一种考虑渗流作用的土工合成材料拉拔试验装置及方法

本发明涉及岩土工程试验，具体涉及一种考虑渗流作用的土工合成材料拉拔试验装置及方法。

背景技术：

1、土工合成材料，如土工格栅、土工织物等，因其良好的加筋、防护、排水等功能，被广泛应用于加筋土挡墙、路基边坡、堤坝等工程中。筋土界面摩擦特性是加筋土结构设计的关键参数，通常通过室内拉拔试验确定。

2、然而，在许多实际工程中，如库岸边坡、河堤、雨季中的路基等，加筋土结构长期处于地下水或降雨入渗形成的渗流场中。渗流不仅会改变土体的有效应力，还会对筋材产生拖曳力，显著改变筋土界面的力学行为。研究表明，与干燥或静态状态相比，在渗流作用下，筋土界面的表观摩擦系数可能发生显著变化，其折减幅度可达15%至50%甚至更高，具体取决于土体类型、密实度及水力梯度。传统的拉拔试验装置仅在干燥或无水力梯度的静态浸水条件下进行，完全无法模拟并量化渗流这一关键因素，导致其测试结果系统性高估了实际渗流环境下的界面强度，与工程实际情况存在重大偏差。

3、因此，现有技术有待改进。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是传统拉拔试验装置无法模拟渗流场的问题，目的在于提供一种考虑渗流作用的土工合成材料拉拔试验装置及方法，采用对应的技术手段，具有模拟效果好的优点。

2、本发明通过下述技术方案实现：

3、第一方面，本发明提供一种考虑渗流作用的土工合成材料拉拔试验装置，其包括，

4、模型箱系统，所述模型箱系统包括用于容纳填料和土工合成材料的模型箱体，所述模型箱体包含至少一个透明侧壁；

5、钢架反力系统，所述钢架反力系统设置于所述模型箱体的顶部，所述钢架反力系统连接有对填料施加加载力的加载板；

6、水平拉拔系统，所述水平拉拔系统包括水平作动器，所述水平作动器设置有拉杆，所述拉杆和所述土工合成材料连接；

7、渗流模拟系统，所述渗流模拟系统包括供水单元、进水腔和出水腔，所述进水腔和所述出水腔分别设置于所述模型箱体的两侧并与所述模型箱体连通，所述供水单元向所述进水腔提供水源。

8、进一步的，在本发明中，上述所述模型箱体的侧壁设置有槽口，所述土工合成材料的一端从所述槽口伸出与所述拉杆连接。

9、进一步的，在本发明中，上述所述模型箱体于所述槽口内侧壁设置有柔性防漏填料套筒，所述柔性防漏填料套筒包括与所述模型箱体连接的夹板，所述夹板设置有柔性橡胶夹片，两个所述柔性橡胶夹片夹持所述土工合成材料。

10、进一步的，在本发明中，上述所述拉杆连接有夹具，所述夹具包括夹棒、环绕夹持器和安装板，所述安装板与所述拉杆连接，所述环绕夹持器的截面为月牙形，所述环绕夹持器与所述安装板连接且所述环绕夹持器的凸弧形侧和所述安装板之间插入所述土工合成材料，所述土工合成材料绕至所述环绕夹持器的凹弧形侧被所述夹棒固定。

11、进一步的，在本发明中，上述所述夹棒设置有与所述环绕夹持器固定连接的螺钉。

12、进一步的，在本发明中，上述所述供水单元包括恒压水泵，所述恒压水泵连接有进水管，所述进水管的出水端插入所述进水腔内，所述进水管依次设置有恒压罐、第一压力传感器和第一流量计。

13、进一步的，在本发明中，上述所述模型箱体的侧壁设置有与所述进水腔连接的第一透水石墙和与所述出水腔连接的第二透水石墙，所述进水腔设置有第一水压调节活塞，所述出水腔设置有第二水压调节活塞，通过调节所述第一水压调节活塞、所述第二水压调节活塞高低位置实现所述进水腔、所述出水腔在竖直方向上的独立水位高度调节。

14、进一步的，在本发明中，上述所述模型箱体的顶部设置有反力架，所述钢架反力系统包括设置于所述反力架的竖向作动器，所述竖向作动器的底部设置有球形铰链，所述球形铰链与所述加载板连接。

15、进一步的，在本发明中，上述所述出水腔的底部连接出水管，所述出水管依次设置有第二流量计、第二压力传感器。

16、第二方面，本发明提供一种试验方法，其包括所述的考虑渗流作用的土工合成材料拉拔试验装置，还包括以下方法，

17、装置组装准备：清理并组装模型箱系统、钢架反力系统、水平拉拔系统、渗流模拟系统各部件，完成管路、夹具、防漏填料套筒的固定与密封检查；

18、填料分层填筑压实：向模型箱体填装试验填料，采用人工压实至预设压实度，确保土工合成材料与填料密实；

19、土工合成材料固定：将土工合成材料穿设防漏填料套筒，一端通过夹棒、环绕夹持器与水平拉杆紧固，微调至张紧状态；

20、稳定渗流场建立：调节进水腔的第一水压调节活塞和出水腔的第二水压调节活塞至预设高度，启动恒压水泵在填料中形成稳定的渗流场；

21、水平拉拔与数据采集：启动水平作动器对土工合成材料进行拉拔，同时数据采集与控制系统同步记录拉拔力、位移、渗流压力及流量数据，根据记录的力-位移曲线及渗流参数，分析渗流作用对筋土界面摩擦特性的影响。

