CN204028067U - 一种污染土体剪切渗透试验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种污染土体剪切渗透试验装置，属环境岩土工程领域。所述的污染土体剪切渗透试验装置由机箱，圆形密封试验腔，底座，顶座，伺服加载系统，渗透系统组成。该系统可测试污染土体在剪切破坏过程中，剪切面切线方向的渗透系数。试样固结和剪切过程中，通过真空泵向圆筒内壁和橡胶膜之间施加负压，致使橡胶膜紧贴圆筒内壁，橡胶膜不随试样一起发生变形，排除了橡胶膜对试样固结和剪切过程的影响，实现了试样在刚性壁条件下固结和剪切。当试样达到预定剪切位移后，可开展渗透试验，渗透试验过程中，通过空压机向圆筒内壁和橡胶膜之间施加正压，使橡胶膜紧贴试样，实现了试样在柔性壁条件下渗透，从而防止了渗透过程中的侧壁渗漏问题。同时，化学溶液的流量通过第一溶液置换箱和第二溶液置换箱转换成等体积水的流量，并通过流量计测量，避免了化学溶液对装置主体结构的腐蚀。

Description

一种污染土体剪切渗透试验装置

技术领域

本实用新型涉及一种污染土体剪切渗透试验装置，属环境岩土工程领域。

背景技术

土壤污染已成为急需解决的重要环境问题之一。特别是污染土区域的岩土工程建设（如：固体废弃物填埋处置场黏土防渗层安全问题和污染物在防渗层中迁移特性）所涉及的污染物迁移和岩土工程安全问题，已成为当前环境岩土学的热点研究领域。而获知污染土体的渗透性能是分析污染土体内部污染物迁移特性的前提条件。剪切破坏是大多岩土介质破坏的主要破坏形式，同时土壤剪切破坏过程中形的剪切面对土体渗透性能影响巨大。一旦土体发生剪切破坏，剪切缝将为污染物的迁移提供直接通道，将加速污染的在土体中的扩散速度，同时污染物在土体中迁移将弱化土体的强度特性，进一步加剧土体的剪切破坏。因此，有必要研发一套污染土体剪切渗透试验装置，开展污染土体的剪切破坏过程中的渗透性能的相关研究工作。

目前，应用于土体剪切破坏过程中的渗透装置主要为土体的三轴剪切渗透装置（专利公开号： CN102323196A， CN2788175， CN101398355）。该类装置主要是综合土体三轴剪切仪和柔性壁渗透仪的技术特点，柔性壁能适应土体剪切破坏过程中侧壁变形，很好地解决侧壁渗漏问题。但土体试样在三轴剪切过程中，破坏面切线方向与试样轴线方向（即渗透方向）存在一个夹角。而土体剪切过程中形成的剪切面对土体渗透系数的影响具有方向性，土体剪切面对其相同方向的土体渗透系数影响最大，而对与其垂直方面的土体渗透系数影响较小。因此，该类仪器所测试的土体剪切过程中的渗透系数往往不能很好反应剪切面对土壤渗透系数的最大影响。并且污染物渗透过程中对仪器腐蚀作用大，因此，该类仪器也不能直接应用与污染土体的剪切渗透试验。

