一種大尺寸城市固廢骨架和孔隙水體積變化系數(shù)測量裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種非飽和土體積變化本構(gòu)參數(shù)測量裝置，尤其涉及一種大尺寸城市固廢骨架和孔隙水體積變化系數(shù)測量裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]填埋場的城市固廢通常處于非飽和狀態(tài)，其固相骨架和孔隙水體積變化在填埋場沉降變形、滲濾液和填埋氣的耦合運移等問題中起到關(guān)鍵的作用?；诜秋柡屯亮W(xué)，對于城市固廢骨架和孔隙水體積變化系數(shù)的確定，可以通過測量城市固廢試樣(本文中所指的試樣均指城市固廢試樣)孔隙比和質(zhì)量含水量(以下簡稱含水量)隨凈法向應(yīng)力和基質(zhì)吸力的變化系數(shù)獲得:在常凈法向應(yīng)力作用下開展土水特征曲線試驗，測量不同基質(zhì)吸力下的孔隙比和含水量，可以確定孔隙比和含水量隨基質(zhì)吸力的變化系數(shù)七和&在?；|(zhì)吸力作用下開展壓縮試驗，測量不同凈法向應(yīng)力下的孔隙比和含水量，可以確定孔隙比和含水量隨凈法向應(yīng)力的變化系數(shù)4和bta
[0003]目前，城市固廢土水特征曲線的測量一般采用兩種方法:一種是運用軸平移技術(shù)，采用壓力板儀或Tempe儀進行測試，通過保持試樣水壓％為0，施加氣壓％使試樣中基質(zhì)吸力s為U- %，并測量試樣含水量的變化。試驗過程中，試樣以環(huán)刀作為容器，試樣尺寸較小，直徑一般在1cm以內(nèi)；氣壓控制通過壓力表和氣壓調(diào)節(jié)閥來實現(xiàn)，精度不高，一般在1kPa左右。城市固廢顆粒尺寸較大，代表性試樣相應(yīng)需要具備較大尺寸，且其在1kPa以下低基質(zhì)吸力范圍內(nèi)含水量變化迅速，應(yīng)用壓力板儀和Tempe儀無法精確測得試樣在低基質(zhì)吸力范圍內(nèi)的含水量變化。另一種是吊水柱法，保持試樣氣壓"3為0，通過改變吊水柱液面與高進氣值陶土板上表面的水頭差使試樣的基質(zhì)吸力^為九并記錄試樣的水量變化。試驗過程中，水頭差』A每改變10cm，基質(zhì)吸力只改變lkPa，高基質(zhì)吸力范圍測量需要較大操作空間。城市固廢土水特征曲線上殘余體積含水量對應(yīng)的基質(zhì)吸力達90kPa，采用吊水柱法要求實驗室凈高在9m以上，常規(guī)實驗室無法滿足，且操作不便。此外，以上兩種土水特征曲線測量方法一般不控制試樣的凈法向應(yīng)力。目前，城市固廢壓縮試驗一般采用兩種方法:一種是針對非飽和試樣，不測量其基質(zhì)吸力，采用總應(yīng)力準(zhǔn)則；另一種是針對飽和試樣，測量固結(jié)過程中的水壓，采用有效應(yīng)力準(zhǔn)則，這兩種方法均未采用凈法向應(yīng)力準(zhǔn)貝1J。因此，如何實現(xiàn)城市固廢土水特征曲線試驗的大尺寸、高精度和大測量范圍要求，以及土水特征曲線和壓縮試驗中凈法向應(yīng)力和基質(zhì)吸力的實時控制，試樣孔隙比和含水量的實時測量，成為填埋場城市固廢骨架和孔隙水體積變化本構(gòu)參數(shù)確定的難點。
【實用新型內(nèi)容】
[0004]為克服現(xiàn)有儀器無法有效測量城市固廢骨架和孔隙水體積變化本構(gòu)參數(shù)的缺點，本實用新型的目的在于提供了一種大尺寸城市固廢骨架和孔隙水體積變化系數(shù)測量裝置。
[0005]本實用新型所采用的技術(shù)方案是:
[0006]本實用新型包括試樣室，加載系統(tǒng)，抽氣設(shè)備，吊水桶，補水桶和蓄水桶；將試樣室的試樣桶底座安裝在加載系統(tǒng)底座上，試樣桶底座上的導(dǎo)水通道通過第一閥門與吊水桶下部第一孔相連，吊水桶下部第二孔通過第二閥門與補水桶下部相連；吊水桶中部設(shè)有外流口，通過第三閥門與蓄水桶上端面相連；吊水桶上端面開有二個孔，上表面第一孔通過三通膠管接頭和第四閥門與抽氣設(shè)備相連，三通膠管接頭另一端上安裝負(fù)壓表；上端面第二孔通過第五閥門與補水桶上部相連；補水桶上端面的外接口與第六閥門相連。
