一种拉伸条件下土工合成材料等效孔径测试

摘要

本发明涉及一种拉伸条件下土工合成材料等效孔径测试装置，用于测量土工织物在承压状态下的等效孔径，该装置包括：摆动组件、筛座、筛筒及施压组件。筛座内部设置通孔，通孔的中部向内延伸一环形平台，环形平台固定一筛网；筛网具有网孔，筛网具有弹性能被拉伸；土工织物固定在筛网上；筛筒置于土工织物上，筛筒内部设置容置空间，用于盛装实验颗粒；施压组件与筛筒连接，用于对筛筒施加垂直向下的载荷；摆动组件与筛座连接，使筛座进行圆周运动。该测试装置能准确求取在承压情况下土工织物的等效孔径，能更准确的反映土工织物的过滤性能。

说明书

技术领域

本发明涉及环境工程技术领域，特别涉及一种拉伸条件下土工合成材料 等效孔径测试装置。

背景技术

孔径是土工织物水力学特性中的一项重要指标，它反映土工织物的过滤 性能，既可评价土工织物阻止土颗粒通过的能力，又能反映土工织物的透水 性，表征土工织物孔径特征的指标是有效孔径。目前测量有效孔径的方法主 要有干筛法和湿筛法，其中干筛法较为常用测试方法，其测试原理是：用土 工织物试样作为筛布，将已知粒径的标准颗粒材料放在土工织物上面振筛， 称量通过土工织物的标准颗粒材料质量，计算出过筛率，调换不同粒径的标 准颗粒进行试验，由此绘出有效孔径分布曲线，并求出有效孔径值。

织物孔径是反滤设计的重要指标,它决定土工织物的透水性能与保持土颗 粒的能力。保土准则以土工织物孔径与被保护土粒径的关系为判定标准,透水 准则和淤堵准则与孔径间接相关。土工织物孔径是业主、设计、施工和生产 厂家控制质量的重要指标。但目前土工织物孔径的设计参数、产品标准和测 试结果均为未受拉数据,即非工作状态。土工织物实际工作状态以受拉为主, 且为充分发挥土工织物性能,拉应变相对较大,织物孔径将发生变化,严重影响 其反滤性能。

现有技术中使用的测量孔径的振筛实验装置只能测定土工布自然状态下 的等效孔径，而在实际工程运用中的土工布，往往要承受各种土体的压力， 在承压情况下土工布孔径会发生变化，而它的保土渗水性能也将受到极大影 响。

发明内容

本发明提供了一种拉伸条件下土工合成材料等效孔径测试装置，解决了 或部分解决了现有技术中的振筛实验装置只能测定土工布自然状态下的等效 孔径的技术问题，实现了对实际工程运用中的土工布受力状况的模拟，以及 在承压情况下对土工织物等效孔径的准确求取，能更准确的反映土工织物的 过滤性能的技术效果。

本发明提供的一种拉伸条件下土工合成材料等效孔径测试装置，用于测 量土工织物在承压状态下的等效孔径，所述测试装置包括：摆动组件、筛座、 筛筒及施压组件；所述筛座内部设置通孔，所述通孔的中部向内延伸一环形 平台，所述环形平台固定一筛网；所述筛网具有网孔，所述筛网具有弹性能 被拉伸；所述土工织物固定在所述筛网上；所述筛筒置于所述土工织物上， 所述筛筒内部设置容置空间，用于盛装实验颗粒；所述施压组件与所述筛筒 连接，用于对所述筛筒施加垂直向下的载荷；所述摆动组件与所述筛座连接， 使所述筛座进行圆周运动；

其中，所述筛座进行圆周运动带动所述筛筒及施压组件实现圆周运动。

作为优选，所述摆动组件包括：摆动座及电机；所述电机通过偏心轴与 所述摆动座固定连接；所述电机的输出轴旋转带动所述偏心轴进行圆周运动， 进而带动所述摆动座实现圆周运动；

