【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于環(huán)境巖土工程中土體水-力特性測試領(lǐng)域，具體涉及一種氣候模擬條件下土體水-力特性的試驗(yàn)裝置及測試方法。
技術(shù)介紹
1、垃圾填埋在垃圾最終處理手段中占有較大的比例。垃圾填埋場封場設(shè)計(jì)多采用黏土分層壓實(shí)，但隨著城市垃圾填埋場服役年限增長，壓實(shí)黏土覆蓋層極易受環(huán)境條件變化（如：干-濕、凍-融循環(huán)），產(chǎn)生收縮變形，削弱其防滲、封閉等功能。甚至造成填埋場滲瀝液和填埋氣污染地下水和周邊環(huán)境安全。垃圾填埋場已經(jīng)成為生態(tài)環(huán)境治理的新風(fēng)險點(diǎn)，填埋氣逃逸（甲烷）、滲濾液污染等問題可能會對大氣溫室效應(yīng)、周圍地下水和土壤形成二次污染。
2、非飽和土的水-力特性通常用土水特征曲線(swcc)來表示。土水特征曲線可以反映土體的許多重要工程特性，如變形、保水和滲透性等。填埋場覆層土受環(huán)境條件影響土體易發(fā)生微宏觀結(jié)構(gòu)變化，因此，測試土體的變形和內(nèi)部吸力變化有著非常重要的意義。
3、相關(guān)研究表明，優(yōu)化填埋場覆蓋層對填埋氣吸附、氧化能力是控制填埋場溫室氣體釋放的一種經(jīng)濟(jì)、高效的技術(shù)手段。目前，有關(guān)填埋場覆層土對填埋氣和滲瀝液的防滲作用多采用穩(wěn)態(tài)或半穩(wěn)態(tài)方法研究，即假設(shè)土體的理化性質(zhì)、水-力特性和內(nèi)部應(yīng)力狀態(tài)不受外界環(huán)境因素影響。很少考慮土體內(nèi)部吸力變化過程中，宏觀裂隙的變形形態(tài)。結(jié)合工程實(shí)際，受自然環(huán)境因素影響，如冬-夏季節(jié)性凍融交替、降雨-日曬干濕變化，均會引起土體內(nèi)部吸力改變，進(jìn)而造成宏觀土體的開裂和沉降變形。同時，受填埋場內(nèi)部垃圾生物降解會引起覆層土沉降，造成土體受內(nèi)外因作用產(chǎn)生變形。內(nèi)部吸力和外部因素變化引起土體內(nèi)部應(yīng)力
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)的目的是提供一種氣候模擬條件下土體水-力特性的試驗(yàn)裝置及測試方法，通過一個試驗(yàn)裝置可完成控制吸力的土體變形參數(shù)的測定，同時，借助發(fā)熱裝置和鹽溶液加濕技術(shù)以及制冷系統(tǒng)可模擬干濕和凍融環(huán)境變化條件下，土體的變形和保水特性，滿足土木工程和環(huán)境巖土工程學(xué)科領(lǐng)域?qū)ν馏w水-力學(xué)參數(shù)的測試需求。結(jié)合垃圾填埋場終覆蓋層對土體工程特性要求，可評估土體的密閉性指標(biāo)，為終覆蓋層設(shè)計(jì)提供測試技術(shù)和設(shè)計(jì)參數(shù)支撐。
2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)所采用的技術(shù)方案是：氣候模擬條件下土體水-力特性的試驗(yàn)裝置，包括環(huán)境試驗(yàn)箱，用于在箱體內(nèi)部模擬試驗(yàn)所需的氣候環(huán)境，環(huán)境試驗(yàn)箱內(nèi)設(shè)置有試驗(yàn)腔室，試驗(yàn)腔室用于容納試驗(yàn)樣品；
3、可控濕度的噴霧系統(tǒng)，包括飽和鹽溶液容器、蠕動泵和噴霧裝置，噴霧裝置的噴頭位于環(huán)境試驗(yàn)箱內(nèi)，噴霧裝置的噴霧管道的進(jìn)口位于飽和鹽溶液容器內(nèi)的液面以上位置，噴霧管道上設(shè)置有截止閥，所述蠕動泵進(jìn)出口連接的管道口均位于飽和鹽溶液容器的液面以下；
4、水壓力控制器，其出水口通過供水管道與所述噴霧管道連接，供水管道上設(shè)置有截止閥；
