专利名称：垃圾土压缩沉降分层观测仪及其测试方法
技术领域：
本发明涉及一种对垃圾土进行室内压縮沉降观测试验用的仪器及其对垃圾土进行压 縮沉降分层观测的方法。
背景技术：
随着我国经济的发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 日益严重，垃圾污染己成为我国政府高度重视和着力解决的重大环境保护问题之一。垃圾 填埋作为垃圾处理方式之一，相比之下由于它具有技术可靠、工艺简单、管理方便、投资 少等优点而成为现阶段我国及许多发达国家的首选，因此在这方面进行研究是非常有必要 且非常具有前景。我国在垃圾填埋研究方面的起步较晚，研究人员不多，成果极少，与国 外相比落后许多，极大地制约着我国填埋场的建设与发展。填埋研究是一门与试验紧密结合的新兴学科，要取得令人信服的成果必须采用专门的 仪器进行试验，现阶段测试垃圾土沉降的各种试验仪器大多是对传统的土工试验仪器的改 进，试验方法和仪器简单方便，但有着明显的缺点首先由于垃圾土的极度不均匀性、高 压縮性和可降解等性质，仪器难以满足垃圾土沉降试验的要求和精度；其次现代填埋场都 是"高、大"型的，垃圾土的上覆压力很大，传统土工仪器往往加载范围不大，较小的加 载范围使得试验结果具有很大的局限性；再次传统土工试验仪器的土样室很小，也就是说 试验的试样体积也只能很小，而填埋场中垃圾土都是分层填埋的，下一层的垃圾土会受到 新填埋垃圾土的压力作用，使得每一层垃圾土的沉降和降解都不尽相同，小体积的试样很 难实现分层，或者即使分层后，由于每一层垃圾土体积太小，导致宏观上体现不出也量测 不出这种差别，所以它无法得出垃圾土分层填埋的沉降和降解特性。另外我们都知道小体 积的试样在试验过程中受到边界效应的影响会较为显著，由于该仪器的土样室小，这就会 使试样在压縮过程中受到极大的边界约束作用。同时土样室小也使得沉降只能一个小范围 内变化，而垃圾土是具有高压縮性的。这些都使得试样压缩的过程和实际填埋场垃圾土的 压縮过程有很大的差别；最后仪器由于系统的摩擦等损耗，实际加载的压力往往不等同于 作用在试样上的压力，这种影响在小压力时更明显，如果直接把外加荷载直接算做是作用在试样上的荷载，会使试验结果有一些偏差。综上可以看出，试验仪器的局限性正是制约 该领域研究的最大障碍之一。
发明内容
本发明的目的在于针对上述存在的缺陷，提出一种更为合理准确的测定并观测垃圾土 沉降的试验装置。
为解决以上的技术问题，本发明采用以下的技术方案
本发明的垃圾土压縮沉降分层观测仪，包括固定框架、试料桶、传力机构、施力机构， 所述试料桶包括顺序相连的试料桶盖、试料桶体、试料桶底，所述试料桶盖上设有加水口、 气体收集管、密封装置，所述试料桶体外壁设有桶壁标尺，所述试料桶底顺序放置有承压 上底板、压力传感器和承压下底板，所述承压上底板上设置过滤孔，所述压力传感器通过 数据线与外部仪器相连，所述承压下底板连接有液体收集管并固定于所述固定框架，所述 传力机构包括顺序相连的加压盘、轴力传感器，压力杆、加压头、传压板，所述加压盘连 接有游标卡尺，所述压力杆穿过所述试料桶盖，所述轴力传感器通过数据线与外部仪器相 连，所述施力机构包括荷载、吊绳、静滑轮、动滑轮、荷载静滑轮、转向静滑轮，所述吊 绳一端连接所述荷载，另一端顺序经过所述荷载静滑轮、所述静滑轮、所述动滑轮和所述 转向静滑轮与所述加压盘相连，所述静滑轮、所述荷载静滑轮、所述转向静滑轮安装于所 述固定框架。
本发明的垃圾土压縮沉降分层观测仪还包括连接于加压盘的用于将传力机构提起的 升降滑轮、转动摇柄。
本发明的垃圾土压縮沉降分层观测仪的试料桶体分截设置。
本发明的垃圾土压縮沉降分层观测仪的承压下底板上设置淋滤液收集通道。