所述筛座的底部固定在所述摆动盘上，能跟随所述摆动座实现圆周运动。

作为优选，所述施压组件包括：压紧螺钉、横档及多根紧固杆；

所述多根紧固杆竖直设置，底部与所述筛座固定；所述紧固杆上设置有 刻度；

所述横档的多个端部对应穿套在多根所述紧固杆上，能相对所述紧固杆 上下滑动；所述横档的多个端部设置锁紧部件，所述锁紧部件能将所述横档 锁定在所述紧固杆的设定位置；

所述压紧螺钉与所述横档通过螺纹连接固定，拧动所述压紧螺钉实现对 所述筛筒施压。

作为优选，所述筛网由多根弹簧丝纵横交错固定而成；所述筛网的面积 大于所述筛筒的外径；所述多根弹簧丝之间形成多个网孔，所述网孔的孔径 大于所述实验颗粒的直径；

所述环形平台上均布多个紧固螺钉，所述土工织物通过所述紧固螺钉紧 贴固定在所述筛网上；

其中，将所述筛筒的底部置于所述筛网及土工织物上；所述施压组件对 所述筛筒施加竖直向下的压力，使所述筛网及土工织物被拉伸后产生下凹的 形变，继而实现所述土工织物面积的增加及孔径的变化。

作为优选，所述测试装置还包括：接收盘、筛盖、底座及导电片；

所述接收盘设置在所述筛网的下方，用于盛装穿过所述土工织物及筛网 的实验颗粒；

所述筛盖与所述筛筒固定，将所述筛筒通孔的顶部密封；

所述底座固定在地面，所述电机的外壳与所述底座固定连接；所述摆动 座水平设置在所述底座上方；

所述导电片与所述筛座及筛筒固连，用于消除实验时所述筛筒内所述实 验颗粒摩擦产生的静电。

作为优选，所述筛筒的内径为200mm；所述筛座环形平台的内径大于 200mm。

本申请实施例中提供的技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

通过设置摆动组件、通孔中部设置有弹性筛网的筛座、筛筒以及能对筛 筒施加竖直下压力的施压组件，实验时，将面积大于筛网的土工织物紧贴固 定在筛网上，将筛筒放置在土工织物及弹性筛网上，并将设定标准尺寸的实 验颗粒放入筛筒内部，通过施压组件对筛筒施加竖直向下的压力，由于筛网 具有弹性能被拉伸，且筛网及土工织物被拉伸后产生下凹的形变，继而实现 土工织物面积的增加及土工织物内的孔径发生变化，这样实现了对实际工程 运用中的土工织物受力状况的模拟。通过摆动组件使筛座、筛筒及施力组件 进行圆周往复运动，即实现了实验颗粒在土工织物上的振筛效果。该测试装 置能准确测量在承压情况下土工织物的等效孔径，能更准确的反映土工织物 的过滤性能，即能准确评价土工织物阻止土颗粒通过的能力和透水性。

附图说明

图1为本申请实施例提供的拉伸条件下土工合成材料等效孔径测试装置 的结构示图。

图2为本申请实施例提供的筛座环形平台与筛网的结构俯视图。

(图中各标号代表的部件依次为：1紧固杆、2锁紧部件、3筛盖、4筛 筒、5筛座、6摆动座、7底座、8土工织物、9筛网、10横档、11压紧螺钉、 12电机、13紧固螺钉)

具体实施方式

本发明提供了一种拉伸条件下土工合成材料等效孔径测试装置，解决了 或部分解决了现有技术中的振筛实验装置只能测定土工布自然状态下的等效 孔径的技术问题，通过施压组件对筛筒施加竖直向下的压力，由于筛网具有 弹性能被拉伸，且筛网及土工织物被拉伸后产生下凹的形变，实现了对实际 工程运用中的土工布受力状况的模拟，使该测试装置能准确求取在承压情况 下土工织物的等效孔径，进而更准确的反映土工织物的过滤性能。

下面结合附图对本发明进行进一步详细描述：

参见附图1，本发明提供的一种拉伸条件下土工合成材料等效孔径测试装 置，用于测量土工织8在承压状态下的等效孔径，该测试装置包括：摆动组 件、筛座5、筛筒4及施压组件；筛座5内部设置通孔，通孔的中部向内延伸 一环形平台，环形平台固定一筛网9；筛网9具有网孔且筛网具有弹性能被拉 伸，拉伸后筛网9的表面积增大；土工织物8固定在筛网9上；筛筒4置于 土工织物8上，筛筒4内部设置容置空间，用于盛装实验颗粒；施压组件与 筛筒4连接，用于对筛筒4施加垂直向下的载荷；摆动组件与筛座5连接， 使筛座5进行圆周运动。

