專利名稱：垃圾土壓縮沉降分層觀測儀及其測試方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種對垃圾土進(jìn)行室內(nèi)壓縮沉降觀測試驗(yàn)用的儀器及其對垃圾土進(jìn)行壓 縮沉降分層觀測的方法。
背景技術(shù)：
隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展及城市化程度日益提高，城市生活垃圾日益增加，造成的危害也 日益嚴(yán)重，垃圾污染己成為我國政府高度重視和著力解決的重大環(huán)境保護(hù)問題之一。垃圾 填埋作為垃圾處理方式之一，相比之下由于它具有技術(shù)可靠、工藝簡單、管理方便、投資 少等優(yōu)點(diǎn)而成為現(xiàn)階段我國及許多發(fā)達(dá)國家的首選，因此在這方面進(jìn)行研究是非常有必要 且非常具有前景。我國在垃圾填埋研究方面的起步較晚，研究人員不多，成果極少，與國 外相比落后許多，極大地制約著我國填埋場的建設(shè)與發(fā)展。填埋研究是一門與試驗(yàn)緊密結(jié)合的新興學(xué)科，要取得令人信服的成果必須采用專門的 儀器進(jìn)行試驗(yàn)，現(xiàn)階段測試?yán)脸两档母鞣N試驗(yàn)儀器大多是對傳統(tǒng)的土工試驗(yàn)儀器的改 進(jìn)，試驗(yàn)方法和儀器簡單方便，但有著明顯的缺點(diǎn)首先由于垃圾土的極度不均勻性、高 壓縮性和可降解等性質(zhì)，儀器難以滿足垃圾土沉降試驗(yàn)的要求和精度；其次現(xiàn)代填埋場都 是"高、大"型的，垃圾土的上覆壓力很大，傳統(tǒng)土工儀器往往加載范圍不大，較小的加 載范圍使得試驗(yàn)結(jié)果具有很大的局限性；再次傳統(tǒng)土工試驗(yàn)儀器的土樣室很小，也就是說 試驗(yàn)的試樣體積也只能很小，而填埋場中垃圾土都是分層填埋的，下一層的垃圾土?xí)艿?新填埋垃圾土的壓力作用，使得每一層垃圾土的沉降和降解都不盡相同，小體積的試樣很 難實(shí)現(xiàn)分層，或者即使分層后，由于每一層垃圾土體積太小，導(dǎo)致宏觀上體現(xiàn)不出也量測 不出這種差別，所以它無法得出垃圾土分層填埋的沉降和降解特性。另外我們都知道小體 積的試樣在試驗(yàn)過程中受到邊界效應(yīng)的影響會較為顯著，由于該儀器的土樣室小，這就會 使試樣在壓縮過程中受到極大的邊界約束作用。同時(shí)土樣室小也使得沉降只能一個(gè)小范圍 內(nèi)變化，而垃圾土是具有高壓縮性的。這些都使得試樣壓縮的過程和實(shí)際填埋場垃圾土的 壓縮過程有很大的差別；最后儀器由于系統(tǒng)的摩擦等損耗，實(shí)際加載的壓力往往不等同于 作用在試樣上的壓力，這種影響在小壓力時(shí)更明顯，如果直接把外加荷載直接算做是作用在試樣上的荷載，會使試驗(yàn)結(jié)果有一些偏差。綜上可以看出，試驗(yàn)儀器的局限性正是制約 該領(lǐng)域研究的最大障礙之一。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對上述存在的缺陷，提出一種更為合理準(zhǔn)確的測定并觀測垃圾土 沉降的試驗(yàn)裝置。
為解決以上的技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下的技術(shù)方案
