一种土工合成材料多功能水力性能试验装置及其使用方法与流程

本发明涉及土工合成材料水力性能试验检测技术领域，具体涉及一种土工合成材料多功能水力性能试验装置及其使用方法。

背景技术：

随着石油化工业、新材料业的飞速发展，不同功能、不同用途的新型土工合成材料不断涌现，新品种的应用进一步推动了土工合成材料的发展。至今土工合成材料已广泛应用于铁路、公路、建筑、水利、隧道、港口等各个领域。

土工织物作为反滤材料已经得到了广泛的应用.其最大的优点是具有较大的抗拉强度，能有效防止渗流溢出区的渗透变形，针刺无纺织物和有纺织物的孔径及孔距能较精确设定、渗透系数能够很好地控制在各个数量级范围内，以适应不同土质的反滤需要。但土工织物的渗透特性测试所用的仪器多为各家自制，到目前为止尚无合适的仪器。

在地基加固工程中，土工合成材料的塑料排水板使用非常多，塑料排水板由芯板和滤膜组成.在地基加固中起排水作用，纵向通水量是塑料排水板性能的主要控制指标之一，其成果是否准确关系到能否正确反映排水板的实际通水性能。纵向通水量是在一定的侧向压力条件下、单位水力梯度、单位时间沿塑料排水板纵向通过的水量。通水量仪是塑料排水板纵向通水量的专用测试设备.不同类型通水量仪在通水方向、侧向压力施加方法及水力梯度的控制方面有其不同的特点，对塑料排水板纵向通水量检测结果的影响程度也不尽相同。

目前，通水量的检测一般均按国家行业标准《水运工程塑料排水板应用技术规程》(jts206-1-2009)上所示的通水量试验装置测定塑料排水板通水量。但在实际工作中经常碰到同一规格型号排水板的通水量测定值存在很大差异。究其原因主要是标准上所示的装置在测定时直接用供水箱与出水口的水位差设定排水板内的水力梯度，未考虑供水管路水头损失的影响，板内实际水力梯度并非设定值。而供水管路水头损失随管路长度、管径、管材等因素而变化，故所测得的通水量并不相同，其试验检测的结果准确性也无法保障。

为了解决上述问题，我们做出了一系列改进。

技术实现要素：

本发明的目的在于，提供一种土工合成材料多功能水力性能试验装置及其使用方法，以克服现有技术所存在的上述缺点和不足。

一种土工合成材料多功能水力性能试验装置，包括：测试平台、试验模块接口、更换连接件和试验模块，所述测试平台与试验模块接口连接，所述试验模块接口通过更换连接件与试验模块连接；

其中，所述试验模块包括：垂直渗透装置和纵向通水量试验装置。

进一步，所述更换连接件包括：进水口、进水管道和固定口，所述进水管道一端与进水口尾端连接，所述进水管道另一端与垂直渗透装置连接，所述固定口与进水口的头部和试验模块接口连接；所述垂直渗透装置包括：容器、下层水介质、试样座、上层水介质、溢流板和垂直渗透测水口，所述容器为上下两层结构，所述下层水介质设于容器下层结构内，所述容器的下层结构与进水管道连接，所述上层水介质设于容器上层结构内，所述试样座设于上层水介质内，所述溢流板固定于容器的上层结构上，所述垂直渗透测水口与容器的上层结构外侧连接。

进一步，所述更换连接件包括：进水口、进水管道和凹槽卡扣，所述进水管道一端与进水口尾端连接，所述进水管道另一端与纵向通水量试验装置连接，所述凹槽卡扣与进水口包裹连接，所述凹槽卡扣通过凹槽与试验模块接口连接；所述纵向通水量试验装置包括：底架、试验仓、试样固定座、试样仓盖板、压紧螺栓、试样压紧杆、进气口、空气介质和纵向通水量测水口，所述试验仓底端与底架连接，所述试样固定座固定于试验仓两端，所述试样仓盖板通过压紧螺栓与试验仓顶端连接，所述试样压紧杆与试样固定座连接，所述进气口与试验仓顶端连接，所述空气介质设于试验仓内，所述纵向通水量测水口与试验仓尾端连接。

进一步，所述测试平台包括：机架、升降装置、水头、手轮和控制装置，所述升降装置与水头连接，所述手轮与升降装置连接，所述水头和控制装置设于机架上，所述水头与试验模块接口连接。

