CN107024388A - 城市生活垃圾土三轴蠕变试验仪、制作方法及使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了城市垃圾土三轴蠕变试验仪，它包括垃圾土试样加压系统、蒸汽发生系统以及温度显示系统，垃圾土试样加压系统包括加力器和压力室两部分，压力室内设有装填垃圾土试样的橡皮膜，橡皮膜的顶端和底端分别固定于试样帽和底座上，试样帽的顶部与加力器连接；橡皮膜由上而下分为试样室和温度监测室，试样室内装填有第一部分垃圾土试样，温度监测室内装填有第二部分垃圾土试样，第二部分垃圾土试样的内部设有第一温度传感器；橡皮膜与压力室的内壁之间形成蒸汽空间，在蒸汽空间内设有第二温度传感器。本发明能真实反映垃圾土的高度非均质性、大空隙比和高压缩性，采用蒸汽作为介质对试样施加围压，同时能够模拟不同温度对垃圾土蠕变的影响。
Description
技术领域
本发明涉及一种三轴蠕变试验仪，具体涉及一种城市生活垃圾土三轴蠕变试验仪、制作方法及使用方法。属于环保技术领域。
背景技术
随着我国国民经济的增长及城市化程度日益提高，城市生活垃圾剧增。目前，填埋是我国大多数城市解决生活垃圾的有效办法。然而城市生活垃圾填埋场垃圾堆放很高，高达百米，压缩性较大，填埋场沉降变形过大造成中间粘土隔层、覆盖层和填埋场地基发生破坏。目前，因后期降解引起的二次沉降问题以及因堆填高度的增加引起的次生滑坡灾害问题是环境岩土工程领域研究的热点问题。
目前针对城市生活垃圾土的蠕变试验国内还没有统一的大尺寸蠕变仪，传统的三轴蠕变试验仪器采用人工配制小尺寸的垃圾土试样，必须将垃圾破碎到非常小的尺寸才能进行三轴蠕变试验，无法真实反映垃圾土的高度非均质性、大空隙比和高压缩性等特点。传统三轴蠕变试验仪的轴向压力σ1的加载通常采用砝码加载，操作繁琐，自动化程度低，影响试验精度。围压σ3的加载采用水作为介质通过围压管路进入压力室进行加载，没有考虑到温度变化对整个三轴蠕变试验过程的影响。加载初期垃圾试样土内部的温度与围压室的温度往往不一致，垃圾试样土内部的温度低于围压室的温度，无法真实反映垃圾土试样内部的温度对整个三轴蠕变试验过程的影响。
因此，需要研制一种简易的城市生活垃圾土三轴蠕变试验仪。
发明内容
本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种城市垃圾土三轴蠕变试验仪。
本发明还提供了上述三轴蠕变试验仪的制作方法及使用方法。
为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
城市垃圾土三轴蠕变试验仪，它包括：
垃圾土试样加压系统，包括加力器和压力室两部分，所述压力室是由有机玻璃筒和底座构成的密闭空间，压力室内设有装填垃圾土试样的橡皮膜，橡皮膜的顶端和底端分别固定于试样帽和底座上，试样帽的顶部设有伸缩杆，其穿过压力室的顶部与加力器连接；所述橡皮膜由上而下分为试样室和温度监测室，试样室内装填有第一部分垃圾土试样，温度监测室内装填有第二部分垃圾土试样，第二部分垃圾土试样的内部设有第一温度传感器；所述橡皮膜与压力室的内壁之间形成蒸汽空间，在蒸汽空间内设有第二温度传感器；
蒸汽发生系统，包括蒸汽发生器，其通过蒸汽管道与蒸汽空间连通；以及