本發(fā)明的垃圾土壓縮沉降分層觀測儀，包括固定框架、試料桶、傳力機(jī)構(gòu)、施力機(jī)構(gòu)， 所述試料桶包括順序相連的試料桶蓋、試料桶體、試料桶底，所述試料桶蓋上設(shè)有加水口、 氣體收集管、密封裝置，所述試料桶體外壁設(shè)有桶壁標(biāo)尺，所述試料桶底順序放置有承壓 上底板、壓力傳感器和承壓下底板，所述承壓上底板上設(shè)置過濾孔，所述壓力傳感器通過 數(shù)據(jù)線與外部儀器相連，所述承壓下底板連接有液體收集管并固定于所述固定框架，所述 傳力機(jī)構(gòu)包括順序相連的加壓盤、軸力傳感器，壓力桿、加壓頭、傳壓板，所述加壓盤連 接有游標(biāo)卡尺，所述壓力桿穿過所述試料桶蓋，所述軸力傳感器通過數(shù)據(jù)線與外部儀器相 連，所述施力機(jī)構(gòu)包括荷載、吊繩、靜滑輪、動滑輪、荷載靜滑輪、轉(zhuǎn)向靜滑輪，所述吊 繩一端連接所述荷載，另一端順序經(jīng)過所述荷載靜滑輪、所述靜滑輪、所述動滑輪和所述 轉(zhuǎn)向靜滑輪與所述加壓盤相連，所述靜滑輪、所述荷載靜滑輪、所述轉(zhuǎn)向靜滑輪安裝于所 述固定框架。
本發(fā)明的垃圾土壓縮沉降分層觀測儀還包括連接于加壓盤的用于將傳力機(jī)構(gòu)提起的 升降滑輪、轉(zhuǎn)動搖柄。
本發(fā)明的垃圾土壓縮沉降分層觀測儀的試料桶體分截設(shè)置。
本發(fā)明的垃圾土壓縮沉降分層觀測儀的承壓下底板上設(shè)置淋濾液收集通道。
一種利用上述的垃圾土壓縮沉降分層觀測儀進(jìn)行觀測的測試方法，包括如下步驟
首先根據(jù)試樣大小和試驗(yàn)要求將試料桶體進(jìn)行組合連接好，將試料桶蓋和傳壓板升 起，然后往試料桶中填垃圾土試樣，將放入的垃圾土試樣分層，并在每一層中放置標(biāo)記物， 填埋好后，將試料桶蓋和傳壓板緩緩放下，此時(shí)記下游標(biāo)卡尺和標(biāo)記物在桶壁標(biāo)尺的初始 讀數(shù)，然后檢査加水口、氣體收集管、液體收集管和油杯密封裝置的密閉性，當(dāng)確定密閉 后，根據(jù)試驗(yàn)要求通過荷載實(shí)現(xiàn)分級加載或一次性加載，通過軸力傳感器、壓力傳感器在 外接的儀表中直接讀取壓力數(shù)據(jù)，通過觀察設(shè)置在每一層垃圾土層間的標(biāo)記物的位置變化，讀取游標(biāo)卡尺和桶壁標(biāo)尺的讀數(shù)變化，根據(jù)不同時(shí)刻的讀數(shù)，得到沉降隨著時(shí)間變化 的規(guī)律。
在上述試驗(yàn)過程中還可以通過加水口實(shí)現(xiàn)液體或淋濾液的回灌，通過氣體收集管和 液體收集管對產(chǎn)生的氣體和淋濾液進(jìn)行收集。
通過以上的技術(shù)方案可實(shí)現(xiàn)以下的技術(shù)效果
(1) 本儀器通過設(shè)置軸力傳感器、壓力傳感器，可以清楚準(zhǔn)確地了解實(shí)際作用在垃圾 土上的應(yīng)力的變化，從而為壓縮沉降的計(jì)算提供明確的荷載傳遞關(guān)系，通過軸力傳感器、 壓力傳感器的讀數(shù)差，還可以得到系統(tǒng)損耗的力的大小，比以往的垃圾土壓縮沉降儀器更 先進(jìn)；
(2) 本儀器通過加壓盤連接的游標(biāo)卡尺、試料桶外壁設(shè)置的標(biāo)尺措施，對于各層的沉 降觀測更加準(zhǔn)確；
(3) 本儀器通過在試料桶底設(shè)置具有過濾孔的承壓上底板和具有淋濾液收集通道的承 壓下底板及與承壓下底板相連的收集管實(shí)現(xiàn)淋濾液的回收，試料桶蓋設(shè)置加水口實(shí)現(xiàn)往試 料桶中加水或者回灌淋濾液，更能準(zhǔn)確的模擬生物填埋場的實(shí)際情況；
(4) 本儀器的試料桶體分截設(shè)置，因此可根據(jù)試驗(yàn)需要采用不同桶截進(jìn)行組合，實(shí)現(xiàn) 對大體積的試樣的觀察和較大沉降變化的測量，為試驗(yàn)數(shù)據(jù)的合理性、可參考性和準(zhǔn)確性 提供保障；
(5) 本儀器荷載通過滑輪組將力施加在加壓板上，結(jié)構(gòu)緊湊，操作方便。
通過這臺儀器可進(jìn)行垃圾土研究的一系列相關(guān)試驗(yàn)，本儀器得出的垃圾土沉降的試驗(yàn) 結(jié)果比原有的垃圾土壓縮儀器試樣結(jié)果更合理，更接近現(xiàn)場真實(shí)情況。本儀器結(jié)構(gòu)清晰， 操作方便為我國未來填埋場的設(shè)計(jì)與發(fā)展提供有力的技術(shù)支持。