发明内容

针对上述存在的问题，本实用新型的目的在于提供一种污染土体剪切渗透试验装置，该装置可测试污染土体在剪切破坏过程中，剪切面切线方向的渗透系数。

一种污染土体剪切渗透试验装置，其特征在于：所述一种污染土体剪切渗透试验装置由机箱，圆形密封试验腔，底座，顶座，伺服加载系统，渗透系统组成，圆形密封试验腔由圆筒、底盖、顶盖和螺杆构成，底盖固定在机箱上表面，圆筒置于底盖上方，圆筒与底盖接触面之间设有密封圈，顶盖置于圆筒上方，圆筒与顶盖接触面之间设有密封圈，底盖和顶盖之间由对称设置的螺杆连接，圆筒筒壁内设有圆环型腹腔，圆环型腹腔开有通向圆筒内壁面的小孔，底座固定在底盖上表面中央位置，底座上对称开有一对定位孔，顶座位于顶盖下表面中央位置，顶座与顶盖之间螺栓连接，顶座为二级台阶状，顶座的一级台阶上开有定位孔，顶座的二级台阶上开有第四嵌入槽，伺服加载系统由液压伺服加载仪，左液压千斤顶、右液压千斤顶，第一传力杆、第二传力杆、第三传力杆、第一加载板和第二加载板、第三加载板组成，液压伺服加载仪，左液压千斤顶和右液压千斤顶固定安装在机箱内，液压伺服加载仪与左液压千斤顶和右液压千斤顶通过管道连接，第一传力杆和第二传力杆分别活动置于底座上的定位孔中，第一传力杆下端与左液压千斤顶的活塞顶部固定连接，上端设有第一加载板，第一加载板上表面开有第一嵌入槽，第二传力杆下端与右液压千斤顶的活塞顶部固定连接，上端设有第二加载板，第二加载板上表面开有第二嵌入槽，第三传力杆活动置于顶座的定位孔中，第三传力杆上端与位移传感器连接，下端设置有第三加载板，第三加载板下表面开有第三嵌入槽，位移传感器固定在顶盖上方，第三传力杆上设有锁紧螺栓，锁紧螺栓位于顶盖与位移传感器之间，第一加载板、第二加载板、第三加载板和顶座的二级台阶面均呈半圆状，第一加载板与第三加载板相对应，第二嵌入槽与第四嵌入槽相对应，渗透系统由空压机、真空泵、供水箱、回水箱、第一溶液置换箱、第二溶液置换箱、以及流量计、调压阀、导管和阀门构成，空压机、真空泵、供水箱、回水箱、第一溶液置换箱、第二溶液置换箱均固定安装在机箱内，空压机通过管道与供水箱和回水箱顶部的进气孔连接，空压机与供水箱连接管道上设有阀门和调压阀，调压阀位于供水箱一侧，空压机与回水箱连接管道上设有阀门和调压阀，调压阀位于回水箱一侧，第一溶液置换箱内设有橡胶膜，橡胶膜将第一溶液置换箱等分成左右两室，左右两室顶部均设有与大气连通的管道，管道上设有阀门，第二溶液置换箱内设有橡胶膜，橡胶膜将第二溶液置换箱等分成左右两室，左右两室顶部均设有与大气连通的管道，管道上设有阀门，第一嵌入槽和第二嵌入槽上的进水口与第一溶液置换箱左室顶部的出水口通过管道连接，连接管道之间设有阀门，第一溶液置换箱右室顶部进水口与供水箱底部的出水口通过管道连接，连接管道之间设有流量计，第三嵌入槽和第四嵌入槽上的出水口与第二溶液置换箱左室顶部的进水口通过管道连接，连接管道之间设有阀门，第二溶液置换箱右室顶部的出水口与回水箱底部的进水口通过管道连接，连接管道之间设有流量计，空压机与真空泵通过管道与圆环型腹腔连接，管道上设有三相阀门，空压机（1）和真空泵与三相阀门之间管道中均设有调压阀。

第一嵌入槽、第二嵌入槽、第三嵌入槽和第四嵌入槽内均嵌有半圆形透水石。

底座与顶座中的定位孔内均设有密封圈。

由于采用了以上技术方案，本实用新型的一种污染土体剪切渗透试验装置，污染土体试样为圆柱形，底面积与第一加载板和第二加载板组成的圆形面积等同，试验时，试样置于第一加载板和第二加载板上，橡胶膜完全包裹底座、第一加载板、第二加载板、试样、第三加载板和顶座，橡胶膜两端通过橡胶圈固定在底座和顶座上，橡胶膜外壁紧贴在圆筒内壁上。通过锁紧螺栓限制第三传力杆移动，左液压千斤顶和右液压千斤顶的同时等速推升，可实现圆柱体试样的前期固结；通过放松锁紧螺栓，并单独推升左液压千斤顶，可实现试样的剪切，并在第一加载板和第二加载板接触线处形成竖直的剪切面。试样固结和剪切过程中，通过真空泵向圆筒内壁和橡胶膜之间施加负压，致使橡胶膜紧贴圆筒内壁，橡胶膜不随试样一起发生变形，排除了橡胶膜对试样固结和剪切过程的影响。当试样达到预定剪切位移后，可开展渗透试验，渗透试验开展前先在第一溶液置换箱和第二溶液置换箱左室中注满化学溶液，在右室中注满水。渗透试验工程中，通过空压机向圆筒内壁和橡胶膜之间施加正压，橡胶膜将紧贴试样，从而防止了渗透过程中的侧壁渗漏问题；化学溶液的流量通过第一溶液置换箱和第二溶液置换箱转换成等体积水的流量，并通过流量计测量，避免了化学溶液对装置主体结构的腐蚀。