温度显示系统，其分别与第一温度传感器和第二温度传感器连接，用于进行它们的数据采集和显示。
作为优选的技术方案之一，所述试样室和温度监测室之间设有过滤室。
作为进一步优选的技术方案之一，所述过滤室由上而下包括滤水布、陶瓷滤水板和漏斗式的集液槽。
作为更进一步优选的技术方案之一，过滤室的底部与渗滤液收集系统连通，所述集液槽的底部设有渗滤液出口，所述渗滤液收集系统包括螺帽，该螺帽与渗滤液出口螺纹连接。
作为更进一步优选的技术方案之一，所述温度监测室由三根呈三角形分布的立柱构成，其顶部和底部分别设有盖板，即上盖板和下盖板，所述渗滤液出口从上盖板的中央位置贯穿下盖板的中央位置并连接至渗滤液收集系统；所述的第一温度传感器不少于两个，它们围绕渗滤液出口均匀分布，各个第一温度传感器并联连接至温度位移显示系统，可避免垃圾土试样加热不均匀导致温度监测不准确。
作为优选的技术方案之一，所述压力室的顶部分别设有安全阀和第二蒸汽压力表。
作为优选的技术方案之一，所述蒸汽管道上靠近蒸汽发生器和压力室的两侧分别设有蒸汽阀门和第一蒸汽压力表。
作为优选的技术方案之一，所述橡皮膜的顶端和底端分别通过橡皮圈固定于试样帽和底座上。
作为优选的技术方案之一，所述加力器和伸缩杆分别固定于加压框架上，所述加压框架固定于底座上。
作为更进一步优选的技术方案之一，所述加压框架上还固定一激光位移传感器，其高度与橡皮膜的顶端齐平。
作为优选的技术方案之一，所述三轴蠕变试验仪还包括气体收集系统，其通过支杆固定于压力室的顶部，并与试样室连通。
上述三轴蠕变试验仪的制作方法，具体步骤如下：
（1）将橡皮膜套在承膜筒内，使橡皮膜的两端翻出承膜筒，从承膜筒的吸气口吸气，使得橡皮膜紧贴承膜筒的内壁，然后整体套在垃圾土试样的外部，放气，翻起橡皮膜，取出承膜筒，将橡皮膜的顶端和底端分别固定在试样帽和底座上；
（2）安装好第一温度传感器和第二温度传感器，利用有机玻璃筒罩住橡皮膜和第二温度传感器，并且，试样帽顶部的伸缩杆穿过有机玻璃筒的顶部，第一温度传感器和第二温度传感器的连接线引出有机玻璃筒，然后将有机玻璃筒与底座之间、有机玻璃筒与伸缩杆之间做好密封；
（3）伸缩杆连接至加力器，蒸汽空间通过蒸汽管道连接至蒸汽发生器，第一温度传感器和第二温度传感器分别连接至温度显示系统。
作为优选的技术方案之一，橡皮膜使用前先进行密封性检查，具体方法是：将橡皮膜的一端扎紧，向内充气，再将另一端扎紧，在水中检查，无气泡溢出，方可使用。
作为优选的技术方案之一，步骤（1）还包括：在集液槽的上方依次放上陶瓷滤水板和滤水布，然后进行橡皮膜对垃圾土试样的包裹。
上述三轴蠕变试验仪的使用方法，具体步骤如下：
（1）打开蒸汽发生器，向压力室内施加设定的围压和温度，当第一温度传感器和第二温度传感器监测温度一致时，进入步骤（2），开始加载试验；
（2）打开加力器，其通过伸缩杆对压力室内的试样帽进行加载压缩，开始时记录渗滤液产生量以及垃圾土试样的纵向变形，然后在每个设定时间段进行记录，直至3天的总沉降量小于0.1mm时，停止试验。
作为优选的技术方案之一，所述步骤（2）的记录时间段为：加载1小时内每10分钟记录1次；加载1～6小时内，每30分钟记录1次；加载6～24小时内，每1小时记录1次；加载24小时后，每24小时记录1次。
本发明的有益效果：
本发明能真实反映垃圾土的高度非均质性、大空隙比和高压缩性等特点，采用蒸汽作为介质对试样施加围压σ3，同时能够模拟不同温度对城市垃圾土蠕变的影响。具体如下：