一种土工合成材料多功能水力性能试验装置的使用方法，包括：

步骤1：注水，向测试平台注入试验用水，调节水温；

步骤2：连接模块，将试验模块与测试平台进行连接；

步骤3：取出附件，从试验模块取出附件；

步骤4：准备试样，剪取土工织物试样，在试样下方放上一张金属网，在土工织物上放上随机橡胶垫圈备用；

步骤5：试样安装，打开控制装置电源，打开水泵开关，向试验模块注水，将备好的试样放入试验模块内；

步骤6：调节水位，调节水泵流量，观察水头的水位管变化，通过手轮，调节水位差开始试验；

步骤7：清理善后，试验结束后，拆下试样，开始第二组试验至试验完全结束后，清理试验模块，橡胶圈等取出放在阴凉地放晾干以备下次在用、把试验模块中的水渍擦试干净；

步骤8：更换试验种类，更换试验模块按照步骤1至步骤8继续试验。

本发明的有益效果：

本发明与传统技术相比，针对现有土工合成材料水力性能试验中的不足和缺点，研发设计一台模块化理念的土工合成材料多功能水力性能试验仪，可开展多项土工合成材料水力性能试验，并且可通过模块扩展其他水力性能试验，并在设计理念中加入节能环保的水循环系统，提高试验检测准确性的平面溢流系统和大管道系统，使该发明具有一机多用，安装、拆卸、操作方便，节能环保，占地空间少等特点；同时，对传统的连接口进行了改进，通过设计一种可更换连接件，针对具体的试验模块的接口水位压力、连接高度、连接方式等要求进行设计，保证了不同的试验模块的工作稳定性。

附图说明：

图1为测试平台的结构示意图。

图2为垂直渗透装置的结构示意图。

图3为纵向通水量试验装置的结构示意图。

图4为垂直渗透装置的使用状态图。

图5为纵向通水量测水口的使用状态图。

附图标记：

测试平台100、机架110、升降装置120、水头130、手轮140和控制装置150。

试验模块接口200、更换连接件300、进水口310、进水管道320、固定口330和凹槽卡扣340。

试验模块400、垂直渗透装置410、容器411、下层水介质412、试样座413、上层水介质414、溢流板415和垂直渗透测水口416。

纵向通水量试验装置420、底架421、试验仓422、试样固定座423、试样仓盖板424、压紧螺栓425、试样压紧杆426、进气口427、空气介质428和纵向通水量测水口429。

试样500。

具体实施方式

以下结合具体实施例，对本发明作进步说明。应理解，以下实施例仅用于说明本发明而非用于限定本发明的范围。

图1为测试平台的结构示意图。图2为垂直渗透装置的结构示意图。图3为纵向通水量试验装置的结构示意图。图4为垂直渗透装置的使用状态图。图5为纵向通水量测水口的使用状态图。

实施例1

如图1、图2和图3所示，一种土工合成材料多功能水力性能试验装置，包括：测试平台100、试验模块接口200、更换连接件300和试验模块400，测试平台100与试验模块接口200连接，试验模块接口200通过更换连接件300与试验模块400连接；

其中，试验模块400包括：垂直渗透装置410和纵向通水量试验装置420。

更换连接件300包括：进水口310、进水管道320和固定口330，进水管道320一端与进水口310尾端连接，进水管道320另一端与垂直渗透装置410连接，固定口330与进水口310的头部和试验模块接口200连接；垂直渗透装置410包括：容器411、下层水介质412、试样座413、上层水介质414、溢流板415和垂直渗透测水口416，容器411为上下两层结构，下层水介质412设于容器411下层结构内，容器411的下层结构与进水管道320连接，上层水介质414设于容器411上层结构内，试样座413设于上层水介质414内，溢流板415固定于容器411的上层结构上，垂直渗透测水口416与容器411的上层结构外侧连接。

更换连接件300包括：进水口310、进水管道320和凹槽卡扣340，进水管道320一端与进水口310尾端连接，进水管道320另一端与纵向通水量试验装置420连接，凹槽卡扣340与进水口310包裹连接，凹槽卡扣340通过凹槽与试验模块接口200连接；纵向通水量试验装置420包括：底架421、试验仓422、试样固定座423、试样仓盖板424、压紧螺栓425、试样压紧杆426、进气口427、空气介质428和纵向通水量测水口429，试验仓422底端与底架421连接，试样固定座423固定于试验仓422两端，试样仓盖板424通过压紧螺栓425与试验仓422顶端连接，试样压紧杆426与试样固定座423连接，进气口427与试验仓422顶端连接，空气介质428设于试验仓422内，纵向通水量测水口429与试验仓422尾端连接。

测试平台100包括：机架110、升降装置120、水头130、手轮140和控制装置150，升降装置120与水头130连接，手轮140与升降装置120连接，水头130和控制装置150设于机架110上，水头130与试验模块接口200连接。

一种土工合成材料多功能水力性能试验装置的使用方法，包括：

步骤1：注水，向测试平台100注入试验用水，调节水温；

步骤2：连接模块，将试验模块400与测试平台100进行连接；

步骤3：取出附件，从试验模块400取出附件；

步骤4：准备试样500，剪取土工织物试样，在试样500下方放上一张金属网，在土工织物上放上随机橡胶垫圈备用；

步骤5：试样500安装，打开控制装置150电源，打开水泵开关，向试验模块400注水，将备好的试样500放入试验模块400内；

步骤6：调节水位，调节水泵流量，观察水头130的水位管变化，通过手轮140，调节水位差开始试验；

步骤7：清理善后，试验结束后，拆下试样500，开始第二组试验至试验完全结束后，清理试验模块400，橡胶圈等取出放在阴凉地放晾干以备下次在用、把试验模块400中的水渍擦试干净；