一种利用上述的垃圾土压縮沉降分层观测仪进行观测的测试方法，包括如下步骤
首先根据试样大小和试验要求将试料桶体进行组合连接好，将试料桶盖和传压板升 起，然后往试料桶中填垃圾土试样，将放入的垃圾土试样分层，并在每一层中放置标记物， 填埋好后，将试料桶盖和传压板缓缓放下，此时记下游标卡尺和标记物在桶壁标尺的初始 读数，然后检査加水口、气体收集管、液体收集管和油杯密封装置的密闭性，当确定密闭 后，根据试验要求通过荷载实现分级加载或一次性加载，通过轴力传感器、压力传感器在 外接的仪表中直接读取压力数据，通过观察设置在每一层垃圾土层间的标记物的位置变化，读取游标卡尺和桶壁标尺的读数变化，根据不同时刻的读数，得到沉降随着时间变化 的规律。
在上述试验过程中还可以通过加水口实现液体或淋滤液的回灌，通过气体收集管和 液体收集管对产生的气体和淋滤液进行收集。
通过以上的技术方案可实现以下的技术效果
(1) 本仪器通过设置轴力传感器、压力传感器，可以清楚准确地了解实际作用在垃圾 土上的应力的变化，从而为压縮沉降的计算提供明确的荷载传递关系，通过轴力传感器、 压力传感器的读数差，还可以得到系统损耗的力的大小，比以往的垃圾土压縮沉降仪器更 先进；
(2) 本仪器通过加压盘连接的游标卡尺、试料桶外壁设置的标尺措施，对于各层的沉 降观测更加准确；
(3) 本仪器通过在试料桶底设置具有过滤孔的承压上底板和具有淋滤液收集通道的承 压下底板及与承压下底板相连的收集管实现淋滤液的回收，试料桶盖设置加水口实现往试 料桶中加水或者回灌淋滤液，更能准确的模拟生物填埋场的实际情况；
(4) 本仪器的试料桶体分截设置，因此可根据试验需要采用不同桶截进行组合，实现 对大体积的试样的观察和较大沉降变化的测量，为试验数据的合理性、可参考性和准确性 提供保障；
(5) 本仪器荷载通过滑轮组将力施加在加压板上，结构紧凑，操作方便。
通过这台仪器可进行垃圾土研究的一系列相关试验，本仪器得出的垃圾土沉降的试验 结果比原有的垃圾土压縮仪器试样结果更合理，更接近现场真实情况。本仪器结构清晰， 操作方便为我国未来填埋场的设计与发展提供有力的技术支持。
图1为本发明垃圾土分层沉降观测仪平面图； 图2为本发明垃圾土分层沉降观测仪承压上底板俯视图； 图3为本发明垃圾土分层沉降观测仪承压下底板俯视图； 图4为本发明垃圾土分层沉降观测仪承压下底板侧视图。
图中1顶板，2立板，3加强板，4定滑轮，5加压盘，6升降滑轮，7压力杆，8 吊绳，9摇柄，IO卡尺传动滑轮，ll动滑轮，12导向套，13衬套，14中板，15荷载
6(重缍)静滑轮，16转向静滑轮，17密封座，18试料桶盖，19压圈，20加水口， 21密 封圈，22气体收集管，23密封装置，24加压头，25传压板，26游标卡尺，27试料桶体， 28标尺，29荷载(重锤)，30荷载(重锤)架，31立柱，32承压上底板，33拉紧螺杆， 34压力传感器，35定位螺丝，36承压上底板，37承压下底板，38固定定位圈，39液体 收集管，40轴力传感器，41渠，42沟。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式
作进一步详细的说明。
如图1所示，垃圾土分层沉降观测仪的结构经过荷载静滑轮15的吊绳8 —端连接
荷载(如重锤)， 一端经过静滑轮4、动滑轮ll、转向静滑轮16，将荷载重力传到加压
盘5上，加压盘5下面设置一轴力传感器40，并与压力杆7相连，加压盘5顶部通过卡 尺传动滑轮10和游标卡尺26相连，并且通过升降滑轮6和摇柄9相连，压力杆7通过"^" 型加压头24连接传压板25，传压板25作用在试样上，压力杆7穿过试料桶盖18时的结 合处有密封座17和密封圈21，试料桶盖18上设有加水口 20、气体收集管22和油杯密封 装置23，有机玻璃试料桶体27外壁贴有桶壁标尺28，试料桶底的承压上底板32和承压 下底板37之间设置压力传感器34，承压上底板32上设置过滤孔，承压下底板37上设置 沟42、渠41，渠41连接液体收集管39。
