一种土工合成材料顶压蠕变试验装置的制作方法

本发明涉及土工合成材料性能测试领域，具体是一种土工合成材料顶压蠕变试验装置。

背景技术：

土工合成材料的动态蠕变性能的研究与施工设计、工程质量有着密不可分的关系。目前对于土工合成材料蠕变性能的研究实验装置，只有做常规拉伸状态下的蠕变性能测试实验装置，未存在对于土工合成材料在顶压状态下的蠕变性能测试的实验装置。

与本发明相似的产品主要有各种测定土工合成材料蠕变性能的实验装置，主要用于常规拉伸实验、蠕变实验或测试相关蠕变性能的实验，例如中国专利cn107356482a公布了一种测试土工合成材料蠕变性能的试验平台，可以测定土工合成材料在土壤中的蠕变力学特性。此类实验装置实现测定蠕变力学特性条件是在土壤中，是一种典型的拉伸状态下测定土工合成材料蠕变性能的实验装置，但土工合成材料在实际工程中的使用，并不单纯局限在拉伸状态下的应用，目前的实验装置不能测试在顶压条件下，不同顶压块对土工合成材料的蠕变特性。因此，一种可以测定在顶压状态下蠕变特性的实验装置的应用会对土工合成材料的研究带来全新的开拓发展。

针对目前存在的只能测量在常规拉伸状态下蠕变性能的实验装置，本发明可以实现土工合成材料在顶压状态下的蠕变性能实验研究。突破了现有鲜有问津的装置功能，利用本发明通过各类装置的配合处理工作，保证实验过程中各项指标（比如：力的大小、力的方向等）保持一个稳定的度，使实验数据更加精确，极大的减小了误差的产生，并且在实验过程中不需要连接插座，可以保证在断电的情况下依然可以实现数据记录、数据传输、数据存储等功能。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，而提供一种土工合成材料顶压蠕变试验装置，该装置可以研究土工合成材料在不同顶压状态下复杂的作用机制，使用方便、测量精确，不需要在插电源的情况下即可完成长时间的蠕变性能实验测试。

实现本发明目的的技术方案是：

一种土工合成材料顶压蠕变试验装置，包括工作台、悬挂部分、导向部分、夹具部分、控制部分和配重部分；

所述工作台，包括底座、杠杆悬挂架、稳固横梁，两支杠杆悬挂架的下端固定在底座上，稳固横梁固定在两支杠杆悬挂架的上端；

所述悬挂部分，包括杠杆、砝码架、压锤、杠杆夹持器，杠杆夹持器固定在稳固横梁的下表面，杠杆被夹持在杠杆夹持器上，压锤设在杠杆的一端，砝码架设在杠杆的另一端；

所述导向部分，包括顶压块、压力传感器、转力方向器、定向桶、连接杆；连接杆的上端与杠杆连接，下端与转向方向器的上表面连接；转向方向器的下表面与压力传感器的上端连接，压力传感器的下端与顶压块连接，压力传感器的输出线还与控制部分连接，顶压块设在定向桶内，定向桶下方设有压板与定向桶连为一体；

所述夹具部分，包括支架、夹盖，支架设在工作台的底座上，夹盖盖在定向桶下的压板上，将定向桶下的压板通过梅花钉固定在支架上；

所述控制部分，包括数据采集工作站、传感器转接站、电磁固定仪、位移传感器、微机电陀螺仪，电磁固定仪设在夹盖上，位移传感器设在压力传感器上与电磁固定仪连接，位移传感器通过数据线与传感器转接站连接，微机电陀螺仪设在导向部分的连接杆上通过数据线与数据采集工作站连接，传感器转接站通过数据线与数据采集站工作站，传感器转接站通过数据线还与压力传感器连接；

