[發明專利]一種土工膜水力頂破和顆粒刺破變形測試裝置及測試方法

有效

• 申請號: 201810347498.7
• 申請日: 2018-04-18
• 公開（公告）號: CN108760514B
• 公開（公告）日: 2019-04-05
• 發明（設計）人: 岑威鈞;都旭煌;陳司寧;李鄧軍;羅佳瑞;王輝;耿利彥
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: G01N3/12
• 分類號: G01N3/12;G01N3/30;G01N3/06
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 石艷紅

本發明公開了一種土工膜水力頂破和顆粒刺破變形測試裝置及測試方法，包括加壓變形模擬裝置和三維DIC測量系統；加壓變形模擬裝置包括加壓系統和基座、墊層室、土工膜和壓力室；墊層室內填充有土石料；土工膜鋪設在土石料頂部，壓力室與土工膜圍合形成密封腔室；加壓系統用于向壓力室內提供壓力水；土工膜的上表面均勻噴灑有散斑；三維DIC測量系統包括鹵素燈、計算機和兩個均與計算機相連接的CCD相機。本發明能真實模擬實際工程中土工膜水力頂破作用和墊層土石顆粒對土工膜的刺破作用，詳細記錄水壓力作用下土工膜表面凹凸變形和應變的發展過程，獲得土工膜水力頂破和刺破變形抵抗強度以及土工膜下墊層的水力特性。

技術領域

本發明涉及水利工程中土工膜的檢測領域，特別是一種土工膜水力頂破和顆粒刺破變形測試裝置及測試方法。

背景技術

土工膜因具有防滲性能好、適應變形能力強、工程造價低及施工速度快等優點，已廣泛應用于大壩、庫盤、蓄水池、垃圾填埋場等防滲工程。目前堆石壩土工膜防滲主要以壩面防滲為主，在壩面土工膜防滲結構中，膜下土石料墊層對土工膜的安全運行非常關鍵，設計時要避免刺破土工膜。墊層除對土工膜起支撐作用外，還必須具有良好的滲透性，以便及時有效地排水，提高防滲結構的穩定性。水壓作用下，土工膜會順著墊層中某些突出土石顆粒縫隙間發生局部水力頂破變形，當水壓力過大或墊層表面較粗糙(局部凹凸度較大)時，土工膜除了可能發生水力頂破外，也可能被較尖銳的墊層顆粒刺破，從而破壞了防滲結構的完整性，對大壩安全造成隱患。因此，測試土工膜抵抗水力頂破和顆粒刺破的變形能力具有重要的科學研究意義和工程應用價值。

現有涉及土工膜脹破和頂破的規范試驗主要包括Mullen脹破試驗、圓球頂破試驗和CBR頂破試驗，其中Mullen脹破試驗用于測試土工膜在無墊層條件下的脹破強度，圓球頂破試驗和CBR頂破試驗利用圓球或圓柱頂桿施加垂直于土工膜平面的集中荷載，使土工膜發生局部頂破或刺破，獲得頂破或刺破強度。實際土工膜防滲工程運行時，土工膜一側受水壓力作用，另一側受不同顆粒形狀的土石料墊層的支撐作用。上述3個試驗均無法真實模擬土工膜的工作狀態。

另外，現有技術中還沒有試驗裝置能夠反映墊層上完整土工膜在水壓作用下的變形發展過程，以及土工膜被頂破和刺破后出現的缺陷滲漏對下墊層造成的影響的全過程。

因此，為了真實反映實際工程中土工膜頂破和刺破特性，研究土工膜的頂破和刺破抵抗強度以及土工膜下墊層的水力特性，有必要研制一種模擬土工膜實際受力狀態的土工膜水力頂破變形和刺破變形測試裝置及測試方法。

發明內容

本發明要解決的技術問題是針對上述現有技術的不足，提供一種土工膜水力頂破和顆粒刺破變形測試裝置，該土工膜水力頂破和顆粒刺破變形測試裝置能真實模擬實際工程中土工膜水力頂破作用和墊層土石顆粒對土工膜的刺破作用，詳細記錄水壓力作用下土工膜表面凹凸變形和應變的發展過程，獲得土工膜水力頂破和刺破變形抵抗強度以及土工膜下墊層的水力特性。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：

一種土工膜水力頂破和顆粒刺破變形測試裝置，包括加壓變形模擬裝置和三維DIC測量系統。

加壓變形模擬裝置包括加壓系統和從下至上依次同軸設置的基座、墊層室、土工膜和壓力室；墊層室頂部開口，墊層室內填充有土石料；土工膜鋪設在土石料頂部，壓力室底部開口，壓力室頂部由透明材料制成；墊層室，土工膜和壓力室之間為密封可拆卸連接，壓力室與土工膜圍合形成一個密封腔室；加壓系統用于向壓力室內提供壓力水。

土工膜的上表面均勻噴灑有散斑，散斑在三維DIC測量系統中記錄的數字圖像不低于3個像素。

三維DIC測量系統包括鹵素燈、計算機和兩個均與計算機相連接的CCD相機；其中，鹵素燈同軸設置在壓力室的正上方，兩個CCD相機對稱設置在鹵素燈的兩側，兩個CCD相機的中心軸線相交夾角在30°到60°之間，兩個CCD相機的中心軸線的相交點位于土工膜表面。