为了试验数据的合理性、可参考性和准确性，垃圾土的沉降试验需要用大体积的试样 进行观测，同时需要能测量比较大的沉降变化，该仪器的试料桶体27有三截，材料为有 机玻璃，3个桶截的尺寸(HX4))分别为800X540mra、 700X540mm、 500X540mm，因此 可根据试验需要采用不同桶截组合进行最高200cm、最大体积为0. 5m3的试样的沉降试验， 同时加压杆7长度为1.5m，所以可以允许的最大沉降为1.5m，由于试样体积大，可以比 较方便的实现填埋分层压缩沉降的观测；
其次，荷载通过位于四个方向的四组动滑轮11、静滑轮4结合的传动方式进行加载， 最大荷载可达到0. 4Mpa的压力；
本仪器还设置了四个荷载传感器，其中一个传感器设在压力杆7上，为轴力传感器 40，量程10KN，其余3个量程均为30KN的传感器设于底桶上底板32下面，为压力传感 器34，各荷载传感器(轴力传感器40、压力传感器34)通过数据线与试料桶体27外部 仪表相连，传感器的设置可以清楚准确地了解实际作用在垃圾土上的应力的变化，从而为 压縮沉降的计算提供明确的荷载传递关系，通过上下荷载传感器(轴力传感器、压力传感器)的读数差，还可以得到系统损耗的力的大小，这也是以往的垃圾土压縮沉降仪器所不 能完成的；
对于各层的沉降观测更加准确，试料桶体27内沉降观测分两种情况，内部各层沉降 观测主要通过内部设置的标志物结合试料桶体27壁上贴着的标尺28进行读数，而试验顶 部读数则通过穿过固定于立柱31上滑轮的细钢丝拉动游标卡尺26垂直上下进行读数，其 中游标卡尺精度达0. Olcm;
仪器还可以通过加水口 20往试料桶中加水或者回灌淋滤液；通过气体收集管22和 液体收集管39可以收集垃圾土反应产生的气体和淋滤液，其中液体收集采用承压上底板 32和承压下底板37共同作用，如图2所示，承压上底板32布满孔洞，反应产生的淋滤 液可以通过孔洞渗出到承压下底板37上，如图4所示，承压下底板37是一个中间略微凸 起，往四周逐渐变缓的"穹"状圆盘，如图3所示，承压下底板37上面设置了淋滤液收 集通道"沟"42和"渠"41，液体收集管39和每一条"渠"41相连，通过设置在承压 下底板上的淋滤液收集通道"沟"42和"渠"41，液体最终流入液体收集管39进行收 集。
实施例一
当进行垃圾土的压縮沉降观测试验时，首先根据试样大小和试验要求选择合适的试 料桶体27进行组合连接好，利用升降滑轮6的连接，通过转动摇柄9将试料桶盖18和传 压板25升起，然后往试料桶中填垃圾土试样，将放入的垃圾土试样按照要求分层，并在 每一层中放置标记物，填埋好后，将试料桶盖18和传压板25缓缓放下，此时记下游标卡 尺26和标记物在桶壁标尺28的初始读数，然后检査加水口20、气体收集管22、液体收 集管39和油杯密封装置23的密闭性，当确定密闭后，即可根据试验要求通过荷载(重锤) 29实现加载，可以分级加载也可以一次性加载，通过轴力传感器40、压力传感器34在外 接的仪表中直接读取压力数据，通过观察设置在每一层垃圾土层间的标记物的位置变化， 读取游标卡尺26和桶壁标尺28的读数变化，根据不同时刻的读数，可以得到沉降随着时 间变化的规律，试验过程中可以通过加水口 20实现液体或淋滤液的回灌，从而模拟生物 反应填埋场的工作过程，通过气体收集管22和液体收集管39可以对产生的气体和淋滤液 进行收集，最终得到气体和淋滤液的产生量变化规律。
权利要求