所述配重部分，包括水位调平皿、智能供水泵，水平调平皿设在砝码架的下方与砝码架连接，水位调平皿与智能供水泵通过水管连接，智能供水泵通过数据线与数据采集工作站连接。

所述的杠杆悬挂架，两支杠杆悬挂架的下端竖直对称式固定在底座上。

所述的杠杆夹持器，固定在稳固横梁中心的下表面。

所述的转力方向器，上表面与连接杆活动连接，下表面设有滑槽，滑槽内设有滑轮，通过滑轮与压力传感器连接，转力方向器的长度大于5cm。

所述的定向桶，桶内贴附一层聚四氟乙烯。

所述的支架，为环形的三支腿架，环形中心位于定向桶盖的正下方。

所述的杠杆、砝码架、水位调平皿，由碳纤维材质制成。

所述的微机电陀螺仪，为sis426数字双轴倾角传感器。

所述的传感器转接站，为应变仪。

所述的数据采集工作站，为计算机，计算机为台式计算机或笔记本电脑。

本发明提供的一种土工合成材料顶压蠕变试验装置，该装置设置导向部分，并以聚四氟乙烯加以辅助，使得顶压块在下降过程中不会产生应力集中，进而使得实验数据更加准确；同时添加配重部分，保证实验中力始终保持恒定；本；装置可测定土工合成材料在顶压状态下的蠕变状态，用于研究土工合成材料在顶压状态下的蠕变性能指标，相对现有的测定普通拉伸状态下蠕变性能的实验装置来说是一个全新的设计；具体有如下有益效果：

1、设计合理，测量精确，本装置添加转力方向器的测定系统使顶压块不会产生偏移以及应力集中，进而使实验数据更加准确；

2、采用sis426数字双轴倾角传感器进行角度监测，以保证作用于土工布的力始终保持同一数值，使得测量数据更加准确；

3、使用方便，容易操作，实现各类传感器与整体结构的衔接，并与电脑系统相连接，测试结果会详细显示并记录在电脑工作端；

4、在测试土工合成材料蠕变性能的整个过程中，无需人员在现场看守、记录数据等操作，电脑端会根据实验者设定的记录模式记录并保存测得的各类数据；

5、使用本装置，整个实验过程由少量人即可完成对实验的整套操作，既减少了人力资源，又提高了实验操作效率；

6、本装置拆卸简便，移动方便，使实验数据更加准确，杠杆以及砝码架采用碳纤维材质制作，满足绝大多数实验者在搬运以及测量准确度方面的高要求；

7、本装置解决了其他实验装置在停电情况下无法使用的情况，可以通过更换计算机的电池，长时间在不插计电源情况下使用本装置进行试验。

附图说明

图1为本发明的一种土工合成材料顶压蠕变试验装置的整体结构示意图；

图2为工作台和悬挂部分的结构示意图；

图3为导向部分的结构示意图；

图4为夹具部分的结构示意图；

图5为控制部分和配重部分的结构示意图；

图6为不同形状的可更换的顶压头；

图中，1.工作台2.悬挂部分3.导向部分4.夹具部分5.控制部分6.配重部分1-1.底座7.数据线1-2.杠杆悬挂架1-3.稳固横梁2-1.杠杆2-2.砝码架2-3.杠杆夹持器2-4.压锤3-1.连接杆3-2.转力方向器3-3.压力传感器3-4.顶压块3-5.定向桶盖3-6.压板4-1.支架4-2.夹盖4-3.梅花钉5-1.电磁固定仪5-2.位移传感器5-3.sis426数字双轴倾角传感器5-4.传感器转接站5-5.数据采集工作站6-1.水位调平皿6-2.智能供水泵。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步阐述，但不是对本发明的限定。

如图1所示，一种土工合成材料顶压蠕变试验装置，包括工作台1、悬挂部分2、导向部分3、夹具部分4、控制部分5和配重部分6；

如图2所示，所述工作台1，起到稳定装置整体的作用，包括底座1-1、杠杆悬挂架1-2、稳固横梁1-3，两支杠杆悬挂架1-2的下端固定在底座1-1上，稳固横梁1-3通过螺栓配合螺母固定在两支杠杆悬挂架1-2的上端；