其中，筛座5进行圆周运动带动筛筒4及施压组件实现圆周运动。实验 时，先将筛筒4的底部紧贴固定在筛网9及土工织物8上，将设定重量及设 定尺寸的实验颗粒从筛筒4上方放入筛筒4内，保证实验颗粒均匀地撒在土 工织物8的表面上，通过施压组件对筛筒4施加设定的压力，使得弹性筛网9 和土工织物8被拉伸，且筛网9及土工织物8被拉伸后产生下凹的形变，继 而实现土工织物8面积的增加及土工织物8内的孔径发生变化，这样实现了 对实际工程运用中的土工织物8受力状况的模拟。

进一步的，摆动组件包括：摆动座6及电机12；电机12通过偏心轴与摆 动座6固定连接；电机12的输出轴旋转带动偏心轴进行圆周运动，进而带动 摆动座6实现圆周运动；筛座5的底部固定在摆动盘6上，能跟随摆动座6 实现圆周运动，该摆动座6进行圆周运动时的回转半径等偏心轴的偏心距， 作为一种优选的实施例，该摆动座6的回转半径为12mm。

进一步的，施压组件包括：压紧螺钉11、横档10及多根紧固杆1；多根 紧固杆1竖直设置，底部与筛座5固定；紧固杆1上设置有刻度，通过不同 刻度对应不同的下压力，能求取土工织物8在不同受力状况下的等效孔径。 横档10的多个端部对应穿套在多根紧固杆1上，能相对紧固杆1上下滑动； 横档10的多个端部设置锁紧部件2，锁紧部件2能将横档10锁定在紧固杆1 的设定位置；压紧螺钉11通过螺纹连接固定在横档10上，压紧螺钉11底部 固定一个垫板，拧动压紧螺钉11能实现对筛筒4施压，实验时，实验人员先 记录筛筒4不受压力的情况下，压紧螺钉11对应在紧固杆1上的刻度值，之 后拧动压紧螺钉11对筛筒4施加一个向下的压力，筛筒4下移到设定位置后， 记录此时压紧螺钉11对应在紧固杆1上的刻度值，两个刻度值之差即为筛筒 4的压下位移量。通过改变筛筒4的压下位移量，进行多次振筛实验，即能确 定土工织物8在不同受力状况下的等效孔径。

进一步的，筛网9由多根弹簧丝纵横交错固定而成；筛网9的面积大于 筛筒4的外径；多根弹簧丝之间形成多个网孔，网孔的孔径大于实验颗粒的 直径；一般实验颗粒为标准粒径，根据粒径的范围可以分为十组，分别是： 0.045～0.063mm、0.063～0.071mm、0.071～0.090mm、0.090～0.125mm、 0.125～0.180mm、0.180～0.250mm、0.250～0.280mm、0.280～0.355mm、 0.355～0.500mm、0.500～0.710mm。筛网9的网孔远大于以上标准粒径材料的 粒径上限值，保证实验过程中从土工织物8筛下的实验颗粒能顺利从筛网9 通过。

进一步的，筛座5的环形平台上均布多个紧固螺钉13，土工织物8通过 紧固螺钉13紧贴固定在筛网9上；实验时，将筛筒4的底部置于筛网9及土 工织物8上；施压组件对筛筒4施加竖直向下的压力，由于筛网9具有弹性， 多跟弹簧丝被拉伸后产向下的凹陷，同时土工织物8的四周被紧固螺钉13固 定住，土工织物8的产生下凹的形变，使的土工织物8被拉伸，继而实现土 工织物8面积的增加及孔径的变化。

