CN108225432A - 垃圾填埋场防渗墙模型测试装置及其制作方法 - Google Patents

垃圾填埋场防渗墙模型测试装置及其制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种垃圾填埋场防渗墙模型测试装置及其制作方法，属于生活垃圾处置及污染防治的地下工程领域。本发明在防渗墙模型装置制作时，预先安装钢筋测力计、应变计、土压力传感器、测斜管等测试组件、以及进水管路、渗水收集管路等，然后浇筑防渗墙成型，待墙体龄期强度达到设计值之后，在墙体外侧进行堆土，墙体内侧注水，设定注水高度及堆土高度，然后进行防渗墙的应力、应变及变形的测试，渗出的水通过渗水收集管路排出。通过对防渗墙模型进行应力、应变及变形测试，为实际垃圾填埋场等地下防渗工程设计提供依据，且防渗墙模型测试装置制作工艺简单、装拆模板方便、测试精度高、测试操作简单，具有对实际工程设计的指导意义。

Description

垃圾填埋场防渗墙模型测试装置及其制作方法
技术领域
本发明涉及生活垃圾处置及污染防治的地下工程领域，更具体地说，涉及一种垃圾填埋场防渗墙模型测试装置及其制作方法。
背景技术
生活垃圾是指在城市日常生活中或者为城市日常生活提供服务的活动中产生的各种固体废物。我国每年产生2亿吨左右的生活垃圾，并以每年8％～10％的速度增加。生活垃圾在填埋过程中，由于垃圾微生物的厌氧分解作用、降水的淋溶作用、地表径流和地下水渗入等形成了渗滤液。由于渗滤液的成分复杂(CODCr、BOD5与重金属离子浓度较高)、污染性强，一旦发生渗漏将造成对垃圾场周围水体、土壤等严重污染，因此城市垃圾的处置及污染防治已成为环境保护的突出问题之一。
工程实践证明，利用成槽灌浆(或帷幕注浆)等工艺技术在垃圾场的四周建造防渗墙是有效阻止渗滤液中污染物向外渗出(或迁移)的最有效办法之一。对于垃圾填埋场所设置的四周防渗墙，墙体在使用过程中主要承受填埋垃圾的重力及土压力、水压力等荷载作用，这些荷载作用后会使墙体发生较大的变形。一般采用ANSYS有限元数值分析计算垃圾填埋场四周防渗墙体的应力与应变数值，但计算结果需要与实测值进行比较。为此，制作一个垃圾填埋场防渗墙模型测试装置，通过对该模型测试装置墙体应力、应变及变形的测试，以检验有限元分析计算结果的准确性，最终为垃圾填埋场四周垂直防渗墙的设计提供理论依据是非常必要的。
《混凝土防渗墙模型试验与有限元模拟结果对比》(曹国东，洛阳水利勘测设计有限责任公司)一文中提出了通过室内防渗墙模型槽试验，以及采用三维有限元法对模型试验的模拟，对模型试验结果和模拟计算结果进行了对比，从而分析防渗墙的应力变形，验证现有有限元计算方法的合理性。在该文中，模型试验在一个矩形模型槽内进行。模型槽长80cm、宽40cm、高120cm，防渗墙长40cm、宽5cm、高65cm。试验采用静态应变测试仪，其具有自动修正、数据存储、数据处理和分析、生成结果文件的功能。采用1/4桥公共补偿片的方法测量单点应变，补偿片置于与工作应变片同温但不受力的环境中，应变片沿防渗墙中轴线方向竖向布置，间隔为15cm，防渗墙双面均布置应变片。试验按照单防渗墙有廊道有泥皮的方式布置，防渗墙周围按照相对密度为0.9填实覆盖层料。覆盖层顶和廊道周围填实干密度为1.71g/cm3、含水率为最优含水率(10％)的高塑性黏土，泥皮按30％含水率的黏土配制，并均匀涂抹在防渗墙体上。该文作者通过进行室内防渗墙模型槽试验，以及利用三维有限元法对模型试验的模拟，对比分析了有限元模拟方法的可靠性，以期为大坝混凝土的防渗墙的压力变形分析提供可靠的方法。但由于垃圾填埋场防渗墙的使用环境复杂，该文中的实验模型--矩形模型槽难以适用于垃圾填埋场防渗墙，无法反应出垃圾填埋场防渗墙在实际应用过程中的真实受力、变形等情况。
发明内容
1.发明要解决的技术问题
本发明的目的在于提供一种垃圾填埋场防渗墙模型测试装置及其制作方法，采用本发明的技术方案，通过对防渗墙模型墙体进行应力、应变及变形测试，为实际垃圾填埋场等地下防渗工程设计提供依据，且防渗墙模型测试装置制作工艺简单、装拆模板方便、测试精度高、测试操作简单，具有对实际工程设计的指导意义。