1、针对以往围压σ3的加载采用水作为介质通过围压管路进入压力室进行加载，没有考虑到温度变化对整个蠕变试验过程的影响的缺点，本发明采用蒸汽作为介质对试样施加围压σ3，同时能够模拟不同温度对城市生活垃圾土蠕变的影响。
2、传统的三轴蠕变试验仪器采用人工配制小尺寸的垃圾土试样，必须将垃圾破碎到非常小的尺寸才能进行三轴蠕变试验，本发明采用大尺寸的垃圾土试样进行三轴蠕变试验，能真实反映垃圾土的高度非均质性、大空隙比和高压缩性等特点。
3、本发明将有压力室内部设计成两层结构，从上往下依次为试样室和温度监测室。当温度监测室内的两个第一温度传感器检测的温度与蒸汽空间内部第二温度传感器监测的温度一致时，方可进行加载试验，解决了加载初期无法检测橡皮膜内试样温度与橡皮膜外的温度是否一致的技术问题。
4、倘若将第一温度传感器直接埋设于第一部分垃圾土试样中，会对第一温度传感器的精密度造成影响甚至导致仪器损坏；本发明将第一温度传感器埋设于温度监测室内的第二部分垃圾土试样中，这一部分垃圾土重量较轻，温度监测室的顶部和底部有盖板，有效避免了对第一温度传感器的挤压，同时，第一部分垃圾土试样与第二部分垃圾土试样，其周围的加热环境相同，故第一温度传感器能够客观反映整体垃圾土试样的内部温度情况。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是集液槽的结构示意图；
图3a和图3b是温度监测室的结构示意图；
图4是两个第一温度传感器的平面布置图；
其中，1为加力器，2为伸缩杆，3为安全阀，4第二蒸汽压力表，5为试样帽，6为橡皮圈，7为激光位移传感器，8为第一部分垃圾土试样，9为滤水布，10为陶瓷滤水板，11为集液槽，12为渗滤液收集系统，13为气体收集系统，14为温度显示系统，15为第二温度传感器，16为橡皮膜，17为第一蒸汽压力表，18为蒸汽阀门，19为蒸汽发生器，20为底座，21为有机玻璃筒，22为加压框架，23为温度监测室，24为盖板，25为第二部分垃圾土试样，A和B为两个第一温度传感器。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行进一步的阐述，应该说明的是，下述说明仅是为了解释本发明，并不对其内容进行限定。
实施例1：
如图1所示的城市垃圾土三轴蠕变试验仪，它包括：
垃圾土试样加压系统，包括加力器1和压力室两部分，压力室是由有机玻璃筒21和底座20构成的密闭空间，压力室内设有装填垃圾土试样的橡皮膜16，橡皮膜16的顶端和底端分别通过橡皮圈6固定于试样帽5和底座20上，试样帽5的顶部设有伸缩杆2，其穿过压力室的顶部与加力器1连接；橡皮膜16由上而下分为试样室和温度监测室23，试样室内装填有第一部分垃圾土试样8，温度监测室23内装填有第二部分垃圾土试样25，第二部分垃圾土试样25的内部设有第一温度传感器A和B；橡皮膜16与压力室的内壁之间形成蒸汽空间，在蒸汽空间内设有第二温度传感器15；
蒸汽发生系统，包括蒸汽发生器19，其通过蒸汽管道与蒸汽空间连通；以及
温度显示系统，其分别与第一温度传感器A和B和第二温度传感器15连接，用于进行它们的数据采集和显示。