22、本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

23、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

24、本发明设置了独立的渗流模拟系统，通过调节进水腔和出水腔的水位高度，能够精准模拟不同水力梯度的渗流场，填补了传统拉拔试验无法模拟渗流作用的空白，使测试结果更贴合工程实际。本考虑渗流作用的土工合成材料拉拔试验装置不仅能够实时控制和调节模型箱体内的渗流边界条件，还可以精准控制水力梯度，实现水-力耦合复杂应力状态下筋土界面相互作用的模拟，还能够反映不同渗流条件对筋土界面摩擦特性的影响程度；本拉拔装置可更加真实地反映处于地下水或降雨入渗环境下加筋土结构的实际情况，适应库岸边坡、浸水路堤等不同工程类型的需求，从而提高试验结果的可靠性和适用性，对相关科学研究和工程实践都具有重要意义。

25、并且，本发明的夹具采用月牙形环绕夹持结构，配合螺钉紧固，可实现土工合成材料的牢固夹持，避免拉拔过程中出现打滑和应力集中现象，保证试验数据的准确性。同时，柔性防漏填料套筒的设置，有效防止了填料泄漏，保证了试验的稳定性。

1.一种考虑渗流作用的土工合成材料拉拔试验装置，其特征在于，包括，

2.根据权利要求1所述的考虑渗流作用的土工合成材料拉拔试验装置，其特征在于，所述模型箱体的侧壁设置有槽口，所述土工合成材料（4）的一端从所述槽口伸出与所述拉杆（2）连接。

3.根据权利要求2所述的考虑渗流作用的土工合成 材料拉拔试验装置，其特征在于，所述模型箱体于所述槽口内侧壁设置有柔性防漏填料套筒（6），所述柔性防漏填料套筒（6）包括与所述模型箱体连接的夹板（6a），所述夹板（6a）设置有柔性橡胶夹片（6b），两个所述柔性橡胶夹片（6b）夹持所述土工合成材料（4）。

4.根据权利要求1所述的考虑渗流作用的土工合成材料拉拔试验装置，其特征在于，所述拉杆（2）连接有夹具（3），所述夹具（3）包括夹棒（3a）、环绕夹持器（3b）和安装板（3c），所述安装板（3c）与所述拉杆（2）连接，所述环绕夹持器（3b）的截面为月牙形，所述环绕夹持器（3b）与所述安装板（3c）连接且所述环绕夹持器（3b）的凸弧形侧和所述安装板（3c）之间插入所述土工合成材料（4），所述土工合成材料（4）绕至所述环绕夹持器（3b）的凹弧形侧被所述夹棒（3a）固定。

5.根据权利要求4所述的考虑渗流作用的土工合成材料拉拔试验装置，其特征在于，所述夹棒（3a）设置有与所述环绕夹持器（3b）固定连接的螺钉（19）。

6.根据权利要求1所述的考虑渗流作用的土工合成材料拉拔试验装置，其特征在于，所述供水单元包括恒压水泵（16），所述恒压水泵（16）连接有进水管（13），所述进水管（13）的出水端插入所述进水腔（17）内，所述进水管（13）依次设置有恒压罐（15）、第一压力传感器（12）和第一流量计（11）。

7.根据权利要求6所述的考虑渗流作用的土工合成材料拉拔试验装置，其特征在于，所述模型箱体的侧壁设置有与所述进水腔（17）连接的第一透水石墙（18）和与所述出水腔（22）连接的第二透水石墙（21），所述进水腔（17）设置有第一水压调节活塞（14），所述出水腔（22）设置有第二水压调节活塞（5），通过调节所述第一水压调节活塞（14）、所述第二水压调节活塞（5）高低位置实现所述进水腔（17）、所述出水腔（22）在竖直方向上的独立水位高度调节。

8.根据权利要求1所述的考虑渗流作用的土工合成材料拉拔试验装置，其特征在于，所述模型箱体的顶部设置有反力架（7），所述钢架反力系统包括设置于所述反力架（7）的竖向作动器（9），所述竖向作动器（9）的底部设置有球形铰链（10），所述球形铰链（10）与所述加载板（8）连接。

9.根据权利要求1所述的考虑渗流作用的土工合成材料拉拔试验装置，其特征在于，所述出水腔（22）的底部连接出水管，所述出水管依次设置有第二流量计（23）、第二压力传感器（24）。

10.一种试验方法，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的考虑渗流作用的土工合成材料拉拔试验装置，还包括以下方法，