移变化。考虑到土工织物在反滤工程的实际应用中，应力与渗流环境纷繁复杂，若采用现有的实验仪器不仅操作复杂、耗费时间，导致试样的状态偏离工程实际，还很难同时获得土工织物在上述条件下的反滤性能。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了解决上述问题而提供一种土工织物反滤特性的测试装置及其测试方法，该装置可以模拟实际工程中土工织物的受力特性，同时可以直接量测土工织物在反滤过程中是否发生了不容许的淤堵及竖向位移变化，更好地反映实际工程应用中土工织物的反滤特性，从而能够提供更真实有效的测量数据。本专利技术的目的通过以下技术方案实现：一种土工织物反滤特性测试装置，包括：渗透淤堵室，所述渗透淤堵室内设有刚性多孔承压底板及刚性多孔承压顶板，所述刚性多孔承压底板与刚性多孔承压顶板之间装填土样，所述土样底部设置土工织物；加压机构，设于所述渗透淤堵室上方的反力架上，用于对所述刚性多孔承压顶板施加压力，所述加压机构连接用于监测其位移的应变测量系统；供水溢流机构，与设于所述渗透淤堵室上端的进水孔及底端的排水孔相连通，用于渗透淤堵试验时设定不同的水力梯度；真空抽气饱和系统，与所述渗透淤堵室内部相连通，用于对所述渗透淤堵室抽真空饱和试样；测压机构，与设于所述渗透淤堵室侧壁的多个径向测压端口相连接，用于监测所述渗透淤堵室内部的水压力。进一步地，所述渗透淤堵室包括设于基座上的下筒、设于所述下筒上部的上筒以及安装在所述上筒上端的顶盖，所述上筒与下筒内部相连通并可拆卸，所述顶盖上分别设置排气孔、进水孔和加压活塞孔，所述排气孔上设有止气球阀。进一步地，所述的上筒和下筒均包括圆柱形筒体、法兰盘和O型密封圈，所述土工织物夹持在所述上筒和下筒之间的法兰盘环形凹槽与O型密封圈之间，所述顶盖、基座和相邻的法兰盘均设有周向的对应多个螺栓孔，顶盖、上筒、下筒和基座依次通过多个螺栓孔进行固定，螺栓孔与螺栓之间用密封圈密封。进一步地，所述下筒内壁设置有固定放置刚性多孔承压底板的卡槽，所述上筒内壁上设置有放置刚性多孔承压顶板的卡槽。进一步地，所述的刚性多孔承压底板上部设置洁净砾石或玻璃珠层。进一步地，所述的测压端口分别布置于所述上筒和下筒的不同高处，其中两组端口径向对称分布，所述的测压端口选用不锈钢的直通接头。进一步地，所述的加压机构包括气缸、加载杆、空压机、调压阀和气压表，所述加压机构通过设于所述顶盖上的加压活塞孔中的加载杆向所述上筒内土样上方的刚性多孔顶板施加压力；所述加压活塞孔上设置有气压表，所述调压阀设置在所述加压活塞孔与空压机之间的管道上，所述加载杆的上升下降通过手动换向阀控制，所述气缸的输出端配置有压力传感器实时显示数据。进一步地，所述的供水溢流机构包括进水容器、出水容器和辅助进水容器，进、出水容器和辅助进水容器通过牵引装置连接，所述的牵引装置由定滑轮、牵引钢丝绳和摇动钢丝滚轮连接，通过摇动钢丝滚轮将进、出水容器上升至实验需要的高度，以设定不同的水力梯度。进一步地，所述的测压机构包括测压面板、数根胶管和球阀，所述测压面板上安装有数根竖向测压玻璃管，测压玻璃管一侧贴有坐标纸，数根玻璃测压管的下端分别通过胶管与渗透淤堵室的多个径向测压端口一一连接。进一步地，所述的真空抽气饱和系统包括真空表阀和真空泵，所述的应变测量系统包括差动变压器式位移传感器和数据显示器。一种土工织物反滤特性测试装置的测试方法，包括以下步骤：(1)在刚性多孔底板上放置洁净砾石或玻璃珠用来模拟排水滤层，然后放置待测的土工织物，按照要求制备黏性土样，填至实验要求高度并分层击实至所需的密实度，整平试样，在试样的上方依次放置滤纸和刚性多孔顶板；(2)启动真空饱和抽气系统，待真空表阀的读数达到设定负压值并保持，启动供水溢流机构，水流进入渗透淤堵室，待真空表阀的读数保持稳定、水流淹没黏性土试样时并上升一定高度停止进水，静置一定时间，待水持续从排气孔流出且无气泡时关闭排气管上的止水夹，完成渗透淤堵室的饱和过程；(3)调节供水溢流机构，改变水位至试验要求的水力梯度；(4)启动加压机构，控制其达到试验要求的各级恒压值均匀施压于试样上方，并通过应变测量系统记录不同法向应力作用下土—土工织物体系的竖向位移变化；(5)在每一级法向应力水平下通过供水溢流机构设定不同的水力梯度，进行渗透淤堵试验，并记录各测压管的水位变化和排水孔的渗水量变化以及观察排水的浑浊程度，待淤堵过程结束，取出土工织物烘干测定其重量。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种土工织物反滤特性测试装置，其特征在于，包括：/n渗透淤堵室(1)，所述渗透淤堵室(1)内设有刚性多孔承压底板(29)及刚性多孔承压顶板(28)，所述刚性多孔承压底板(29)与刚性多孔承压顶板(28)之间装填土样(39)，所述土样(39)底部设置土工织物(30)；/n加压机构(2)，设于所述渗透淤堵室上方的反力架上，用于对所述刚性多孔承压顶板(28)施加压力，所述加压机构(2)连接用于监测其位移的应变测量系统(6)；/n供水溢流机构(4)，与设于所述渗透淤堵室(1)上端的进水孔(12)及底端的排水孔(34)相连通，用于渗透淤堵试验时设定不同的水力梯度；/n真空抽气饱和系统(5)，与所述渗透淤堵室(1)内部相连通，用于对所述渗透淤堵室(1)抽真空；及/n测压机构(3)，与设于所述渗透淤堵室(1)侧壁的多个径向测压端口(31)相连接，用于监测所述渗透淤堵室(1)内部的水压力。/n