圖1為本發(fā)明垃圾土分層沉降觀測儀平面圖； 圖2為本發(fā)明垃圾土分層沉降觀測儀承壓上底板俯視圖； 圖3為本發(fā)明垃圾土分層沉降觀測儀承壓下底板俯視圖； 圖4為本發(fā)明垃圾土分層沉降觀測儀承壓下底板側(cè)視圖。
圖中1頂板，2立板，3加強(qiáng)板，4定滑輪，5加壓盤，6升降滑輪，7壓力桿，8 吊繩，9搖柄，IO卡尺傳動滑輪，ll動滑輪，12導(dǎo)向套，13襯套，14中板，15荷載
6(重綞)靜滑輪，16轉(zhuǎn)向靜滑輪，17密封座，18試料桶蓋，19壓圈，20加水口， 21密 封圈，22氣體收集管，23密封裝置，24加壓頭，25傳壓板，26游標(biāo)卡尺，27試料桶體， 28標(biāo)尺，29荷載(重錘)，30荷載(重錘)架，31立柱，32承壓上底板，33拉緊螺桿， 34壓力傳感器，35定位螺絲，36承壓上底板，37承壓下底板，38固定定位圈，39液體 收集管，40軸力傳感器，41渠，42溝。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
如圖1所示，垃圾土分層沉降觀測儀的結(jié)構(gòu)經(jīng)過荷載靜滑輪15的吊繩8 —端連接
荷載(如重錘)， 一端經(jīng)過靜滑輪4、動滑輪ll、轉(zhuǎn)向靜滑輪16，將荷載重力傳到加壓
盤5上，加壓盤5下面設(shè)置一軸力傳感器40，并與壓力桿7相連，加壓盤5頂部通過卡 尺傳動滑輪10和游標(biāo)卡尺26相連，并且通過升降滑輪6和搖柄9相連，壓力桿7通過"^" 型加壓頭24連接傳壓板25，傳壓板25作用在試樣上，壓力桿7穿過試料桶蓋18時(shí)的結(jié) 合處有密封座17和密封圈21，試料桶蓋18上設(shè)有加水口 20、氣體收集管22和油杯密封 裝置23，有機(jī)玻璃試料桶體27外壁貼有桶壁標(biāo)尺28，試料桶底的承壓上底板32和承壓 下底板37之間設(shè)置壓力傳感器34，承壓上底板32上設(shè)置過濾孔，承壓下底板37上設(shè)置 溝42、渠41，渠41連接液體收集管39。
為了試驗(yàn)數(shù)據(jù)的合理性、可參考性和準(zhǔn)確性，垃圾土的沉降試驗(yàn)需要用大體積的試樣 進(jìn)行觀測，同時(shí)需要能測量比較大的沉降變化，該儀器的試料桶體27有三截，材料為有 機(jī)玻璃，3個(gè)桶截的尺寸(HX4))分別為800X540mra、 700X540mm、 500X540mm，因此 可根據(jù)試驗(yàn)需要采用不同桶截組合進(jìn)行最高200cm、最大體積為0. 5m3的試樣的沉降試驗(yàn)， 同時(shí)加壓桿7長度為1.5m，所以可以允許的最大沉降為1.5m，由于試樣體積大，可以比 較方便的實(shí)現(xiàn)填埋分層壓縮沉降的觀測；
其次，荷載通過位于四個(gè)方向的四組動滑輪11、靜滑輪4結(jié)合的傳動方式進(jìn)行加載， 最大荷載可達(dá)到0. 4Mpa的壓力；
本儀器還設(shè)置了四個(gè)荷載傳感器，其中一個(gè)傳感器設(shè)在壓力桿7上，為軸力傳感器 40，量程10KN，其余3個(gè)量程均為30KN的傳感器設(shè)于底桶上底板32下面，為壓力傳感 器34，各荷載傳感器(軸力傳感器40、壓力傳感器34)通過數(shù)據(jù)線與試料桶體27外部 儀表相連，傳感器的設(shè)置可以清楚準(zhǔn)確地了解實(shí)際作用在垃圾土上的應(yīng)力的變化，從而為 壓縮沉降的計(jì)算提供明確的荷載傳遞關(guān)系，通過上下荷載傳感器(軸力傳感器、壓力傳感器)的讀數(shù)差，還可以得到系統(tǒng)損耗的力的大小，這也是以往的垃圾土壓縮沉降儀器所不 能完成的；