附图说明

附图1是本实用新型的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进行进一步详细描述：见附图

一种污染土体剪切渗透试验装置，其特征在于：所述一种污染土体剪切渗透试验装置由机箱4，圆形密封试验腔，底座27，顶座15，伺服加载系统，渗透系统组成。

圆形密封试验腔由圆筒13、底盖28、顶盖16和螺杆23构成，底盖28固定在机箱4上表面，圆筒13置于底盖28上方，圆筒13与底盖28接触面之间设有密封圈，顶盖16置于圆筒13上方，圆筒13与顶盖16接触面之间设有密封圈，底盖28和顶盖16之间由对称设置的螺杆23连接，圆筒13筒壁内设有圆环型腹腔22，圆环型腹腔22开有通向圆筒13内壁面的小孔，小孔均匀分布在圆筒13内壁上。

底座27固定在底盖28上表面中央位置，底座27上对称开有一对定位孔，底座27程圆状，且下底面直径小于上表面直径。顶座15位于顶盖16下表面中央位置，顶座15与顶盖16之间螺栓连接，顶座15与顶盖16接触面之间设有密封圈，顶座15程圆形，且下表面直径大于上表面直径，顶座15下表面处设有二级台阶，一级和二级台阶面均为半圆形，顶座15的一级台阶上开有定位孔，顶座15的二级台阶上开有第四嵌入槽14，二级台阶面开有从顶座15上表面至第四嵌入槽14的贯穿孔，该贯穿孔用于导水管的铺设。

伺服加载系统由液压伺服加载仪3，左液压千斤顶2、右液压千斤顶9，第一传力杆26、第二传力杆10、第三传力杆19、第一加载板25和第二加载板11、第三加载板20构成，液压伺服加载仪3，左液压千斤顶2和右液压千斤顶9固定安装在机箱4内，液压伺服加载仪3与左液压千斤顶2和右液压千斤顶9通过管道连接，第一传力杆26和第二传力杆10分别活动置于底座27上的定位孔中，第一传力杆26下端与左液压千斤顶2的活塞顶部固定连接，上端设有第一加载板25，第一加载板25上表面开有第一嵌入槽24，第二传力杆10下端与右液压千斤顶9的活塞顶部固定连接，上端设有第二加载板11，第二加载板11上表面开有第二嵌入槽12，第三传力杆19活动置于顶座15的定位孔中，第三传力杆19上端与位移传感器17连接，下端设置有第三加载板20，第三加载板20下表面开有第三嵌入槽21，位移传感器17固定在顶盖16上方，第三传力杆19上设有锁紧螺栓18，锁紧螺栓18位于顶盖16与位移传感器17之间，第一加载板25、第二加载板11、第三加载板20和顶座15的二级台阶面均呈半圆状，半圆面积均相等，半圆面积均等于底座27上表面的一半，第一加载板25与第三加载板20相对应，第二嵌入槽12与第四嵌入槽14相对应，第一传力杆26、第二传力杆10和第三传力杆19均开业贯穿传力杆的中心孔，第一加载板25、第二加载板11和第三加载板20分别开贯穿孔，贯穿孔分别连通第一嵌槽24、第二嵌入槽12和第三嵌入槽21与第一传力杆26、第二传力杆10和第三传力杆19的中心孔，贯穿孔和中心孔均用于导水管的铺设。

渗透系统由空压机1、真空泵30、供水箱7、回水箱6、第一溶液置换箱8、第二溶液置换箱5、以及流量计、调压阀、导管和阀门构成，空压机1、真空泵30、供水箱7、回水箱6、第一溶液置换箱8、第二溶液置换箱5均固定安装在机箱4内，空压机1通过管道与供水箱7和回水箱6顶部的进气孔连接，空压机1与供水箱7连接管道上设有阀门和调压阀，调压阀位于供水箱7一侧，空压机1与回水箱6连接管道上设有阀门和调压阀，调压阀位于回水箱6一侧，第一溶液置换箱8内设有橡胶膜，橡胶膜将第一溶液置换箱8等分成左右两室，左右两室顶部均设有与大气连通的管道，管道上设有阀门，第二溶液置换箱5内设有橡胶膜，橡胶膜将第二溶液置换箱5等分成左右两室，左右两室顶部均设有与大气连通的管道，管道上设有阀门，第一嵌入槽24和第二嵌入槽12上的进水口与第一溶液置换箱8左室顶部的出水口通过管道连接，连接管道之间设有阀门，第一溶液置换箱8右室顶部进水口与供水箱7底部的出水口通过管道连接，连接管道之间设有流量计，第三嵌入槽21和第四嵌入槽14上的出水口与第二溶液置换箱5左室顶部的进水口通过管道连接，连接管道之间设有阀门，第二溶液置换箱5右室顶部的出水口与回水箱6底部的进水口通过管道连接，连接管道之间设有流量计，空压机1与真空泵30通过管道与圆环型腹腔22连接，管道上设有三相阀门29，空压机1和真空泵30与三相阀门29之间管道中均设有调压阀。