5、加熱系統(tǒng)，包括設(shè)置在環(huán)境試驗(yàn)箱頂部的發(fā)熱燈；
6、制冷系統(tǒng)，包括壓縮機(jī)、制冷劑瓶和空調(diào)出風(fēng)口，空調(diào)出風(fēng)口位于環(huán)境試驗(yàn)箱內(nèi)，壓縮機(jī)和制冷劑瓶位于環(huán)境試驗(yàn)箱外；
7、環(huán)境試驗(yàn)箱內(nèi)還設(shè)置有溫濕度傳感器、溫度探頭、電子天平、張力計(jì)和高清攝像機(jī)、環(huán)境試驗(yàn)箱外設(shè)置有數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，所述溫濕度傳感器、溫度探頭、電子天平、張力計(jì)和高清攝像機(jī)與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連接，所述張力計(jì)穿過所述試驗(yàn)腔室的側(cè)壁插入試驗(yàn)樣品內(nèi)部。
8、所述試驗(yàn)腔室由透明材料制成，包括第一類試驗(yàn)腔室、第二類試驗(yàn)腔室和第三類試驗(yàn)腔室，第一類試驗(yàn)腔室為具有底部法蘭板、且頂部敞口的圓柱體腔室，底部法蘭板上開設(shè)有多個與腔室內(nèi)部連通的通孔；第二類試驗(yàn)腔室為具有頂部法蘭板和底部法蘭板的圓柱體腔室，且頂部法蘭板和底部法蘭板上均開設(shè)有多個與腔室內(nèi)部連通的通孔；第三類試驗(yàn)腔室是具有頂部法蘭板和底部法蘭板的圓柱體腔室，僅在頂部法蘭板上開設(shè)與腔室內(nèi)部連通的通孔。
9、當(dāng)需要對單一土體試驗(yàn)時，第一類試驗(yàn)腔室或第三類試驗(yàn)腔室單獨(dú)使用，容納試驗(yàn)樣品；當(dāng)需要對不同土體試驗(yàn)時，第一類試驗(yàn)腔室、第二類試驗(yàn)腔室和第三類試驗(yàn)腔室進(jìn)行上下疊加組合使用，每個試驗(yàn)腔室分別放置相應(yīng)的試驗(yàn)樣品，并在組合后頂部法蘭板和底部法蘭板上的通孔對齊。
10、所述頂部法蘭板和底部法蘭板上預(yù)留有凹槽，以安裝o型圈，并且兩個試驗(yàn)腔室組合時，頂部法蘭板和底部法蘭板之間通過螺栓緊固連接，壓緊o型圈。
11、所述供水管道與所述噴霧管道連通的位置位于噴霧管道上截止閥的出口側(cè)。
12、所述高清攝像機(jī)的鏡頭外罩設(shè)有透明保護(hù)罩。
13、所述高清攝像機(jī)的后端伸出所述環(huán)境試驗(yàn)箱的頂部，并與一個升降機(jī)構(gòu)連接。
14、所述升降機(jī)構(gòu)為一根水平設(shè)置的可調(diào)支桿，可調(diào)支桿的兩端活動套設(shè)在基座的兩根立桿上端，立桿上設(shè)置有調(diào)節(jié)螺母，調(diào)節(jié)螺母對可調(diào)支桿進(jìn)行支撐。
15、所述環(huán)境試驗(yàn)箱包括可拆卸連接的下部箱體和頂部箱蓋，下部箱體和頂部箱蓋均為夾層設(shè)置，具有能夠容納保溫介質(zhì)的保溫介質(zhì)腔。
16、一種土體水-力特性的試驗(yàn)方法，采用以上所述的試驗(yàn)裝置，分別模擬干-濕循環(huán)和凍-融循環(huán)，進(jìn)行土體樣品的變形特性試驗(yàn)；
17、所述干-濕循環(huán)中包括加濕過程和干燥過程，所述加濕過程利用飽和鹽溶液容器或水壓力控制器與噴霧裝置配合，對試驗(yàn)腔室中的土體樣品加濕處理；所述干燥過程利用發(fā)熱燈對土體樣品加熱干燥；反復(fù)進(jìn)行加濕過程和干燥過程操作，以模擬不同干-濕循環(huán)次數(shù)的變形特性試驗(yàn)，并在試驗(yàn)中通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)記錄高清攝像機(jī)、張力計(jì)、溫濕度傳感器、溫度探頭和電子天平的初始值和試驗(yàn)過程中的數(shù)值，最后對所獲取的信息進(jìn)行處理，形成定量化分析土體裂紋的演變過程；