對于各層的沉降觀測更加準(zhǔn)確，試料桶體27內(nèi)沉降觀測分兩種情況，內(nèi)部各層沉降 觀測主要通過內(nèi)部設(shè)置的標(biāo)志物結(jié)合試料桶體27壁上貼著的標(biāo)尺28進(jìn)行讀數(shù)，而試驗(yàn)頂 部讀數(shù)則通過穿過固定于立柱31上滑輪的細(xì)鋼絲拉動游標(biāo)卡尺26垂直上下進(jìn)行讀數(shù)，其 中游標(biāo)卡尺精度達(dá)0. Olcm;
儀器還可以通過加水口 20往試料桶中加水或者回灌淋濾液；通過氣體收集管22和 液體收集管39可以收集垃圾土反應(yīng)產(chǎn)生的氣體和淋濾液，其中液體收集采用承壓上底板 32和承壓下底板37共同作用，如圖2所示，承壓上底板32布滿孔洞，反應(yīng)產(chǎn)生的淋濾 液可以通過孔洞滲出到承壓下底板37上，如圖4所示，承壓下底板37是一個(gè)中間略微凸 起，往四周逐漸變緩的"穹"狀圓盤，如圖3所示，承壓下底板37上面設(shè)置了淋濾液收 集通道"溝"42和"渠"41，液體收集管39和每一條"渠"41相連，通過設(shè)置在承壓 下底板上的淋濾液收集通道"溝"42和"渠"41，液體最終流入液體收集管39進(jìn)行收 集。
實(shí)施例一
當(dāng)進(jìn)行垃圾土的壓縮沉降觀測試驗(yàn)時(shí)，首先根據(jù)試樣大小和試驗(yàn)要求選擇合適的試 料桶體27進(jìn)行組合連接好，利用升降滑輪6的連接，通過轉(zhuǎn)動搖柄9將試料桶蓋18和傳 壓板25升起，然后往試料桶中填垃圾土試樣，將放入的垃圾土試樣按照要求分層，并在 每一層中放置標(biāo)記物，填埋好后，將試料桶蓋18和傳壓板25緩緩放下，此時(shí)記下游標(biāo)卡 尺26和標(biāo)記物在桶壁標(biāo)尺28的初始讀數(shù)，然后檢査加水口20、氣體收集管22、液體收 集管39和油杯密封裝置23的密閉性，當(dāng)確定密閉后，即可根據(jù)試驗(yàn)要求通過荷載(重錘) 29實(shí)現(xiàn)加載，可以分級加載也可以一次性加載，通過軸力傳感器40、壓力傳感器34在外 接的儀表中直接讀取壓力數(shù)據(jù)，通過觀察設(shè)置在每一層垃圾土層間的標(biāo)記物的位置變化， 讀取游標(biāo)卡尺26和桶壁標(biāo)尺28的讀數(shù)變化，根據(jù)不同時(shí)刻的讀數(shù)，可以得到沉降隨著時(shí) 間變化的規(guī)律，試驗(yàn)過程中可以通過加水口 20實(shí)現(xiàn)液體或淋濾液的回灌，從而模擬生物 反應(yīng)填埋場的工作過程，通過氣體收集管22和液體收集管39可以對產(chǎn)生的氣體和淋濾液 進(jìn)行收集，最終得到氣體和淋濾液的產(chǎn)生量變化規(guī)律。
權(quán)利要求
1.一種垃圾土壓縮沉降分層觀測儀，其特征是包括固定框架、試料桶、傳力機(jī)構(gòu)、施力機(jī)構(gòu)，所述試料桶包括順序相連的試料桶蓋(18)、試料桶體(27)、試料桶底，試料桶蓋(18)上設(shè)有加水口(20)、氣體收集管(22)、密封裝置(23)，試料桶體(27)外壁設(shè)有桶壁標(biāo)尺(28)，試料桶底順序放置有承壓上底板(32)、壓力傳感器(34)和承壓下底板(37)，承壓上底板(32)上設(shè)置過濾孔，壓力傳感器(34)通過數(shù)據(jù)線與外部儀器相連，承壓下底板(37)連接有液體收集管(39)并固定于所述固定框架，所述傳力機(jī)構(gòu)包括順序相連的加壓盤(5)、軸力傳感器(40)，壓力桿(7)、加壓頭(24)、傳壓板(25)，所述加壓盤(5)連接有游標(biāo)卡尺(26)，壓力桿(7)穿過所述試料桶蓋(18)，軸力傳感器(40)通過數(shù)據(jù)線與外部儀器相連，所述施力機(jī)構(gòu)包括荷載(29)、吊繩(8)、靜滑輪(4)、動滑輪(11)、荷載靜滑輪(15)、轉(zhuǎn)向靜滑輪(16)，吊繩(8)一端連接所述荷載(29)，另一端順序經(jīng)過荷載靜滑輪(15)、靜滑輪(4)、動滑輪(11)和轉(zhuǎn)向靜滑輪(16)與所述加壓盤(5)相連，靜滑輪(4)、荷載靜滑輪(15)、轉(zhuǎn)向靜滑輪(16)安裝于所述固定框架。