CN104034306A - 垃圾填埋场下卧土体局部沉陷及衬垫变形试验箱 - Google Patents

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冯世进
仲秋月
冯东阳
钱轶钧
陆世锋
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    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N3/08—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying steady tensile or compressive forces
    • G01N3/10—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying steady tensile or compressive forces generated by pneumatic or hydraulic pressure
    • G01N3/12—Pressure testing

Abstract

本发明属岩土工程技术领域，具体涉及一种垃圾填埋场下卧土体局部沉陷及衬垫变形试验箱。由上部横梁、上部纵梁、竖杆、底部横梁、纵向连杆、短柱、千斤顶、模型箱、升降系统、土压力盒、应变片组成，其中，顶部横梁、顶部纵梁以焊接方式相连，竖杆将顶梁和底梁联系起来、组成一个反力式加载框架，模型箱由顶部钢板、正面有机玻璃板、背面钢板、底板、侧板组成，土压力盒埋于上覆土中，应变片粘贴在衬垫系统中各层土工材料（土工膜、土工织物、土工格栅等）上。本发明可以直接方便的观测下卧土局部沉陷条件下衬垫和土体的内部变形，并可测得应力应变等相关数据。

Description

垃圾填埋场下卧土体局部沉陷及衬垫变形试验箱
技术领域
本发明属岩土工程技术领域，具体涉及一种垃圾填埋场下卧土体局部沉陷及衬垫变形试验箱。
背景技术
随着我国经济的高速发展和城市化水平的提高，城市生活垃圾的数量急剧增加。目前卫生填埋是我国处理城市垃圾的主要手段之一。为了满足日益增长的城市生活垃圾的填埋需求，垃圾填埋场的大规模建设或扩建工程逐渐兴起。而造价占到30%的衬垫系统作为垃圾填埋场的重要组成部分，对于变形和承载力具有很高的要求。但是，现有的分析模型均建立在下卧土体局部沉陷条件下衬垫系统变形与应力之间的半经验关系或相应的理论数值分析的基础上，未能从实验方面直观揭示局部沉陷作用下衬垫系统的受力变形状态。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够模拟垃圾填埋场下卧土体的局部沉陷，并对该工况下土工衬垫变形及受力情况进行模型试验的试验箱。
本发明提出的垃圾填埋场下卧土体局部沉陷及衬垫变形试验箱，由竖杆3、底部横梁4、短柱6、模型箱8、升降系统9、土压力盒(24)、应变片(25)和顶部加载系统27组成，其中：顶部加载系统27由上部横梁1、上部纵梁2、纵向连杆5、千斤顶7、连接件20和压力表26组成，上部纵梁2两端与两根上部横梁1中部以焊接方式相连，上部横梁1和底部横梁4对称布置，竖杆3一端通过连接件20和螺栓连接2根上部顶梁1的端部，竖杆3另一端和底部横梁4焊接，组成一个反力式加载框架；千斤顶7位于上部纵梁2下方，压力表26与千斤顶26相连；
模型箱8由顶部钢板10、有机玻璃板11、背面钢板12、底板13和侧板14连接组成六面体结构，背面板12两侧焊接于竖杆3上，底板13焊接于底部横梁4上，侧板14两侧焊接于竖杆3上，有机玻璃板11栓接于竖杆3上；其中顶部钢板10不固定在加载框架上、加载时可自由上下移动；
升降系统9由升降板16、升降板定位板17、升降板控制螺杆18和螺母19组成，升降板定位板17和底板13通过螺栓连接，升降板定位板17位于升降板16两侧，底板13上设置不同间距的多组螺孔、试验时通过改变螺孔间距来控制沉陷区宽度，螺母19焊接于底板13上，升降板控制螺杆18穿过螺母19并有效支托起升降板16，升降板控制螺杆18不与升降板16固定在一起，旋动升降板控制螺杆18时，升降板16可上下移动；
模型箱8内上部用于放置上覆土21，下部用于放置下卧土23，上覆土21与下卧土23之间用于设置各层土工材料22，所述土压力盒24均匀埋于上覆土21中，以确定竖向荷载是否均匀分配到加载面上；应变片25粘贴于各层土工材料22（土工膜、土工织物、土工格栅等)上，数量和位置视具体情况而定。
本发明中，上部横梁1、上部纵梁2、竖杆3、底部横梁4分别为2根、1根、4根、2根，形成一个加载框架，模型箱嵌入其中。
本发明中，模型箱8的顶面自由、其余面均嵌入加载框架中，特别地，背面钢板12留有一个背面窗口15以便装载，试验时则将窗口关闭。
