CN105973713B - 一种固体垃圾变形与强度相关测定仪 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种固体垃圾变形与强度相关测定仪。尚未出现针对填埋体中垃圾土的变形与剪切强度关系进行研究的仪器。本发明包括信息收集系统、变形装置、剪切装置和制样装置；变形装置包括升降丝杆、上固定平台、上油压装置和下固定平台；剪切装置包括伸缩装置、固定柱、上剪切柱、下剪切柱、平移车和下油压装置；固定柱的一端与伸缩装置的油压柱铰接，另一端自由设置并设有两个钩爪；下剪切柱开设有相距设置的两个凹槽；信息收集系统包括供油系统、控制模块和数据采集器。本发明通过油压装置对应力荷载下的垃圾土进行变形测量，模拟填埋场100米深度以下的垃圾土应力状态；剪切测试在应力状态存在的情况下测试垃圾土剪切强度的变化值。

Description

一种固体垃圾变形与强度相关测定仪
技术领域
本发明属于实验仪器技术领域，涉及土工变形实验装置与土工剪切实验装置，具体涉及一种固体垃圾变形与强度相关测定仪。
背景技术
随着我国城市数量增加,规模扩大,人口增多以及人民生活方式的变化和生活水平的提高,城市生活垃圾以年均增长率8.98％的速度迅猛增加。数量庞大的城市垃圾已对城市及城市周围的生态环境构成日趋严重的威胁：城市周围的生活垃圾量已达60亿吨，侵占了约5亿多平方米的土地；垃圾直接堆放和简易填埋场向大气释放大量的有害气体,其中还含有致癌、致畸物,垃圾在堆放腐败过程中产生大量酸性和碱性有机污染物，并溶解出其中的重金属，形成有机物、重金属和病原微生物三位一体的污染源。因而，了解垃圾填埋场中城市生活垃圾的力学特性问题，是关系到保护和改善生活和生态环境，防治污染，使经济发展与环境保护相协调的重要内容之一。垃圾的力学特性包括变形，渗透，强度三大方面，清楚地分析出垃圾三大力学特性的规律，是处理垃圾的关键。很多工程实践和室内试验都证实了垃圾是因为受剪而产生破坏，剪切破坏是垃圾强度破坏的重要特征，因此，必须对填埋体的剪切性质进行透彻研究。城市固体垃圾剪切性质也就是指垃圾体抵抗剪应力能力的大小。填埋体的剪切性质与变形性质密切相关，上部荷载作用下使得下部垃圾土紧密压实，抗剪能力逐渐增大。目前，还尚未出现针对填埋体中垃圾土的变形与剪切强度关系进行研究的仪器。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种固体垃圾变形与强度相关测定仪，实现垃圾土剪切性质、变形性质的机械化实验室测定，填补现有仪器对垃圾土变形与剪切强度研究空缺。
本发明包括信息收集系统、变形装置、剪切装置和制样装置。
所述的变形装置包括升降丝杆、上固定平台、上油压装置、端盖和下固定平台；所述的上固定平台和下固定平台均固定有四个螺母，上固定平台上的每个螺母与下固定平台对应位置的螺母通过升降丝杆连接；升降丝杆的底部通过轴承支承在电机箱上；下固定平台固定在电机箱上；所述的上油压装置固定在上固定平台上，上油压装置的油压杆穿过上油压装置的中心孔与上内压盖固定；端盖套在上内压盖外，并与上油压装置的缸体固定；上油压装置与信息收集系统的第一和第二油压管接口均通过油压管相连；电机通过链传动机构驱动升降丝杆转动。