步骤8：更换试验种类，更换试验模块400按照步骤1至步骤8继续试验。

传统的水利性能试验需要使用特定的装置做特定的试验，且这些试验机械参数不固定，无法调节。在这样的背景下，本发明的主要创新：首先就是将其功能一体化，其方式是通过将试验结构模块化：垂直渗透装置410和纵向通水量试验装置420，通过一个可更换可调节的测试平台100实现多功能的试验测试。

本发明的使用方法如下：

如图4所示，开展土工合成材料垂直渗透试验。向测试平台100注入试验用水，调节水温。将垂直渗透装置410与测试平台100进行连接，并通过进水口310连接水位管。

拧开容器411内的压紧螺圈，取出附件。准备试样：剪取土工织物试样，在试样500下方放上一张金属网，在土工织物上放上随机橡胶垫圈备用。试样安装：打开控制装置150电源，打开水泵开关，向容器411中加水到容器出水口，将备好的试样放入渗透容器内，用拧上压紧螺圈。调节水泵流量调节旋钮，观察水位管变化，缓缓调节水位调节系统手轮140，调节水位差开始试验。

试验结束后，拆下试样500，开始第二组试验至试验完全结束后，清理模块，橡胶圈等取出放在阴凉地放晾干以备下次在用、把模块中的水渍擦试干净。

垂直渗透装置410与测试平台100组合在一起可完成《土工布及其有关产品无负荷时垂直渗透特性的测定》(gb/t15789-2016)及相关行业标准规范要求的无负荷时垂直渗透试验。测试平台100主要功能为试验提供稳定的水头、收集试验用水并过滤循环，确保试验水质符合试验要求及试验水头的稳定，测试平台100可通过泵速调节和水头手柄调节来控制水头，垂直渗透装置410通过优化更换连接件300，通过固定口330使进水口310与试验模块接口200连接，形成试验要求的水头系统，这样就满足了垂直渗透装置410的所测得的通水量是相同的，其试验检测的结果准确性也得到了保障。

如图5所示，开展塑料排水板纵向通水量试验。向测试平台100注入试验用水，调节水温。

将纵向通水量试验装置420与测试平台100进行连接，并通过进水口310连接水位管、通过进气口427连接气管。

打开纵向通水量试验装置420上的试样仓盖板424，取出附件。

准备试样：用乳胶膜将预先准备的排水板试样500包上，在乳胶膜外在放入四只o型密封圈，密封圈尽量往中间放，把乳胶膜两侧同时向中间翻，在排水板外面两侧各套上一只o型密封圈。

试样安装：拿出纵向通水量试验装置420里的试样固定座423，将排水板一头插入试样固定座423里面，只把排水板和外层滤膜插入试样固定座423里面，将排水板上的o型圈移向固定块槽口，把乳胶膜翻过来包在固定块外，把乳胶膜外的o型圈移到试样固定座423外面的槽上压在乳胶膜上，把试样固定座423放在仪器上，用两根试样压紧杆426把试样固定座423固定在纵向通水量试验装置420上，用同样的方法安装另一头，安装完试样500后，盖上容器上试样仓盖板424拧紧压紧螺栓425。

打开控制装置150电源，调节控制箱上的气压调节阀，向容器内缓缓加压，调节水位差开始试验。

试验结束后，先关闭水泵，待水头容器里面没水时再调整气压调节阀，使试验仓422压力缓缓下降，等气压完全放完后，打开容器上试样仓盖板424，拆下试样500，开始第二组试验至试验完全结束后，清理模块，把乳胶膜、o型圈等取出放在阴凉地放晾干以备下次在用、把模块中的水渍擦试干净。

纵向通水量试验装置420与测试平台100组合在一起可完成《水运工程塑料排水板应用技术规程》(jts206-1-2009)及其他相关行业标准规范要求的塑料排水板(带)的纵向通水量试验。测试平台100主要功能为试验提供稳定的水头、收集试验用水并过滤循环及加压系统。纵向通水量试验装置420通过更换连接件300，通过凹槽卡扣340使得进水口310可与试验模块接口200连接，并采用大管道系统降低试验水头损失，提高试验精度，这样就满足了纵向通水量试验装置420的所测得的通水量是相同的，其试验检测的结果准确性也得到了保障，而凹槽卡扣340设计就是为了满足大管道系统进行改良的。经过改进的模块化后的纵向通水量试验装置420采用了可拆卸的试样固定座423，针对不同宽度的样品可更换相应试样固定座以满足试验要求。

以上对本发明的具体实施方式进行了说明，但本发明并不以此为限，只要不脱离本发明的宗旨，本发明还可以有各种变化。