第一嵌入槽24、第二嵌入槽12、第三嵌入槽21和第四嵌入槽14均为半圆形，槽内均嵌有半圆形透水石。

底座27与顶座15中的定位孔内均设有密封圈，防止渗透试验过程中，底座27与顶座15中的定位孔与传力杆之间漏水。

该系统所测试的污染土体试样为圆柱体，圆柱体试样底面直径与底座27上表面直径相同，试样下端置于第一加载板25和第二加载板11组成的圆形平台上，上端与第三加载板20和顶座15的二级台阶面接触，橡胶膜包裹在底座27、第一加载板25、第二加载板11、试样、第三加载板20和顶座15上，橡胶膜两端通过橡胶圈固定在底座27和顶座15上，橡胶膜内壁紧贴试样，外壁紧贴圆筒13内壁。

本实用新型试验系统的工作原理

试验前，先将第一加载板和第二加载板置于同一平面，将污染土体试样置于第一加载板和第二加载板组成的圆形平台上，然后将第三加载板和顶座置于试样上方面。将橡胶膜包裹在底座、第一加载板、第二加载板、试样、第三加载板和顶座上，橡胶膜两端通过橡胶圈固定在底座和顶座上。然后将圆筒置于底盖上，将顶盖置于圆筒上，并扭紧顶座和顶盖的固定螺栓，以及底盖和顶盖之间的螺杆。在第一溶液置换箱和第二溶液置换箱左室中注满化学溶液，在右室中注满水，在供水箱和回水箱内注入半箱水，并排干各液体传输管道中的空气。

通过真空泵对圆筒内壁和橡胶膜之间施加负压，使橡胶膜紧贴圆筒内壁。通过锁紧螺栓限制第三传力杆移动，左液压千斤顶和右液压千斤顶的同时等速推升，使试样按试验要求进行前期固结。然后放松锁紧螺栓，并单独推升左液压千斤顶，开始试样的剪切。试样将在第一加载板和第二加载板接触线处形成竖直的剪切面。通过第三传力杆上端的位移传感器测定剪切位移。当试样达到试验要求剪切位移后，停止剪切并开展渗透试验。渗透试验过程中，通过空压机向圆筒内壁和橡胶膜之间施加正压，橡胶膜将紧贴试样，防止渗透过程中的侧壁渗漏，然后通过空压机与供水箱和回水箱之间的调压阀控制供水箱和回水箱内顶部的压力（压力要求：供水箱顶部压力大于回水箱顶部压力，供水箱顶部压力小于圆筒内壁和橡胶膜之间的压力）。由于供水箱和回水箱顶部压力差的作用，供水箱内的水由管道压入第一溶液置换箱的右室，第一溶液置换箱的右室体积膨胀，挤压第一溶液置换箱中的橡胶膜，并将左室中等体积的化学溶液压入第一嵌入槽和第二嵌入槽，化学溶液经由第一嵌入槽和第二嵌入槽进入试样，并经第三嵌入槽和第四嵌入槽回到第二溶液置换箱的左室，左室体积膨胀，挤压第二溶液置换箱中的橡胶膜，将右室中等体积的水压入回水箱。通过供水箱和回水箱顶部的压差可求得试样下底面和上底面的压差，通过第一溶液置换箱和第二溶液置换箱与供水箱和回水箱之间的流量计可测定试样的渗流流量，然后求得试样在该级剪切位移时候的试样剪切面切线方向的渗透系数。

Claims (3)