18、所述凍-融循環(huán)中包括冷凍過程、融化過程和加濕過程，所述冷凍過程利用所述制冷系統(tǒng)進(jìn)行，所述融化過程利用所述發(fā)熱燈進(jìn)行；反復(fù)進(jìn)行冷凍過程、融化過程和加濕過程操作，模擬不同凍-融循環(huán)次數(shù)的變形特性試驗(yàn)，并在試驗(yàn)中通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)記錄高清攝像機(jī)、張力計(jì)、溫濕度傳感器、溫度探頭和電子天平的初始值和試驗(yàn)過程中的數(shù)值，最后對所獲取的信息進(jìn)行處理，定量分析土體裂紋。
19、本專利技術(shù)的有益效果是：本裝置功能可滿足多種土木與環(huán)境巖土工程學(xué)科的試驗(yàn)。其中功能一可用來模擬降雨和日曬交替變化的環(huán)境變化，測定不同工況下（如：干-濕循環(huán)次數(shù)、土樣的含水量、干密度、孔隙比和土質(zhì)類型等）土體的變形參數(shù)和吸力值，得出體變和吸力指標(biāo)隨試驗(yàn)控制因素的變化規(guī)律；功能二可用來模擬冬凍夏融的環(huán)境變化，測定不同工況下（如：凍-融循環(huán)次數(shù)、土樣的含水量、干密度、孔隙比和土質(zhì)類型等因素）土體的變形參數(shù)和吸力值，得出體變和吸力指標(biāo)隨試驗(yàn)控制因素的變化本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.氣候模擬條件下土體水-力特性的試驗(yàn)裝置，其特征在于：包括環(huán)境試驗(yàn)箱，用于在箱體內(nèi)部模擬試驗(yàn)所需的氣候環(huán)境，環(huán)境試驗(yàn)箱內(nèi)設(shè)置有試驗(yàn)腔室，試驗(yàn)腔室用于容納試驗(yàn)樣品；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的土體水-力特性的試驗(yàn)裝置，其特征在于：所述試驗(yàn)腔室由透明材料制成，包括第一類試驗(yàn)腔室、第二類試驗(yàn)腔室和第三類試驗(yàn)腔室，第一類試驗(yàn)腔室為具有底部法蘭板、且頂部敞口的圓柱體腔室，底部法蘭板上開設(shè)有多個與腔室內(nèi)部連通的通孔；第二類試驗(yàn)腔室為具有頂部法蘭板和底部法蘭板的圓柱體腔室，且頂部法蘭板和底部法蘭板上均開設(shè)有多個與腔室內(nèi)部連通的通孔；第三類試驗(yàn)腔室是具有頂部法蘭板和底部法蘭板的圓柱體腔室，僅在頂部法蘭板上開設(shè)與腔室內(nèi)部連通的通孔。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的土體水-力特性的試驗(yàn)裝置，其特征在于：當(dāng)需要對單一土體試驗(yàn)時，第一類試驗(yàn)腔室或第三類試驗(yàn)腔室單獨(dú)使用，容納試驗(yàn)樣品；當(dāng)需要對不同土體試驗(yàn)時，第一類試驗(yàn)腔室、第二類試驗(yàn)腔室和第三類試驗(yàn)腔室進(jìn)行上下疊加組合使用，每個試驗(yàn)腔室分別放置相應(yīng)的試驗(yàn)樣品，并在組合后頂部法蘭板和底部法蘭板上的通孔對齊。
4.根據(jù)權(quán)利要求2