本发明中，千斤顶7的上下伸缩控制着荷载大小，为防止千斤顶的倾覆，在顶部钢板10的顶面和上部纵梁2的底面焊上圆环、可固定住千斤顶的上下端。
本发明中，所述应变片25连接数据采集仪。
本发明中，模型箱8的正面是有机玻璃板11，上覆土21、下卧土23由两种不同颜色的砂交替填筑而成，外观上是一层一层的、便于观察土体变形，另一方面，在玻璃板上刻画水平刻度线，同样用于观察衬垫和土体的变形。
本发明中，两个升降板定位板17的间距由底板13上螺孔位置所决定，通过变化所用螺孔的位置，得到不同的沉降宽度。
本发明的工作过程如下：
根据试验需要，用螺栓将升降板定位板17固定在底板13相应的栓孔处，得到所需沉降宽度。旋动升降板控制螺杆18，使升降板16的上缘与升降板定位板17的上缘相平齐。开启背面窗口15，装入下卧土23，具体地，交替使用两种不同颜色的砂，分层填筑，直至达到设计的下卧土厚度。装填衬垫系统之前，根据试验设定的位置，将应变片粘贴到各层土工材料上。按照试验设定的次序和形式，装填各土工材料22，数据线经模型箱侧板上的预留孔引出。关闭背面窗口15，与下卧土23类似，分层填筑上覆土21至所需厚度。根据试验设定的位置，在上覆土顶部浅埋土压力盒24，数据线经侧板的预留孔引出。将顶部钢板10盖于上覆土21之上，在顶板圆环内安放千斤顶7。伸长千斤顶，使其顶部与纵梁2刚刚接触、并限制在纵梁2底部的圆环内。将数据线汇总到数据采集板，读数归零。伸长千斤顶7，直至土压力盒24的读数达到设定值，不断调整千斤顶，使土压力盒的读数保持在设定值附近，缓缓旋动升降板控制螺杆18，升降板16下降，达到设计的沉降深度后，停止旋动。在沉降的过程中，衬垫以及土体的变形可以直接从有机玻璃板处观察到，而衬垫系统中各层土工材料的应变、应力分布及其变化过程可以从传感器记录的数据中分析得到。
本发明的有益效果：
本发明装置的优点为：可以直接方便的观测下卧土局部沉陷条件下衬垫和土体的内部变形；可以灵活控制沉陷宽度和深度；采用1:1模型，且设置一定厚度的下卧土作为缓冲区，衬垫系统不与沉降板直接接触，试验结果更接近实际情况。
附图说明
图1为本发明的前视图。
图2为本发明的俯视图。
图3为本发明的侧视图。
图中标号：1为上部横梁，2为上部纵梁，3为竖杆，4为底部横梁，5为纵向连杆，6为短柱，7为千斤顶，8为模型箱，9为升降系统，10为顶部钢板，11为有机玻璃板，12为背面钢板，13为底板，14为侧板，15为背面窗口，16为升降板，17为升降板定位板，18为升降板控制螺杆，19为螺母，20为连接件，21为上覆土，22为各土工材料，23为下卧土，24为土压力盒，25为应变片，26为压力表，27为顶部加载系统。
具体实施方式
下面通过实施例进一步描述本发明。
实施例1，模型箱8结构由4根竖杆3、顶部钢板10、正面有机玻璃板11、背面钢板12、底板13、侧板14组成。竖杆材料为5.6#角钢，长度为1400毫米，宽度为56毫米，厚度为8毫米。顶部钢板10与底板13均为厚度25毫米的钢板，长度为1500毫米，宽度为700毫米。正面有机玻璃板11厚度为25毫米，长度为1500毫米，宽度为750毫米。背面钢板12厚度为10毫米，长度为1500毫米，宽度为850毫米。背面钢板12上有长1000毫米宽500毫米的背面窗口15。除正面有机玻璃板11采用黏合剂连接外其余部分均为焊接连接。主体结构下部绕底板13一周焊有厚20毫米、宽100毫米的底部横梁4，整个模型箱8由底部8根焊接在底部横梁4下直径为50毫米、长度为250毫米的圆管短柱支撑。升降系统9由升降板16、升降板定位板17、升降板控制螺杆18和螺母19组成。升降板控制螺杆18直径为30毫米，其上端与升降板16连接，下端穿过底板13中央的螺孔与螺母19连接。升降板16材料为20毫米厚的钢板，其长度从50毫米至500毫米不等，有实验具体情况而定，其初始位置高于底板13 200毫米。两侧的升降板定位板17正好卡住升降板16保证其在下降过程中保持水平。升降板定位板17与底板13螺栓连接，底板中央螺孔两侧上开有间距为25毫米的9排螺栓孔以便升降板定位板17移动位置。实验时实验控制装置上覆有200毫米厚的下卧土23。其上铺设各土工材料22模拟垃圾场底部衬垫系统，其中放置有应变片25。其上覆有250毫米厚的上覆土21，其中埋设有土压力盒25。顶部加载系统27由上部横梁1、上部纵梁2、纵向连杆5、千斤顶7、顶部钢板10、连接件20和压力表26组成。上部横梁1与上部纵梁2材料都为25#号钢并焊接连接，上部横梁1长度为1500毫米，上部纵梁2长度为700毫米。两侧纵向连杆5长度为700毫米。上部横梁1、竖杆3、纵向连杆5通过螺栓连接与连接件20固定在一起。顶部钢板10为两块28毫米厚的钢板及两板之间的加劲肋焊接而成，四周装有吊环利于其位置的安放。千斤顶7最大量程为50吨，其上固定一压力表26。参照图1~图3，本领域的技术人员均能顺利实施。