2.技术方案
为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：
本发明的一种垃圾填埋场防渗墙模型测试装置，包括防渗区和堆土区，所述的防渗区和堆土区均布置于底座上，所述的防渗区的中部通过模板在底座上浇筑成型有防渗墙，所述的防渗墙的墙内围成注水腔，防渗墙的墙外由挡土侧板围成堆土区，所述的防渗墙的墙内设有用于向注水腔内注水的进水管路，所述的防渗墙的墙外设有用于收集墙外渗水的渗水收集管路；所述的防渗墙的内部预装有测试组件，所述的测试组件包括钢筋测力计、应变计、测斜管和土压力传感器，所述的钢筋测力计和应变计在防渗墙的内部多点设置，所述的测斜管多点竖直安装于防渗墙的内部，所述的土压力传感器分布于防渗墙与堆土区相邻的外墙面上。
作为本发明进一步改进，所述的防渗墙为“回”字形结构，所述的堆土区设于防渗墙相邻侧边的外侧。
作为本发明进一步改进，所述的底座按照防渗区和堆土区分区拼接而成，所述的底座的底部还设有底座支腿。
作为本发明进一步改进，所述的底座上设有槽壁板，所述的防渗墙的浇筑模板包括内侧模板、外侧模板和模板支架，所述的内侧模板和外侧模板通过模板支架沿着槽壁板向上拼接安装。
作为本发明进一步改进，所述的钢筋测力计由竖向安装的竖向受拉钢筋连接两组应力计组成。
作为本发明进一步改进，所述的防渗墙的每侧墙体内分别安装有两组钢筋测力计、三组应变计和一至两组测斜管，两组相邻的钢筋测力计上的应力计的安装位置相互错开，防渗墙的同一侧墙体上的三组应变计均通过水平受拉钢筋沿防渗墙的高度方向固定布置，测斜管与钢筋测力计的位置相互错开。
作为本发明进一步改进，所述的土压力传感器采用土压力盒。
本发明的一种垃圾填埋场防渗墙模型测试装置的制作方法，包括以下步骤：
a、在底座的防渗区安装槽壁板和模板支架，在底座的堆土区外侧安装挡土侧板，并预先布置渗水收集管路、进水管路和测试组件；
b、沿着槽壁板向上通过模板支架安装内侧模板和外侧模板，然后向内侧模板和外侧模板组成的回形空间内浇筑出防渗墙；
c、当所浇筑的防渗墙龄期强度达到设计值之后，拆除内侧模板和外侧模板得到防渗墙，使预先布置的钢筋测力计、应变计和测斜管多点设置在防渗墙的内部，土压力传感器分布于防渗墙与堆土区相邻的外墙面上。
3.有益效果
采用本发明提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下显著效果：
本发明的垃圾填埋场防渗墙模型测试装置及其制作方法，在防渗墙模型装置制作时，预先安装钢筋测力计、应变计、土压力传感器、测斜管等测试组件、以及进水管路、渗水收集管路等，然后浇筑防渗墙成型，待墙体龄期强度达到设计值之后，在防渗墙外侧进行堆土，墙体内侧注水，设定注水高度及堆土高度(二者高度均可根据允许条件任意设定，且注水高度与堆土高度可以不必相等)，然后进行防渗墙的应力、应变及变形的测试，同时墙体渗出的水通过渗水收集管路排出。通过对防渗墙模型墙体进行应力、应变及变形测试，为实际垃圾填埋场等地下防渗工程设计提供依据，且防渗墙模型测试装置制作工艺简单、装拆模板方便、测试精度高、测试操作简单，具有对实际工程设计的指导意义。
附图说明
图1为本发明的垃圾填埋场防渗墙模型测试装置的正面结构示意图；
图2为本发明的垃圾填埋场防渗墙模型测试装置的俯视结构示意图；
图3为本发明的垃圾填埋场防渗墙模型测试装置的内部结构示意图；
图4为本发明中测试组件在防渗墙内的安装位置示意图；
图5为本发明中钢筋测力计和应变计的安装结构示意图。
示意图中的标号说明：
Ⅰ、防渗区；Ⅱ、堆土区；1、底座；1-1、底座支腿；2、挡土侧板；3、内侧模板；4、外侧模板；5、模板支架；6、渗水收集管路；7、进水管路；8、竖向受拉钢筋；9、应力计；10、应变计；11、测斜管；12、土压力传感器；13、槽壁板；14、防渗墙；15、墙内水位；16、墙外堆土。
具体实施方式
为进一步了解本发明的内容，结合附图和实施例对本发明作详细描述。
实施例