1.一种污染土体剪切渗透试验装置，其特征在于：所述一种污染土体剪切渗透试验装置由机箱（4），圆形密封试验腔，底座（27），顶座（15），伺服加载系统，渗透系统组成，圆形密封试验腔由圆筒（13）、底盖（28）、顶盖（16）和螺杆（23）构成，底盖（28）固定在机箱（4）上表面，圆筒（13）置于底盖（28）上方，圆筒（13）与底盖（28）接触面之间设有密封圈，顶盖（16）置于圆筒（13）上方，圆筒（13）与顶盖（16）接触面之间设有密封圈，底盖（28）和顶盖（16）之间由对称设置的螺杆（23）连接，圆筒（13）筒壁内设有圆环型腹腔（22），圆环型腹腔（22）开有通向圆筒（13）内壁面的小孔，底座（27）固定在底盖（28）上表面中央位置，底座（27）上对称开有一对定位孔，顶座（15）位于顶盖（16）下表面中央位置，顶座（15）与顶盖（16）之间螺栓连接，顶座（15）为二级台阶状，顶座（15）的一级台阶上开有定位孔，顶座（15）的二级台阶上开有第四嵌入槽（14），伺服加载系统由液压伺服加载仪（3），左液压千斤顶（2）、右液压千斤顶（9），第一传力杆（26）、第二传力杆（10）、第三传力杆（19）、第一加载板（25）和第二加载板（11）、第三加载板（20）组成，液压伺服加载仪（3），左液压千斤顶（2）和右液压千斤顶（9）固定安装在机箱（4）内，液压伺服加载仪（3）与左液压千斤顶（2）和右液压千斤顶（9）通过管道连接，第一传力杆（26）和第二传力杆（10）分别活动置于底座（27）上的定位孔中，第一传力杆（26）下端与左液压千斤顶（2）的活塞顶部固定连接，上端设有第一加载板（25），第一加载板（25）上表面开有第一嵌入槽（24），第二传力杆（10）下端与右液压千斤顶（9）的活塞顶部固定连接，上端设有第二加载板（11），第二加载板（11）上表面开有第二嵌入槽（12），第三传力杆（19）活动置于顶座（15）的定位孔中，第三传力杆（19）上端与位移传感器（17）连接，下端设置有第三加载板（20），第三加载板（20）下表面开有第三嵌入槽（21），位移传感器（17）固定在顶盖（16）上方，第三传力杆（19）上设有锁紧螺栓（18），锁紧螺栓（18）位于顶盖（16）与位移传感器（17）之间，第一加载板（25）、第二加载板（11）、第三加载板（20）和顶座（15）的二级台阶面均呈半圆状，第一加载板（25）与第三加载板（20）相对应，第二嵌入槽（12）与第四嵌入槽（14）相对应，渗透系统由空压机（1）、真空泵（30）、供水箱（7）、回水箱（6）、第一溶液置换箱（8）、第二溶液置换箱（5）、以及流量计、调压阀、导管和阀门构成，空压机（1）、真空泵（30）、供水箱（7）、回水箱（6）、第一溶液置换箱（8）、第二溶液置换箱（5）均固定安装在机箱（4）内，空压机（1）通过管道与供水箱（7）和回水箱（6）顶部的进气孔连接，空压机（1）与供水箱（7）连接管道上设有阀门和调压阀，调压阀位于供水箱（7）一侧，空压机（1）与回水箱（6）连接管道上设有阀门和调压阀，调压阀位于回水箱（6）一侧，第一溶液置换箱（8）内设有橡胶膜，橡胶膜将第一溶液置换箱（8）等分成左右两室，左右两室顶部均设有与大气连通的管道，管道上设有阀门，第二溶液置换箱（5）内设有橡胶膜，橡胶膜将第二溶液置换箱（5）等分成左右两室，左右两室顶部均设有与大气连通的管道，管道上设有阀门，第一嵌入槽（24）和第二嵌入槽（12）上的进水口与第一溶液置换箱（8）左室顶部的出水口通过管道连接，连接管道之间设有阀门，第一溶液置换箱（8）右室顶部进水口与供水箱（7）底部的出水口通过管道连接，连接管道之间设有流量计，第三嵌入槽（21）和第四嵌入槽（14）上的出水口与第二溶液置换箱（5）左室顶部的进水口通过管道连接，连接管道之间设有阀门，第二溶液置换箱（5）右室顶部的出水口与回水箱（6）底部的进水口通过管道连接，连接管道之间设有流量计，空压机（1）与真空泵（30）通过管道与圆环型腹腔（22）连接，管道上设有三相阀门（29），空压机（1）和真空泵（30）与三相阀门（29）之间管道中均设有调压阀。

2.根据权利要求1所述的一种污染土体剪切渗透试验装置、其特征在于：第一嵌入槽（24）、第二嵌入槽（12）、第三嵌入槽（21）和第四嵌入槽（14）内均嵌有半圆形透水石。

3.根据权利要求1所述的一种污染土体剪切渗透试验装置、其特征在于：底座（27）与顶座（15）中的定位孔内均设有密封圈。