Claims (5)

1.一种垃圾填埋场下卧土体局部沉陷及衬垫变形试验箱，由竖杆(3)、底部横梁(4)、短柱(6)、模型箱(8)、升降系统(9)、土压力盒(24)、应变片(25)和顶部加载系统(27)组成，其特征在于：顶部加载系统(27)由上部横梁(1)、上部纵梁(2)、纵向连杆(5)、千斤顶(7)、连接件(20)和压力表(26)组成，上部纵梁(2)两端与两根上部横梁(1)中部以焊接方式相连，上部横梁(1)和底部横梁(4)对称布置，竖杆(3)一端通过连接件(20)和螺栓连接(2)根上部顶梁(1)的端部，竖杆(3)另一端和底部横梁(4)焊接，组成一个反力式加载框架；千斤顶(7)位于上部纵梁(2)下方，压力表(26)与千斤顶(26)相连；
模型箱(8)由顶部钢板(10)、有机玻璃板(11)、背面钢板(12)、底板(13)和侧板(14)连接组成六面体结构，背面板(12)两侧焊接于竖杆(3)上，底板(13)焊接于底部横梁(4)上，侧板(14)两侧焊接于竖杆(3)上，有机玻璃板(11)栓接于竖杆(3)上；其中顶部钢板(10)不固定在加载框架上、加载时可自由上下移动；
升降系统(9)由升降板(16)、升降板定位板(17)、升降板控制螺杆(18)和螺母(19)组成，升降板定位板(17)和底板(13)通过螺栓连接，升降板定位板(17)位于升降板(16)两侧，底板(13)上设置不同间距的多组螺孔、试验时通过改变螺孔间距来控制沉陷区宽度，螺母(19)焊接于底板(13)上，升降板控制螺杆(18)穿过螺母(19)并有效支托起升降板(16)，升降板控制螺杆(18)不与升降板(16)固定在一起，旋动升降板控制螺杆(18)时，升降板(16)可上下移动；
模型箱(8)内上部用于放置上覆土(21)，下部用于放置下卧土(23)，上覆土(21)与下卧土(23)之间用于设置各层土工材料(22)，所述土压力盒(24)均匀埋于上覆土(21)中，以确定竖向荷载是否均匀分配到加载面上；应变片(25)粘贴于各层土工材料(22)上，数量和位置视具体情况而定。
2.根据权利要求1所述的试验箱，其特征在于背面钢板(12)留有一个背面窗口(15)以便装载，试验时则将背面窗口关闭。
3.根据权利要求1所述的试验箱，其特征在于顶部钢板(10)的顶面和上部纵梁(2)的底面焊有圆环、用于固定千斤顶的上下端。
4.根据权利要求1所述的试验箱，其特征在于模型箱(8)的正面是有机玻璃板(11)，便于观察土体变形，有机玻璃板(11)上刻画水平刻度线，用于观察衬垫和土体的变形。
5.根据权利要求1所述的试验箱，其特征在于两个升降板定位板(17)的间距由底板(13)上螺孔位置所决定，通过变化所用螺孔的位置，得到不同的沉降宽度。
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