结合图1、图2和图3所示，本实施例的一种垃圾填埋场防渗墙模型测试装置，包括防渗区Ⅰ和堆土区Ⅱ，防渗区Ⅰ和堆土区Ⅱ均布置于底座1上，底座1按照防渗区Ⅰ和堆土区Ⅱ分区拼接而成，具体拼接方式可参考图2所示，底座1的底部还设有底座支腿1-1(如图1所示)，便于防渗墙模型测试装置稳固地固定。防渗区Ⅰ的中部通过模板在底座1上浇筑成型有防渗墙14，在本实施例中，防渗墙14为“回”字形结构，堆土区Ⅱ设于防渗墙14相邻侧边的外侧(参见图2所示)，整个防渗墙模型测试装置为矩形结构，形状规则，便于制作。为了便于确定防渗墙14的尺寸和形状，在底座1上设有槽壁板13，该槽壁板13为“回”字形，防渗墙14的浇筑模板包括内侧模板3、外侧模板4和模板支架5，内侧模板3和外侧模板4通过模板支架5沿着槽壁板13向上拼接安装，内侧模板3和外侧模板4围构成“回”字形浇筑空间即可，浇筑而成的防渗墙14墙体厚度优选为250mm，墙体平面内孔尺寸为1100×1500mm，墙体平面外部尺寸为1500×2000mm，墙体高度为2000mm。防渗墙14的墙内围成注水腔，防渗墙14的墙外由挡土侧板2围成堆土区Ⅱ，挡土侧板2可采用侧板单元拼接而成(如图1所示)，防渗墙14的墙内设有用于向注水腔内注水的进水管路7，防渗墙14的墙外设有用于收集墙外渗水的渗水收集管路6，具体地，进水管路7预先安装在内侧模板3和外侧模板4上，使进水管路7穿过防渗墙14，连通防渗墙14内侧的注水腔，渗水收集管路6穿过挡土侧板2，且渗水收集管路6位于底座1的上平面处并连通堆土区Ⅱ。防渗墙14的内部预装有测试组件，如图3所示，测试组件包括钢筋测力计、应变计10、测斜管11和土压力传感器12，钢筋测力计和应变计10在防渗墙14的内部多点设置，测斜管11多点竖直安装于防渗墙14的内部，土压力传感器12分布于防渗墙14与堆土区Ⅱ相邻的外墙面上。如图5所示，本实施例中的钢筋测力计由竖向安装的竖向受拉钢筋8连接两组应力计9组成，竖向受拉钢筋8的直径优选竖向受拉钢筋8与应力计9焊接连接即可。测试组件在防渗墙14内的位置分布可参见图4所示，防渗墙14的每侧墙体内分别安装有两组钢筋测力计、三组应变计10和一至两组测斜管11，两组相邻的钢筋测力计上的应力计9的安装位置相互错开，防渗墙14的同一侧墙体上的三组应变计10均通过水平受拉钢筋沿防渗墙14的高度方向固定布置，水平受拉钢筋可与竖向受拉钢筋8捆扎固定，水平受拉钢筋的直径优选测斜管11与钢筋测力计的位置相互错开，且测斜管11在防渗墙14的长边上设置两组，在防渗墙14的短边上设置一组，测斜管11采用的测斜管。上述的土压力传感器12优选采用土压力盒。
本实施例的一种垃圾填埋场防渗墙模型测试装置的制作方法，包括以下步骤：
a、在底座1的防渗区Ⅰ安装槽壁板13和模板支架5，在底座1的堆土区Ⅱ外侧安装挡土侧板2，并预先布置渗水收集管路6、进水管路7和测试组件；
b、沿着槽壁板13向上通过模板支架5安装内侧模板3和外侧模板4，然后向内侧模板3和外侧模板4组成的回形空间内浇筑出防渗墙14；
c、当所浇筑的防渗墙14龄期强度达到设计值之后，拆除内侧模板3和外侧模板4得到防渗墙14，使预先布置的钢筋测力计、应变计10和测斜管11多点设置在防渗墙14的内部，土压力传感器12分布于防渗墙14与堆土区Ⅱ相邻的外墙面上，即得到上述的垃圾填埋场防渗墙模型测试装置。
本实施例的一种垃圾填埋场防渗墙模型测试装置，其测试步骤如下：
a、在防渗墙14外侧的堆土区Ⅱ堆土，即在防渗墙14的相邻长边和短边外侧设置墙外堆土16，并通过进水管路7向防渗墙14内侧的注水腔内注水，设定注水高度及堆土高度，注水高度及堆土高度均可根据允许条件任意设定，且注水高度与堆土高度可以不必相等，如图3所示的墙内水位15低于墙外堆土16的高度；
b、通过测试组件对防渗墙14的应力、应变及变形进行测试，同时防渗墙14渗出的水通过渗水收集管路6排出。测试组件检测得到的应力、应变及变形数据与ANSYS有限元分析计算结果的对比方法同现有技术，在此就不再赘述。