1.一种垃圾土压缩沉降分层观测仪，其特征是包括固定框架、试料桶、传力机构、施力机构，所述试料桶包括顺序相连的试料桶盖(18)、试料桶体(27)、试料桶底，试料桶盖(18)上设有加水口(20)、气体收集管(22)、密封装置(23)，试料桶体(27)外壁设有桶壁标尺(28)，试料桶底顺序放置有承压上底板(32)、压力传感器(34)和承压下底板(37)，承压上底板(32)上设置过滤孔，压力传感器(34)通过数据线与外部仪器相连，承压下底板(37)连接有液体收集管(39)并固定于所述固定框架，所述传力机构包括顺序相连的加压盘(5)、轴力传感器(40)，压力杆(7)、加压头(24)、传压板(25)，所述加压盘(5)连接有游标卡尺(26)，压力杆(7)穿过所述试料桶盖(18)，轴力传感器(40)通过数据线与外部仪器相连，所述施力机构包括荷载(29)、吊绳(8)、静滑轮(4)、动滑轮(11)、荷载静滑轮(15)、转向静滑轮(16)，吊绳(8)一端连接所述荷载(29)，另一端顺序经过荷载静滑轮(15)、静滑轮(4)、动滑轮(11)和转向静滑轮(16)与所述加压盘(5)相连，静滑轮(4)、荷载静滑轮(15)、转向静滑轮(16)安装于所述固定框架。
2、 根据权利要求1所述的垃圾土压縮沉降分层观测仪，其特征是还包括连接于上 述加压盘(5)的用于将上述传力机构提起的升降滑轮(6)、转动摇柄(9)。
3、 根据权利要求1所述的垃圾土压缩沉降分层观测仪，其特征是所述试料桶体(27) 分截设置。
4、 根据权利要求1所述的垃圾土压縮沉降分层观测仪，其特征是所述承压下底板 (37)上设置淋滤液收集通道。
5、 一种利用权利要求1所述的垃圾土压缩沉降分层观测仪进行观测的测试方法，其 特征在于包括如下步骤首先根据试样大小和试验要求将试料桶体(27)进行组合连接好，将试料桶盖(18) 和传压板(25)升起，然后往试料桶中填垃圾土试样，将放入的垃圾土试样分层，并在每 一层中放置标记物，填埋好后，将试料桶盖(18)和传压板(25)缓缓放下，此时记下游 标卡尺(26)和标记物在桶壁标尺(28)的初始读数，然后检查加水口 (20)、气体收集 管(22)、液体收集管(39)和油杯密封装置(23)的密闭性，当确定密闭后，根据试验 要求通过荷载(29)实现分级加载或一次性加载，通过轴力传感器(40)、压力传感器(34) 在外接的仪表中直接读取压力数据，通过观察设置在每一层垃圾土层间的标记物的位置变 化，读取游标卡尺(26)和桶壁标尺(28)的读数变化，根据不同时刻的读数，得到沉降随着时间变化的规律。
6、根据权利要求5所述的测试方法，其特征在于试验过程中通过加水口 (20)实 现液体或淋滤液的回灌，通过气体收集管(22)和液体收集管(39)对产生的气体和淋滤液进行收集。
全文摘要
本发明提供一种垃圾土压缩沉降分层观测仪及其测试方法。本观测仪包括固定框架、试料桶、传力机构、施力机构，施力机构由荷载和滑轮组组成，荷载的重力通过滑轮组、传力机构传递到试料桶内的试料上，传力机构设置有轴力传感器，试料桶底设置有压力传感器，同时在传力机构的加压盘上连有游标卡尺，试料桶体外壁设有标尺，试料桶盖设有加水口、气体收集口、试料桶底设有液体收集管，在测试垃圾土分层压缩沉降时，将试样分层放入试料桶内，通过层间标记物的位置变化测出每层垃圾土的沉降值，通过本发明能准确观察荷载的传递关系，可方便的观察试料的压缩沉降分层信息，可以实现淋滤液回灌，能更真实的模拟生物填埋场。
文档编号G01N33/00GK101609080SQ20091018175
公开日2009年12月23日 申请日期2009年7月23日 优先权日2009年7月23日
发明者刘晓东, 廖智强, 彭功勋, 施建勇, 艾英钵 申请人:河海大学