【技术特征摘要】
1.一种土工织物反滤特性测试装置，其特征在于，包括：
渗透淤堵室(1)，所述渗透淤堵室(1)内设有刚性多孔承压底板(29)及刚性多孔承压顶板(28)，所述刚性多孔承压底板(29)与刚性多孔承压顶板(28)之间装填土样(39)，所述土样(39)底部设置土工织物(30)；
加压机构(2)，设于所述渗透淤堵室上方的反力架上，用于对所述刚性多孔承压顶板(28)施加压力，所述加压机构(2)连接用于监测其位移的应变测量系统(6)；
供水溢流机构(4)，与设于所述渗透淤堵室(1)上端的进水孔(12)及底端的排水孔(34)相连通，用于渗透淤堵试验时设定不同的水力梯度；
真空抽气饱和系统(5)，与所述渗透淤堵室(1)内部相连通，用于对所述渗透淤堵室(1)抽真空；及
测压机构(3)，与设于所述渗透淤堵室(1)侧壁的多个径向测压端口(31)相连接，用于监测所述渗透淤堵室(1)内部的水压力。


2.根据权利要求1所述的一种土工织物反滤特性测试装置，其特征在于，所述渗透淤堵室(1)包括设于基座(10)上的下筒(9)、设于所述下筒(9)上部的上筒(8)以及安装在所述上筒(8)上端的顶盖(7)，所述上筒(8)与下筒(9)内部相连通并可拆卸，所述顶盖(7)上分别设置排气孔(11)、进水孔(12)和加压活塞孔(13)，所述排气孔(11)上设有止气球阀(40)。


3.根据权利要求2所述的一种土工织物反滤特性测试装置，其特征在于，所述的上筒(8)和下筒(9)均包括圆柱形筒体、法兰盘和O型密封圈，所述土工织物(30)夹持在所述上筒(8)和下筒(9)之间的法兰盘环形凹槽与O型密封圈之间。


4.根据权利要求3所述的一种土工织物反滤特性测试装置，其特征在于，所述下筒(9)内壁设置有固定放置刚性多孔承压底板的卡槽，所述上筒(8)内壁上设置有放置刚性多孔承压顶板的卡槽。


5.根据权利要求2所述的一种土工织物反滤特性测试装置，其特征在于，所述的刚性多孔承压底板上部设置洁净砾石或玻璃珠层。


6.根据权利要求2所述的一种土工织物反滤特性测试装置，其特征在于，所述的测压端口(31)分别布置于所述上筒(8)和下筒(9)的不同高处，其中两组端口径向对称分布，所述的测压端口选用不锈钢的直通接头。


7.根据权利要求2所述的一种土工织物反滤特性测试装置，其特征在于，所述的加压机构(2)包括气缸(14)、加载杆、空压机(15)、调压阀(16)和气压表(17)，
所述加压机构(2)通过设于所...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜春雪，徐超，杨阳，沈盼盼，彭善涛，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：上海;31