如图2所示，所述悬挂部分2，可在调平之后实现压迫土工布的作用，包括杠杆2-1、砝码架2-2、压锤2-4、杠杆夹持器2-3，杠杆夹持器2-3通过螺栓固定在稳固横梁1-3的下表面，杠杆2-1通过螺栓被夹持在杠杆夹持器2-3上，压锤2-4挂在杠杆2-1有螺旋纹的一端，砝码架2-2设在杠杆的另一端；

如图3所示，所述导向部分3，保持作用于土工合成材料的力一直处于同一竖直方向，包括顶压块3-4、压力传感器3-3、转力方向器3-2、定向桶3-5、连接杆3-1；连接杆3-1的上端与杠杆2-1连接，下端与转向方向器3-2的上表面连接；转向方向器3-2的下表面与压力传感器3-3的上端连接，压力传感器3-3的下端与顶压块3-4连接，压力传感器3-3的输出线还与控制部分5连接，顶压块3-4设在定向桶3-5内，定向桶3-5下方设有压板3-6与定向桶3-5连为一体；

如图4所示，所述夹具部分4，起到固定土工合成材料的作用，包括支架4-1、夹盖4-2，支架4-1设在工作台1的底座1-1上，夹盖4-2盖在定向桶3-5的压板3-6上，将定向桶3-5下的压板3-6通过梅花钉4-3固定在支架4-1上，梅花钉4-3可以保证定向桶3-5下的压板3-6被夹持得更紧；

如图5所示，所述控制部分5，用于数据的采集、处理、保存、输出等，包括数据采集工作站5-5、传感器转接站5-4、电磁固定仪5-1、位移传感器5-2、sis426数字双轴倾角传感器5-3，电磁固定仪5-1设在夹盖4-2上，位移传感器5-2设在压力传感器3-3上与电磁固定仪5-1连接，位移传感器5-2通过vga数据线7与传感器转接站5-4连接，将数据传输至传感器转接站5-5；sis426数字双轴倾角传感器5-3设在导向部分3的连接杆3-1上通过vga数据线7直接与数据采集工作站5-5连接，传感器转接站5-4通过数据线与数据采集站工作站5-5，传感器转接站5-4通过vga数据线7还与压力传感器3-3连接；数据采集站工作站5-5负责分析、处理、保存并输出数据；

如图5所示，所述配重部分6，使土工合成材料的力保持恒定，包括水位调平皿6-1、智能供水泵6-2，水平调平皿6-1设在砝码架2-2的下方与砝码架2-2连接，水位调平皿6-1与智能供水泵6-2通过水管连接，智能供水泵6-2通过vga数据线7与数据采集工作站5-5连接，数据采集工作站5-5通过sis426数字双轴倾角传感器5-3测定的实时角度计算出使压力保持平衡的所需水量，发射一组命令给智能供水泵6-2，智能供水泵6-2喷出一定量的水到水位调平皿6-1，保证实验过程中土工合成材料所受的顶压力一直保持在恒定的数值。

所述的杠杆悬挂架1-2，两支杠杆悬挂架1-2的下端竖直对称式固定在底座1-1上。

所述的杠杆夹持器2-3，固定在稳固横梁1-3中心的下表面。

所述的转力方向器3-2，上表面与连接杆3-1活动连接，下表面设有滑槽，滑槽内设有滑轮，通过滑轮与压力传感器3-3连接，减小压力传感器3-3与转力方向器3-2之间的摩擦，转力方向器3-2的长度大于5cm。