本发明的垃圾填埋场防渗墙模型测试装置及其制作方法，属于国家自然科学基金项目“垃圾填埋场PBFC防渗浆材性能与墙体变形分析”(项目编号：51678083)资助研究成果。在防渗墙模型装置制作时，预先安装钢筋测力计、应变计、土压力传感器、测斜管等测试组件、以及进水管路、渗水收集管路等，然后浇筑防渗墙成型，待墙体龄期强度达到设计值之后，在防渗墙外侧进行堆土，墙体内侧注水，设定注水高度及堆土高度，然后进行防渗墙的应力、应变及变形的测试，同时墙体渗出的水通过渗水收集管路排出。通过对防渗墙模型墙体进行应力、应变及变形测试，为实际垃圾填埋场等地下防渗工程设计提供依据，且防渗墙模型测试装置制作工艺简单、装拆模板方便、测试精度高、测试操作简单，具有对实际工程设计的指导意义。
以上示意性地对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性地设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种垃圾填埋场防渗墙模型测试装置，其特征在于：包括防渗区(Ⅰ)和堆土区(Ⅱ)，所述的防渗区(Ⅰ)和堆土区(Ⅱ)均布置于底座(1)上，所述的防渗区(Ⅰ)的中部通过模板在底座(1)上浇筑成型有防渗墙(14)，所述的防渗墙(14)的墙内围成注水腔，防渗墙(14)的墙外由挡土侧板(2)围成堆土区(Ⅱ)，所述的防渗墙(14)的墙内设有用于向注水腔内注水的进水管路(7)，所述的防渗墙(14)的墙外设有用于收集墙外渗水的渗水收集管路(6)；所述的防渗墙(14)的内部预装有测试组件，所述的测试组件包括钢筋测力计、应变计(10)、测斜管(11)和土压力传感器(12)，所述的钢筋测力计和应变计(10)在防渗墙(14)的内部多点设置，所述的测斜管(11)多点竖直安装于防渗墙(14)的内部，所述的土压力传感器(12)分布于防渗墙(14)与堆土区(Ⅱ)相邻的外墙面上。
2.根据权利要求1所述的垃圾填埋场防渗墙模型测试装置，其特征在于：所述的防渗墙(14)为“回”字形结构，所述的堆土区(Ⅱ)设于防渗墙(14)相邻侧边的外侧。
3.根据权利要求2所述的垃圾填埋场防渗墙模型测试装置，其特征在于：所述的底座(1)按照防渗区(Ⅰ)和堆土区(Ⅱ)分区拼接而成，所述的底座(1)的底部还设有底座支腿(1-1)。
4.根据权利要求2所述的垃圾填埋场防渗墙模型测试装置，其特征在于：所述的底座(1)上设有槽壁板(13)，所述的防渗墙(14)的浇筑模板包括内侧模板(3)、外侧模板(4)和模板支架(5)，所述的内侧模板(3)和外侧模板(4)通过模板支架(5)沿着槽壁板(13)向上拼接安装。
5.根据权利要求2至4任意一项所述的垃圾填埋场防渗墙模型测试装置，其特征在于：所述的钢筋测力计由竖向安装的竖向受拉钢筋(8)连接两组应力计(9)组成。
6.根据权利要求5所述的垃圾填埋场防渗墙模型测试装置，其特征在于：所述的防渗墙(14)的每侧墙体内分别安装有两组钢筋测力计、三组应变计(10)和一至两组测斜管(11)，两组相邻的钢筋测力计上的应力计(9)的安装位置相互错开，防渗墙(14)的同一侧墙体上的三组应变计(10)均通过水平受拉钢筋沿防渗墙(14)的高度方向固定布置，测斜管(11)与钢筋测力计的位置相互错开。
7.根据权利要求6所述的垃圾填埋场防渗墙模型测试装置，其特征在于：所述的土压力传感器(12)采用土压力盒。
8.一种权利要求1所述的垃圾填埋场防渗墙模型测试装置的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
a、在底座(1)的防渗区(Ⅰ)安装槽壁板(13)和模板支架(5)，在底座(1)的堆土区(Ⅱ)外侧安装挡土侧板(2)，并预先布置渗水收集管路(6)、进水管路(7)和测试组件；
b、沿着槽壁板(13)向上通过模板支架(5)安装内侧模板(3)和外侧模板(4)，然后向内侧模板(3)和外侧模板(4)组成的回形空间内浇筑出防渗墙(14)；
c、当所浇筑的防渗墙(14)龄期强度达到设计值之后，拆除内侧模板(3)和外侧模板(4)得到防渗墙(14)，使预先布置的钢筋测力计、应变计(10)和测斜管(11)多点设置在防渗墙(14)的内部，土压力传感器(12)分布于防渗墙(14)与堆土区(Ⅱ)相邻的外墙面上。
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