[0007]所述試樣室，包括法蘭，八顆螺帽，八片墊片，八根螺桿，試樣桶，濾紙，硅膠墊圈，結(jié)構(gòu)膠，試樣桶底座，環(huán)形凹槽，導(dǎo)水通道和試樣桶底座安裝在加載系統(tǒng)底座上，試樣桶底座中心的槽內(nèi)開有相互連通的環(huán)形凹槽，高進氣值陶土板安裝在試樣桶底座中心的槽內(nèi)，四周用結(jié)構(gòu)膠密封，高進氣值陶土板上表面從下至上依次安裝濾紙、硅膠墊圈和試樣桶；環(huán)繞在試樣桶外的試樣桶底座上均布有八根螺桿，法蘭通過其上的開孔分別穿過各自的螺桿后壓實在試樣桶上，在螺桿頂端上安裝螺帽并壓緊在法蘭上。
[0008]所述加載系統(tǒng)，包括四只百分表，砝碼，堆載板，傳力桿，四根導(dǎo)向桿，多孔加載板和加載系統(tǒng)底座；在加載系統(tǒng)底座四角上分別裝有一根導(dǎo)向桿；堆載板四角上的孔分別穿過各自的導(dǎo)向桿；堆載板上端面四角分別裝有一只百分表，堆載板上端裝有砝碼；傳力桿上端固定在堆載板下端面中心，多孔加載板上端面中心固定在傳力桿下端，多孔加載板下端面壓在試樣桶內(nèi)的試樣上。
[0009]所述吊水桶、補水桶、蓄水桶、試樣桶和試樣桶底座的材料均為有機玻璃材料。
[0010]所述高進氣值陶土板為美國Soil Moisture公司生產(chǎn)的直徑為27.6cm，厚度為1.0cm，飽和滲透系數(shù)為8.6X10_ 6cm/s，進氣值為Ibar的陶土板。
[0011]本實用新型具有的有益效果是:
[0012]I)本裝置選用了直徑為27.6cm的高進氣值陶土板，配備內(nèi)徑為27cm的試樣桶，實現(xiàn)對大尺寸城市固廢試樣的測試。
[0013]2)應(yīng)用吊水柱法，通過控制吊水柱液面和高進氣值陶土板上表面的水頭差A(yù)h,實現(xiàn)1kPa以下低基質(zhì)吸力精確控制；通過抽氣設(shè)備在吊水柱液面上形成相對大氣壓Pg,使本裝置的基質(zhì)吸力測試范圍增大至90kPa。
[0014]3)設(shè)置了軸向應(yīng)力加載系統(tǒng)，可以對試樣的凈法向應(yīng)力進行實時控制。
[0015]4)設(shè)置了百分表，試驗過程中可以對試樣的骨架壓縮變形進行實時測量；設(shè)置了蓄補水系統(tǒng)，通過測量蓄水桶和補水桶內(nèi)的水量變化確定試樣的水量變化。
【附圖說明】
[0016]圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)原理示意圖。
[0017]圖2是本實用新型的試樣桶、法蘭、螺桿、螺母和墊片裝配結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖3是本實用新型的試樣桶底座結(jié)構(gòu)俯視圖。
[0019]圖4是本實用新型的加載系統(tǒng)結(jié)構(gòu)立體圖。
[0020]圖中:1_1、法蘭，1-2、八顆螺帽，1-3、八片墊片，1-4、八根螺桿，1_5、試樣桶，1-6、濾紙，1-7、硅膠墊圈，1-8、結(jié)構(gòu)膠，1-9、試樣桶底座，1-10、環(huán)形凹槽，1_11、導(dǎo)水通道，
1-12、高進氣值陶土板，1-13、薄膜，2-1、四只百分表，2-2、四組砝碼，2-3、堆載板，2-4、傳力桿，2-5、四根導(dǎo)向桿，2-6、多孔加載板，2-7、加載系統(tǒng)底座，3-1、抽氣設(shè)備，3-2、吊水桶，
3-3、外流口，3-4、負(fù)壓表，4-1、補水桶，4-2、蓄水桶，4_3、外接口，5_1~5_6、六個閥門， 6-1-6-5、五根膠管，7-1、三通膠管接頭。
【具體實施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖和實施例對本實用新型作進一步說明。