所述的剪切装置包括伸缩装置、固定柱、上剪切柱、下剪切柱、平移车和下油压装置。所述的伸缩装置与信息收集系统的第三和第四油压管接口均通过油压管相连；固定柱的一端与伸缩装置的油压柱铰接，另一端自由设置并设有一体成型且相距设置的两个钩爪；所述的下剪切柱开设有相距设置的两个凹槽，且两个凹槽的间距与两个钩爪的间距相等；下剪切柱固定在平移车顶部，下油压装置固定在平移车底部；所述的平移车与下固定平台构成滑动副；下内压盖固定在下油压装置的活塞杆上，并套置在下剪切柱内；上剪切柱开设的螺栓孔与下剪切柱开设的螺栓孔通过螺栓连接；平移车侧部开设的出水孔与下剪切柱的内腔连通；下油压装置与信息收集系统的第五和第六油压管接口均通过油压管相连。
所述的制样装置包括制样机和脱模机。所述的制样机包括上筒体、下筒体和底盘；上筒体与下筒体通过螺钉固定；底盘为两级阶梯轴结构，顶部轴径大于底部轴径，且顶部轴径小于或等于下筒体内径；底盘放置在下筒体内。所述的脱模机包括顶板、中板、下板和千斤顶。中板通过立柱与顶板和下板固定；千斤顶与下板固定，千斤顶的顶杆穿过中板设置。
所述的链传动机构包括主动链轮、传动链轮、从动链轮和链条；主动链轮固定在电机的输出轴上，每根升降丝杆上固定有从动链轮，传动链轮与电机箱铰接，链条连接主动链轮、传动链轮和从动链轮。
所述的信息收集系统包括控制模块和数据采集器；所述的电机、上油压装置、伸缩装置和下油压装置均由控制模块控制；所述的数据采集器将采集到的上油压装置、伸缩装置和下油压装置的位移信号传给控制模块。
本发明的有益效果：
1、本发明可以实现垃圾土的变形测试与剪切测试；变形测试是通过油压装置，对较大应力荷载下的垃圾土进行变形测量，切实模拟填埋场100米深度以下的垃圾土应力状态；剪切测试可以在应力状态存在的情况下测试垃圾土剪切强度的变化值。
2、本发明弥补了填埋场关于城市固体垃圾100米深度以下的剪切强度研究空缺，为城市固体垃圾在变形过程中剪切强度的测试提供了准确、可靠的测试装置。
3、本发明可应用于工程实践，也可应用于其他特殊土的实验室实验，应用范围广。
附图说明
图1为本发明的整体结构立体图；
图2为本发明中变形装置和剪切装置的侧视图；
图3为本发明中上内压盖的装配示意图；
图4为本发明中链传动机构的结构示意图；
图5为本发明中固定柱的装配示意图；
图6为本发明中下内压盖和下剪切柱的装配示意图；
图7为本发明中下剪切柱的俯视图；
图8为图7的左视图；
图9为本发明中上筒体的三视图；
图10为本发明中下筒体的三视图；
图11为本发明中底盘的立体图；
图12为本发明中脱模机的结构立体图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1、2、9、10、11和12所示，一种固体垃圾变形与强度相关测定仪，包括信息收集系统1、变形装置2、剪切装置3和制样装置。
如图1、2、3和4所示，变形装置2包括升降丝杆2-1、上固定平台2-2、上油压装置2-3、端盖2-4和下固定平台2-5；上固定平台2-2和下固定平台2-5均固定有四个螺母，上固定平台2-2上的每个螺母与下固定平台2-5对应位置的螺母通过升降丝杆2-1连接；升降丝杆2-1的底部通过轴承支承在电机箱2-7上；下固定平台2-5固定在电机箱2-7上；上油压装置2-3固定在上固定平台2-2上，上油压装置2-3的油压杆2-6穿过上油压装置2-3的中心孔与上内压盖2-10固定；端盖2-4套在上内压盖2-10外，并与上油压装置2-3的缸体固定；上油压装置2-2与信息收集系统1的第一和第二油压管接口均通过油压管相连；电机2-8通过链传动机构2-9驱动升降丝杆2-1转动；链传动机构2-9包括主动链轮、传动链轮、从动链轮和链条；主动链轮固定在电机的输出轴上，每根升降丝杆2-1上固定有从动链轮，传动链轮与电机箱2-7铰接，链条连接主动链轮、传动链轮和从动链轮。