进一步的，该测试装置还包括：接收盘、筛盖3、底座7及导电片；接收 盘设置在筛网9的下方，用于盛装穿过土工织物8及筛网9的实验颗粒；筛 盖3与筛筒4固定，将筛筒4通孔的顶部密封，防止实验过程中，实验颗粒 从筛筒4的顶部弹出，继而引起测量误差，导致测量结果不准。底座7固定 在地面，电机12的外壳与底座7固定连接；摆动座6水平设置在底座7上方； 导电片与筛座5及筛筒4固连，用于消除实验时筛筒4内实验颗粒摩擦产生 的静电，静电从筛筒4通过导电片流向筛座5继而流向摆动座6及底座7，最 终引入地面。

进一步的，筛筒4的内径为200mm；筛座5环形平台的内径大于200mm， 作为一种优选的实施例，筛座5环形平台的内径为300mm，及筛网9的直径 为300mm，将土工织物8的式样设置呈圆形，直径为350mm。

下面通过具体实施例对该拉伸条件下土工合成材料等效孔径测试装置的 测量原理和各个部件的工作方式进行详细说明：

将该拉伸条件下土工合成材料等效孔径测试装置的具体结构设置为：电 机12固定在底座7上，摆动座6水平设置在底座7的上方，电机12与摆动 座6之间通过偏心距为12mm的偏心轴固定连接，电机12通过导线外接一个 控制箱，控制箱上设置电机开关按钮及时间模块，打开电机开关按钮，时间 模块控制电机工作10min钟后切断电机工作电路，电机停止工作。摆动座6 上固定筛座5，摆动座6的运动频率为220次/min，即该振筛实验装置的振筛 频率为220次/min。筛座5通孔中部的环形平台的内径为300mm，将直径为 350mm的圆形土工布通过紧固螺钉13固定在环形平台上，将内径为200mm 的筛筒4放置在土工布及筛网9上，将接收盘放置在筛网9下方，正对筛筒4。 筛筒4的上方固定筛盖3，三根紧固杆1的底部固定在筛座5上，具有三个分 支的横档10固定在紧固杆1上，横档10三个分支端部的锁紧部件2套设在 紧固杆1上，横档10上方设置压紧螺钉11，压紧螺钉11的底部固连垫板， 拧动压紧螺钉11能实现对筛盖3及筛筒4施压。

实验时，压下横档10使压紧螺钉11底部的垫板按压在筛盖3上，实验 人员先记录筛筒4不受压力的情况下，压紧螺钉11对应在紧固杆1上的刻度 值，之后拧动压紧螺钉11对筛筒4施加一个向下的压力，筛筒4下移到设定 位置后，记录此时压紧螺钉11对应在紧固杆1上的刻度值，两个刻度值之差 即为筛筒4的压下位移量，将粒径范围为0.071～0.090mm的标准砂粒作为实 验颗粒，使用称重部件称取50g实验颗粒从筛筒4的顶部将其均匀的撒在土 工织物8的表面上，打开控制箱上电机开关按钮，该测试装置振筛10min中 后停止工作，实验人员称量接收盘上实验颗粒的过筛重量，通过过筛重量可 以确定土工布试样的过筛率。更换不同试样，控制不同的横档10压下位移量 进行重复实验，可以得出在不同受力状况下土工布试样的过筛率。

本申请实施例中提供的技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

通过设置摆动组件、通孔中部设置有弹性筛网9的筛座5、筛筒4以及能 对筛筒4施加竖直下压力的施压组件，实验时，将面积大于筛网9的土工织 物8紧贴固定在筛网9上，将筛筒4放置在土工织物8及弹性筛网9上，并 将设定标准尺寸的实验颗粒放入筛筒4内部，通过施压组件对筛筒4施加竖 直向下的压力，由于筛网9具有弹性能被拉伸，且筛网9及土工织物8被拉 伸后产生下凹的形变，继而实现土工织物8面积的增加及土工织物8内的孔 径发生变化，这样实现了对实际工程运用中的土工织物8受力状况的模拟。 通过摆动组件使筛座5、筛筒4及施力组件进行圆周往复运动，即实现了实验 颗粒在土工织物8上的振筛效果。该测试装置能准确测量在承压情况下土工 织物8的等效孔径，能更准确的反映土工织物8的过滤性能，即能准确评价 土工织物8阻止土颗粒通过的能力和透水性。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行 了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而 已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、 等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。