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的土體水-力特性的試驗(yàn)裝置，其特征在于：所述供水管道與所述噴霧管道連通的位置位于噴霧管道上截止閥的出口側(cè)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的土體水-力特性的試驗(yàn)裝置，其特征在于：所述高清攝像機(jī)的鏡頭外罩設(shè)有透明保護(hù)罩。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的土體水-力特性的試驗(yàn)裝置，其特征在于：所述高清攝像機(jī)的后端伸出所述環(huán)境試驗(yàn)箱的頂部，并與一個升降機(jī)構(gòu)連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的土體水-力特性的試驗(yàn)裝置，其特征在于：所述升降機(jī)構(gòu)為一根水平設(shè)置的可調(diào)支桿，可調(diào)支桿的兩端活動套設(shè)在基座的兩根立桿上端，立桿上設(shè)置有調(diào)節(jié)螺母，調(diào)節(jié)螺母對可調(diào)支桿進(jìn)行支撐。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的土體水-力特性的試驗(yàn)裝置，其特征在于：所述環(huán)境試驗(yàn)箱包括可拆卸連接的下部箱體和頂部箱蓋，下部箱體和頂部箱蓋均為夾層設(shè)置，具有能夠容納保溫介質(zhì)的保溫介質(zhì)腔。
10.一種土體水-力特性的試驗(yàn)方法，其特征在于：采用權(quán)利要求1-9任一項(xiàng)所述的試驗(yàn)裝置，分別模擬干-濕循環(huán)和凍-融循環(huán)，進(jìn)行土體樣品的變形特性試驗(yàn)；
...【技術(shù)特征摘要】
1.氣候模擬條件下土體水-力特性的試驗(yàn)裝置，其特征在于：包括環(huán)境試驗(yàn)箱，用于在箱體內(nèi)部模擬試驗(yàn)所需的氣候環(huán)境，環(huán)境試驗(yàn)箱內(nèi)設(shè)置有試驗(yàn)腔室，試驗(yàn)腔室用于容納試驗(yàn)樣品；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的土體水-力特性的試驗(yàn)裝置，其特征在于：所述試驗(yàn)腔室由透明材料制成，包括第一類試驗(yàn)腔室、第二類試驗(yàn)腔室和第三類試驗(yàn)腔室，第一類試驗(yàn)腔室為具有底部法蘭板、且頂部敞口的圓柱體腔室，底部法蘭板上開設(shè)有多個與腔室內(nèi)部連通的通孔；第二類試驗(yàn)腔室為具有頂部法蘭板和底部法蘭板的圓柱體腔室，且頂部法蘭板和底部法蘭板上均開設(shè)有多個與腔室內(nèi)部連通的通孔；第三類試驗(yàn)腔室是具有頂部法蘭板和底部法蘭板的圓柱體腔室，僅在頂部法蘭板上開設(shè)與腔室內(nèi)部連通的通孔。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的土體水-力特性的試驗(yàn)裝置，其特征在于：當(dāng)需要對單一土體試驗(yàn)時，第一類試驗(yàn)腔室或第三類試驗(yàn)腔室單獨(dú)使用，容納試驗(yàn)樣品；當(dāng)需要對不同土體試驗(yàn)時，第一類試驗(yàn)腔室、第二類試驗(yàn)腔室和第三類試驗(yàn)腔室進(jìn)行上下疊加組合使用，每個試驗(yàn)腔室分別放置相應(yīng)的試驗(yàn)樣品，并在組合后頂部法蘭板和底部法蘭板上的通孔對齊。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的土體水-力特性的試驗(yàn)裝置，其特征在于：所述頂部法蘭板和底部法蘭板上預(yù)...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：李明玉，丁梧秀，高富強(qiáng)，宋白楊，黃強(qiáng)，何朋立，王曉強(qiáng)，嚴(yán)少洋，陳科，賀美欽，范晶宇，方澤然，
申請(專利權(quán))人：洛陽理工學(xué)院，
類型：發(fā)明
國別省市：
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