试样室和温度监测室23之间设有过滤室；过滤室由上而下包括滤水布9、陶瓷滤水板10和漏斗式的集液槽11（图2）；过滤室的底部与渗滤液收集系统12连通，集液槽11的底部设有渗滤液出口，渗滤液收集系统12包括螺帽，该螺帽与渗滤液出口螺纹连接。
如图3a和图3b所示，温度监测室23由三根呈三角形分布的立柱构成，其顶部和底部分别设有盖板24，即上盖板和下盖板，渗滤液出口从上盖板的中央位置贯穿下盖板的中央位置并连接至渗滤液收集系统12；所述的第一温度传感器A和B有两个，它们在渗滤液出口的两侧相对设置（图4），这两个第一温度传感器A和B并联连接至温度显示系统14。
压力室的顶部分别设有安全阀3和第二蒸汽压力表4。蒸汽管道上靠近蒸汽发生器19和压力室的两侧分别设有蒸汽阀门18和第一蒸汽压力表17。
加力器1和伸缩杆2分别固定于加压框架22上，加压框架22固定于底座20上；加压框架22上还固定一激光位移传感器7，其高度与橡皮膜16的顶端齐平。
三轴蠕变试验仪还包括气体收集系统13，其通过支杆固定于压力室的顶部，并与试样室连通。
上述三轴蠕变试验仪的制作方法，具体步骤如下：
（1）将橡皮膜16套在承膜筒内，使橡皮膜16的两端翻出承膜筒，从承膜筒的吸气口吸气，使得橡皮膜16紧贴承膜筒的内壁，然后整体套在垃圾土试样（由上而下分为第一部分垃圾土试样8和第二部分垃圾土试样25）的外部，放气，翻起橡皮膜16，取出承膜筒，将橡皮膜16的顶端和底端分别固定在试样帽5和底座20上；
（2）安装好第一温度传感器A和B和第二温度传感器15，利用有机玻璃筒21罩住橡皮膜16和第二温度传感器15，并且，试样帽5顶部的伸缩杆2穿过有机玻璃筒21的顶部，第一温度传感器A和B和第二温度传感器15的连接线引出有机玻璃筒21，然后将有机玻璃筒21与底座20之间、有机玻璃筒21与伸缩杆2之间做好密封；
（3）伸缩杆2连接至加力器1，蒸汽空间通过蒸汽管道连接至蒸汽发生器19，第一温度传感器A和B和第二温度传感器15分别连接至温度显示系统。
其中，橡皮膜16使用前先进行密封性检查，具体方法是：将橡皮膜16的一端扎紧，向内充气，再将另一端扎紧，在水中检查，无气泡溢出，方可使用。
步骤（1）还包括：在集液槽11的上方依次放上陶瓷滤水板10和滤水布9，然后进行橡皮膜16对垃圾土试样的包裹。
上述三轴蠕变试验仪的使用方法，具体步骤如下：
（1）打开蒸汽发生器19，向压力室内施加设定的围压和温度，当第一温度传感器A和B和第二温度传感器15监测温度一致时，进入步骤（2），开始加载试验；
（2）打开加力器1，其通过伸缩杆2对压力室内的试样帽进行加载压缩，开始时记录渗滤液产生量以及垃圾土试样的纵向变形，然后在每个设定时间段进行记录，直至3天的总沉降量小于0.1mm时，停止试验。
作为优选的技术方案之一，所述步骤（2）的记录时间段为：加载1小时内每10分钟记录1次；加载1～6小时内，每30分钟记录1次；加载6～24小时内，每1小时记录1次；加载24小时后，每24小时记录1次。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (10)
1.城市垃圾土三轴蠕变试验仪，其特征在于，它包括：