所述的定向桶3-4，桶内贴附一层聚四氟乙烯，使得顶压块3-4在下降过程中不会产生应力集中，进而使得实验数据更加准确。

所述的支架4-1，为环形的三支腿架，起到固定并稳固夹盖的作用，环形中心位于顶压块3-4的正下方。

所述的杠杆2-1、砝码架2-2、水位调平皿6-1，由碳纤维材质制成，使其质量可以忽略不计。

所述的顶压块3-4，可更换如图6所示的不同形状的顶压头。

所述的传感器转接站5-4，为应变仪，用于对结构的任意变形进行动态应变测量。

所述的数据采集工作站5-5，为计算机，计算机为台式或笔记本，采用电源充足的笔记本电脑，可以在断电的情况下完成实验，计算机安装优泰软件驱动与应变仪相对应，安装智能供水泵软件驱动与智能供水泵相对应、安装sis426软件驱动与sis426数字双轴倾角传感器相对应。

本装置的试验方法为：

实施例1

1、使用上述装置测定土工合成材料cbr顶压蠕变性能的试验方法，包括如下步骤：

1-1）调平杠杆

实验前使用杠杆调平仪调平杠杆，将杠杆调平仪放置于杠杆上，调整压锤位置，使杠杆调平仪的小水珠处在调平仪中间位置，即可调平杠杆；

1-2）土工合成材料的固定

土工合成材料拉紧放置于定向桶的压板下方，夹盖盖在定向桶的压板上，将土工合成材料和压板一起，通过梅花钉固定在支架上，梅花钉可以保证定向桶盖被夹持得更紧；

1-3）调整夹具部分的位置

调整夹具部分位置，调整到使定向桶盖的桶口在顶压块的正下方，可以保证顶压块在下压过程中正好进入定向桶盖内；

1-4）数据设置

在计算机中利用安装的软件，在软件内设定各个传感器所测数据的单位、测量间隙、计算公式等等，并开始进行试验；

1-5）增添砝码

按照实验需求砝码重量，小心的将砝码放置于砝码架中央，此时应保证固定工作台不会产生侧倒；

1-6）压力保持

在顶压块下移过程中，因连接杆的偏移，使得连接杆竖直方向上的力减小，减小的力经过计算机的分析，通过智能供水泵喷出一定量的水，来平衡压力在整个实验过程中保持一致。

1-7）试验结果

根据实验所需求时间，计算机一直记录土工合成材料在顶压蠕变过程中的各种数据；

1-8）试验完毕

取下砝码，取下蠕变后的土工合成材料，清理本实验装置，准备下一组实验。

实施例2

2、使用上述装置测定土工合成材料刺破强度的试验方法，包括如下步骤：

2-1）调平杠杆

实验前使用杠杆调平仪调平杠杆，将杠杆调平仪放置于杠杆上，调整压锤位置，使杠杆调平仪的小水珠处在调平仪中间位置，即可调平杠杆；

2-2）土工合成材料的固定

土工合成材料拉紧放置于定向桶盖的下方，夹盖盖在定向桶盖上，将土工合成材料和定向桶盖一起，通过梅花钉固定在支架上，梅花钉可以保证定向桶盖被夹持得更紧；

2-3）调整夹具部分的位置

调整夹具部分位置，调整到使定向桶盖的桶口在顶压块的正下方，可以保证顶压块在下压过程中正好进入定向桶盖内；

2-4）数据设置

在计算机中利用安装的软件，在软件内设定各个传感器所测数据的单位、测量间隙、计算公式等等，并开始进行试验；

2-5）增添砝码

按照实验需求砝码重量，小心的将砝码放置于砝码架中央，此时应保证固定工作台不会产生侧倒；

2-6）压力保持

在顶压块下移过程中，因连接杆的偏移，使得连接杆竖直方向上的力减小，减小的力经过计算机的实时分析，通过智能供水泵喷出一定量的水，来平衡压力在整个实验过程中保持一致。

2-7）试验结果

根据实验所需求时间，计算机一直记录土工合成材料在刺破强度测试过程中的各种数据；

2-8）试验完毕

取下砝码，取下刺破后的土工合成材料，清理本实验装置，准备下一组实验。