如图1、2、5、6、7和8所示，剪切装置3包括伸缩装置3-1、固定柱3-2、上剪切柱3-4、下剪切柱3-5、平移车3-6和下油压装置3-7。伸缩装置3-1与信息收集系统1的第三和第四油压管接口均通过油压管相连；固定柱3-2的一端与伸缩装置3-1的油压柱3-9铰接，另一端自由设置并设有一体成型且相距设置的两个钩爪；下剪切柱3-5开设有相距设置的两个凹槽，且两个凹槽的间距与两个钩爪的间距相等；下剪切柱3-5固定在平移车3-6顶部，下油压装置3-7固定在平移车3-6底部；平移车3-6与下固定平台2-5构成滑动副；下内压盖固定在下油压装置3-7的活塞杆3-3上，并套置在下剪切柱3-5内；上剪切柱3-4开设的螺栓孔与下剪切柱3-5开设的螺栓孔通过螺栓连接，剪切试验时取下该螺栓；平移车3-6侧部开设的出水孔3-8与下剪切柱3-5的内腔连通；下油压装置3-7与信息收集系统1的第五和第六油压管接口均通过油压管相连。
如图9、10、11和12所示，制样装置包括制样机和脱模机。制样机包括上筒体4-3、下筒体4-4和底盘4-5；上筒体4-3与下筒体4-4通过螺钉固定；底盘4-5为两级阶梯轴结构，顶部轴径大于底部轴径，且顶部轴径小于或等于下筒体4-4内径；底盘4-5放置在下筒体4-4内。脱模机包括顶板4-6、中板4-7、下板4-1和千斤顶4-2。中板4-7通过立柱与顶板4-6和下板4-1固定；千斤顶4-2与下板4-1固定，千斤顶4-2的顶杆穿过中板4-7设置。
信息收集系统1包括供油系统、控制模块1-1和数据采集器1-2；供油系统给上油压装置2-3、伸缩装置3-1和下油压装置3-7供油；电机2-8、上油压装置2-3、伸缩装置3-1和下油压装置3-7均由控制模块1-1控制；数据采集器1-2将采集到的上油压装置2-3、伸缩装置3-1和下油压装置3-7的位移信号传给控制模块1-1。
该固体垃圾变形与强度相关测定仪的工作原理：
将准备好的垃圾放入制样机中降解，降解后将制样机放到脱模机的中板4-7上，使用千斤顶4-2把制样机的底盘4-5往上顶，试样也随之往上，一直顶到底盘超过顶板4-6时，将试样取下。随后，把试样放入上剪切柱3-4和下剪切柱3-5中；启动电机2-8，链传动机构2-9带动升降丝杆2-1旋转，使得端盖2-4下降并对准上剪切柱3-4。通过控制模块1-1控制上油压装置2-3使上内压盖2-10下降到与上剪切柱3-4顶面接近的位置，与垃圾试样表面接触，转动固定柱3-2，使固定柱3-2的钩爪与下剪切柱3-5的凹槽扣合，再次通过控制模块1-1输入需要的荷载数据，可对垃圾土试样施加不同级别、不同时间的压缩和剪切荷载，信息收集系统1通过油压管使伸缩装置3-1的伸缩柱3-9伸缩，完成压缩和剪切动作。压缩和剪切结束后，转动固定柱3-2，使固定柱3-2与下剪切柱3-5的凹槽分离，启动电机2-8驱动升降丝杆2-1使得端盖2-4上升，通过控制模块1-1控制上油压装置2-3使上内压盖2-10上升；手动将上剪切柱3-4推动至与下剪切柱3-5同轴并用螺栓固定；通过控制模块1-1控制下油压装置3-7使下内压盖上升，把试样顶起，并取出。