[0022]如圖1所示，包括試樣室，加載系統(tǒng)，基質(zhì)吸力控制系統(tǒng)，蓄補水系統(tǒng)和連接部件。試樣室包括:法蘭1-1，八顆螺帽1-2，八片墊片1-3，八根螺桿1-4，試樣桶1-5，濾紙1_6，硅膠墊圈1-7，結(jié)構(gòu)膠1-8，試樣桶底座1-9，環(huán)形凹槽1-10，導(dǎo)水通道1-11和高進氣值陶土板1-12 ;加載系統(tǒng)包括:四只百分表2-1，四組砝碼2-2，堆載板2-3，傳力桿2_4，四根導(dǎo)向桿2-5，多孔加載板2-6和加載系統(tǒng)底座2-7 ;基質(zhì)吸力控制系統(tǒng)包括:抽氣設(shè)備3-1，吊水桶3-2，外流口 3-3和負(fù)壓表3-4 ;蓄補水系統(tǒng)包括:補水桶4-1和蓄水桶4_2 ;連接部件包括:六個閥門5_1~5_6、五根膠管6_1~6_5和三通膠管接頭7_1。
[0023]如圖1所示，本實用新型包括試樣室，加載系統(tǒng)，抽氣設(shè)備3-1，吊水桶3-2，補水桶4-1和蓄水桶4-2 ;將試樣室的試樣桶底座1-9安裝在加載系統(tǒng)底座2-7上，試樣桶底座1-9上的導(dǎo)水通道1-11通過第一閥門5-1和第一膠管6-1與吊水桶3-2下部第一孔相連，吊水桶3-2下部第二孔通過第二膠管6-2和第二閥門5-2與補水桶4-1下部相連；吊水桶
3-2中部設(shè)有外流口 3-3，通過第三膠管6-3和第三閥門5-3與蓄水桶4_2上端面相連；吊水桶3-2上表面開有二個孔，上端面第一孔通過第四膠管6-4和三通膠管接頭7-1以及第四閥門5-4與抽氣設(shè)備3-1相連，三通膠管接頭7-1另一端上安裝負(fù)壓表3-4，用以測量吊水桶內(nèi)的負(fù)壓值/?上表面第二孔通過第五膠管6-5和第五閥門5-5與補水桶4-1上部相連；補水桶4-1上表面的外接口 4-3與第六閥門5-6相連。
[0024]如圖1、圖2、圖3所示，所述試樣室，包括:法蘭1-1，八顆螺帽1-2，八片墊片1_3，八根螺桿1-4，試樣桶1-5，濾紙1-6，硅膠墊圈1-7，結(jié)構(gòu)膠1-8，試樣桶底座1_9，環(huán)形凹槽1-10，導(dǎo)水通道1-11和高進氣值陶土板1-12 ;試樣桶底座1-9安裝在加載系統(tǒng)底座2-7上，試樣桶底座1-9中心的槽內(nèi)開有相互連通的環(huán)形凹槽1-10，高進氣值陶土板1-12安裝在試樣桶底座1-9中心的槽內(nèi)，四周用結(jié)構(gòu)膠1-8密封，高進氣值陶土板1-12上表面從下至上依次安裝濾紙1-6、硅膠墊圈1-7和試樣桶1-5，濾紙1-6用以防止試驗過程中試樣中的微小顆粒堵塞高進氣值陶土板3-1內(nèi)的孔隙；環(huán)繞在試樣桶1-5外的試樣桶底座1-9上均布有八根螺桿1-4，法蘭1-1通過其上的開孔分別穿過各自的螺桿1-4后壓實在試樣桶
1-5上，在螺桿1-4頂端上安裝螺帽1-2并壓緊在法蘭1-1上，實現(xiàn)試樣桶1-5底與試樣桶底座1-9之間的密封。
[0025]如圖1、圖4所示，所述加載系統(tǒng)，包括四只百分表2-1，砝碼2-2，堆載板2-3，傳力桿2-4，四根導(dǎo)向桿2-5，多孔加載板2-6和加載系統(tǒng)底座2-7 ;在加載系統(tǒng)底座2_7四角上分別裝有一根導(dǎo)向桿2-4 ;堆載板2-3四角上的孔分別穿過各自的導(dǎo)向桿2-4 ;堆載板2-3上端面四角分別裝有一只百分表2-1，用于測量試樣壓縮變形量，堆載板2-3上端裝有砝碼
2-2;傳力桿2-4上端固定在堆載板2-3下端面中心，多孔加載板2-6上端面中心固定在傳力桿2-4下端，多孔加載板2-6下端面壓在試樣桶1-5內(nèi)的試樣上。多孔加載板2-6開孔，使試樣與大氣接觸，保持試樣內(nèi)氣壓為大氣壓強試樣中的凈法向應(yīng)力為砝碼2-2、堆載板2-3、傳力桿2-4和多孔加載板2-6的荷載之和，通過改變砝碼2-2的重量實現(xiàn)凈法向應(yīng)力的實時控制。
[0026]所述吊水桶3-2、補水桶4-1、蓄水桶4-2、試樣桶1_5和試樣桶底座1_9的材料均為有機玻璃材料。補水桶4-1在試驗開始時，用于飽和高進氣值陶土板1-12和試樣。蓄補水系統(tǒng)在試驗過程中，可以維持吊水桶3-2中的水量不變，通過測量蓄水桶4-2和補水桶
4-1內(nèi)的水量變化確定試樣中的水量變化。
[0027]所述高進氣值陶土