垃圾土试样加压系统，包括加力器和压力室两部分，所述压力室是由有机玻璃筒和底座构成的密闭空间，压力室内设有装填垃圾土试样的橡皮膜，橡皮膜的顶端和底端分别固定于试样帽和底座上，试样帽的顶部设有伸缩杆，其穿过压力室的顶部与加力器连接；所述橡皮膜由上而下分为试样室和温度监测室，试样室内装填有第一部分垃圾土试样，温度监测室内装填有第二部分垃圾土试样，第二部分垃圾土试样的内部设有第一温度传感器；所述橡皮膜与压力室的内壁之间形成蒸汽空间，在蒸汽空间内设有第二温度传感器；
蒸汽发生系统，包括蒸汽发生器，其通过蒸汽管道与蒸汽空间连通；以及
温度显示系统，其分别与第一温度传感器和第二温度传感器连接，用于进行它们的数据采集和显示。
2.根据权利要求1所述的城市垃圾土三轴蠕变试验仪，其特征在于，所述试样室和温度监测室之间设有过滤室；所述过滤室由上而下包括滤水布、陶瓷滤水板和漏斗式的集液槽。
3.根据权利要求2所述的城市垃圾土三轴蠕变试验仪，其特征在于，过滤室的底部与渗滤液收集系统连通，所述集液槽的底部设有渗滤液出口，所述渗滤液收集系统包括螺帽，该螺帽与渗滤液出口螺纹连接。
4.根据权利要求3所述的城市垃圾土三轴蠕变试验仪，其特征在于，所述温度监测室由三根呈三角形分布的立柱构成，其顶部和底部分别设有盖板，即上盖板和下盖板，所述渗滤液出口从上盖板的中央位置贯穿下盖板的中央位置并连接至渗滤液收集系统；所述的第一温度传感器有两个，它们在渗滤液出口的两侧相对设置。
5.根据权利要求1所述的城市垃圾土三轴蠕变试验仪，其特征在于，所述压力室的顶部分别设有安全阀和第二蒸汽压力表。
6.根据权利要求1所述的城市垃圾土三轴蠕变试验仪，其特征在于，所述蒸汽管道上靠近蒸汽发生器和压力室的两侧分别设有蒸汽阀门和第一蒸汽压力表。
7.根据权利要求1所述的城市垃圾土三轴蠕变试验仪，其特征在于，所述加力器和伸缩杆分别固定于加压框架上，所述加压框架固定于底座上；所述加压框架上还固定一激光位移传感器，其高度与橡皮膜的顶端齐平。
8.根据权利要求1所述的城市垃圾土三轴蠕变试验仪，其特征在于，所述三轴蠕变试验仪还包括气体收集系统，其通过支杆固定于压力室的顶部，并与试样室连通。
9.权利要求1～8中任一项所述三轴蠕变试验仪的制作方法，其特征在于，具体步骤如下：
（1）将橡皮膜套在承膜筒内，使橡皮膜的两端翻出承膜筒，从承膜筒的吸气口吸气，使得橡皮膜紧贴承膜筒的内壁，然后整体套在垃圾土试样的外部，放气，翻起橡皮膜，取出承膜筒，将橡皮膜的顶端和底端分别固定在试样帽和底座上；
（2）安装好第一温度传感器和第二温度传感器，利用有机玻璃筒罩住橡皮膜和第二温度传感器，并且，试样帽顶部的伸缩杆穿过有机玻璃筒的顶部，第一温度传感器和第二温度传感器的连接线引出有机玻璃筒，然后将有机玻璃筒与底座之间、有机玻璃筒与伸缩杆之间做好密封；
（3）伸缩杆连接至加力器，蒸汽空间通过蒸汽管道连接至蒸汽发生器，第一温度传感器和第二温度传感器分别连接至温度显示系统。
10.权利要求1～8中任一项所述三轴蠕变试验仪的使用方法，具体步骤如下：
（1）打开蒸汽发生器，向压力室内施加设定的围压和温度，当第一温度传感器和第二温度传感器监测温度一致时，进入步骤（2），开始加载试验；
（2）打开加力器，其通过伸缩杆对压力室内的试样帽进行加载压缩，开始时记录渗滤液产生量以及垃圾土试样的纵向变形，然后在每个设定时间段进行记录，直至3天的总沉降量小于0.1mm时，停止试验。
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