试验后，数据被数据采集器1-2收集，并由控制模块1-1发送给电脑，在电脑上形成应力应变曲线，借此数据和图形，来分析垃圾土在变形状态下的剪切强度特性。变形与强度的相关性可以解释为：随着压缩应变的增大，垃圾的剪切强度也增大，随后增加的趋势逐渐变缓。剪切强度增大的机理是：随着垃圾压缩应变的增加，垃圾材料之间接触得越紧密(特别是垃圾内加筋材料之间的接触)，垃圾材料之间界面摩擦也就越大，因此，剪切强度也会增大；由于垃圾的压缩应变的增加有一个限度，所以，垃圾材料之间的界面摩擦也有一个限值，即垃圾的剪切强度随着压缩应变的增大逐渐增大而后增大的趋势将逐渐变缓。通过本发明进行试验，可以用数值模拟出此变化趋势，进而分析两者之间的确切关系。

Claims (3)

1.一种固体垃圾变形与强度相关测定仪，包括信息收集系统、变形装置、剪切装置和制样装置，其特征在于：所述的变形装置包括升降丝杆、上固定平台、上油压装置、端盖和下固定平台；所述的上固定平台和下固定平台均固定有四个螺母，上固定平台上的每个螺母与下固定平台对应位置的螺母通过升降丝杆连接；升降丝杆的底部通过轴承支承在电机箱上；下固定平台固定在电机箱上；所述的上油压装置固定在上固定平台上，上油压装置的油压杆穿过上油压装置的中心孔与上内压盖固定；端盖套在上内压盖外，并与上油压装置的缸体固定；上油压装置与信息收集系统的第一和第二油压管接口均通过油压管相连；电机通过链传动机构驱动升降丝杆转动；
所述的剪切装置包括伸缩装置、固定柱、上剪切柱、下剪切柱、平移车和下油压装置；所述的伸缩装置与信息收集系统的第三和第四油压管接口均通过油压管相连；固定柱的一端与伸缩装置的油压柱铰接，另一端自由设置并设有一体成型且相距设置的两个钩爪；所述的下剪切柱开设有相距设置的两个凹槽，且两个凹槽的间距与两个钩爪的间距相等；下剪切柱固定在平移车顶部，下油压装置固定在平移车底部；所述的平移车与下固定平台构成滑动副；下内压盖固定在下油压装置的活塞杆上，并套置在下剪切柱内；上剪切柱开设的螺栓孔与下剪切柱开设的螺栓孔通过螺栓连接；平移车侧部开设的出水孔与下剪切柱的内腔连通；下油压装置与信息收集系统的第五和第六油压管接口均通过油压管相连；
所述的制样装置包括制样机和脱模机；所述的制样机包括上筒体、下筒体和底盘；上筒体与下筒体通过螺钉固定；底盘为两级阶梯轴结构，顶部轴径大于底部轴径，且顶部轴径小于或等于下筒体内径；底盘放置在下筒体内；所述的脱模机包括顶板、中板、下板和千斤顶；中板通过立柱与顶板和下板固定；千斤顶与下板固定，千斤顶的顶杆穿过中板设置。
2.根据权利要求1所述的一种固体垃圾变形与强度相关测定仪，其特征在于：所述的链传动机构包括主动链轮、传动链轮、从动链轮和链条；主动链轮固定在电机的输出轴上，每根升降丝杆上固定有从动链轮，传动链轮与电机箱铰接，链条连接主动链轮、传动链轮和从动链轮。
3.根据权利要求1所述的一种固体垃圾变形与强度相关测定仪，其特征在于：所述的信息收集系统包括控制模块和数据采集器；所述的电机、上油压装置、伸缩装置和下油压装置均由控制模块控制；所述的数据采集器将采集到的上油压装置、伸缩装置和下油压装置的位移信号传给控制模块。
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