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的垃圾土壓縮沉降分層觀測儀，其特征是還包括連接于上 述加壓盤(5)的用于將上述傳力機(jī)構(gòu)提起的升降滑輪(6)、轉(zhuǎn)動搖柄(9)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的垃圾土壓縮沉降分層觀測儀，其特征是所述試料桶體(27) 分截設(shè)置。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的垃圾土壓縮沉降分層觀測儀，其特征是所述承壓下底板 (37)上設(shè)置淋濾液收集通道。
5、 一種利用權(quán)利要求1所述的垃圾土壓縮沉降分層觀測儀進(jìn)行觀測的測試方法，其 特征在于包括如下步驟首先根據(jù)試樣大小和試驗(yàn)要求將試料桶體(27)進(jìn)行組合連接好，將試料桶蓋(18) 和傳壓板(25)升起，然后往試料桶中填垃圾土試樣，將放入的垃圾土試樣分層，并在每 一層中放置標(biāo)記物，填埋好后，將試料桶蓋(18)和傳壓板(25)緩緩放下，此時(shí)記下游 標(biāo)卡尺(26)和標(biāo)記物在桶壁標(biāo)尺(28)的初始讀數(shù)，然后檢查加水口 (20)、氣體收集 管(22)、液體收集管(39)和油杯密封裝置(23)的密閉性，當(dāng)確定密閉后，根據(jù)試驗(yàn) 要求通過荷載(29)實(shí)現(xiàn)分級加載或一次性加載，通過軸力傳感器(40)、壓力傳感器(34) 在外接的儀表中直接讀取壓力數(shù)據(jù)，通過觀察設(shè)置在每一層垃圾土層間的標(biāo)記物的位置變 化，讀取游標(biāo)卡尺(26)和桶壁標(biāo)尺(28)的讀數(shù)變化，根據(jù)不同時(shí)刻的讀數(shù)，得到沉降隨著時(shí)間變化的規(guī)律。
6、根據(jù)權(quán)利要求5所述的測試方法，其特征在于試驗(yàn)過程中通過加水口 (20)實(shí) 現(xiàn)液體或淋濾液的回灌，通過氣體收集管(22)和液體收集管(39)對產(chǎn)生的氣體和淋濾液進(jìn)行收集。
全文摘要
本發(fā)明提供一種垃圾土壓縮沉降分層觀測儀及其測試方法。本觀測儀包括固定框架、試料桶、傳力機(jī)構(gòu)、施力機(jī)構(gòu)，施力機(jī)構(gòu)由荷載和滑輪組組成，荷載的重力通過滑輪組、傳力機(jī)構(gòu)傳遞到試料桶內(nèi)的試料上，傳力機(jī)構(gòu)設(shè)置有軸力傳感器，試料桶底設(shè)置有壓力傳感器，同時(shí)在傳力機(jī)構(gòu)的加壓盤上連有游標(biāo)卡尺，試料桶體外壁設(shè)有標(biāo)尺，試料桶蓋設(shè)有加水口、氣體收集口、試料桶底設(shè)有液體收集管，在測試?yán)练謱訅嚎s沉降時(shí)，將試樣分層放入試料桶內(nèi)，通過層間標(biāo)記物的位置變化測出每層垃圾土的沉降值，通過本發(fā)明能準(zhǔn)確觀察荷載的傳遞關(guān)系，可方便的觀察試料的壓縮沉降分層信息，可以實(shí)現(xiàn)淋濾液回灌，能更真實(shí)的模擬生物填埋場。
文檔編號G01N33/00GK101609080SQ20091018175
公開日2009年12月23日 申請日期2009年7月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月23日
發(fā)明者劉曉東, 廖智強(qiáng), 彭功勛, 施建勇, 艾英缽 申請人:河海大學(xué)