一种用于化学污染土的专用固结仪器的制作方法

1.本实用新型属于土木工程测试仪器技术领域，具体涉及到一种用于化学污染土的专用固结仪器。


背景技术：

2.固结仪，是一种工业仪器，用于测定在不同载荷和有侧限的条件下土的压缩性能。常用来测定土的变形随时间而变化的特性，用来计算土的压缩系数、压缩指数、压缩模量、固结系数等变形指标。
3.采用常规固结仪进行化学污染土的固结试验存在的问题是：(1)不能控制土样的受污染程度，模拟不了现实环境中污染溶液和土体间的相互作用；(2)不能判断溶液浓度的变化对土样固结效果的影响；(3)无法对已污染土样进行重复污染，判断不了已污染土样后期经重复污染后的固结效果。


技术实现要素：

4.本实用新型为解决现有的固结仪器无法控制化学溶液和土样在长期作用的过程中，土样的固结过程及其演变结果的问题，提供了一种用于化学污染土的专用固结仪器。
5.为实现上述目的，本实用新型的技术方案是：
6.一种用于化学污染土的专用固结仪器，包括固结容器、储液系统、气压传动机构、加压系统和数据采集系统；
7.所述固结容器包括中空土样筒、设置在中空土样筒底部的底座、至少2根以上均匀分布在中空土样筒四周的竖向拉杆、设置在底座上方中空土样筒中的下透水石、设置在中空土样筒上方的上透水石、与中空土样筒开口相匹配的桶盖，所述中空土样筒通过竖向拉杆与底座固定连接，所述上透水石和下透水石之间用于装填土样。
8.所述储液系统包括溶液箱、第一储液桶和第二储液桶。
9.所述气压传动机构包括气箱，设置在气箱中的水平杆、活塞杆，以及增压螺栓，所述活塞杆设置在水平杆的上方和底座的下方，所述增压螺栓设置在筒盖的正上方，所述增压螺栓的底部和筒盖的顶部契合。
10.所述加压系统包括空压机、第一调压阀和第二调压阀。
11.所述数据采集系统包括第一气压传感器、第二气压传感器、基底吸力传感器、含水率传感器、位移传感器、第一采集器、第二采集器、第三采集器、第四采集器、第五采集器。
12.所述溶液箱设置在底座的正下方，所述溶液箱的顶部和底部分别设置有输液孔和加压孔，所述底座位于中空土样筒下方部分设置有渗入孔和第二排液阀，所述输液孔通过输液管连接至底座的渗入孔，所述加压孔通过第一加压管连接至空压机，所述第二排液阀通过第二排液管与第二储液桶相连；所述桶盖设置有第一排液阀，所述第一排液阀通过第一排液管与第一储液桶连接。
13.所述第一气压传感器、第一调压阀依次设置在加压孔和空压机之间的第一加压管
上，所述第二气压传感器、第二调压阀依次设置在气箱和空压机之间的第二加压管上，所述含水率传感器和基底吸力率传感器分别设置在中空土样筒的同一侧的底部和中部，所述位移传感器位于增压螺栓的上方，并通过传感器支架固定在土样筒上。
14.所述第一采集器通过第一数据线与位移传感器相连，所述第二采集器通过第二数据线与基底吸力传感器相连，所述第三采集器通过第三数据线与含水率传感器相连，所述第四采集器通过第四数据线与第二气压传感器相连，所述第五采集器通过第五数据线与第一气压传感器相连。
15.进一步地，所述底座上设有卡接中空土样筒筒壁的圆环形槽，所述圆环形槽上设置有密封圈。
16.进一步地，所述竖向拉杆为2-4根。
17.进一步地，所述中空土样筒为透明的玻璃圆筒。
18.进一步地，所述基底吸力率传感器和含水率传感器分别设置在中空土样筒的同一侧的底部和中部。
19.通过上述技术方案，本实用新型的有益效果为：
20.本实用新型采用气压将溶液压入土样的过程，能够解决土样的受污染程度、土样受污染时间以及进行重复性污染土样的问题；引入含水率传感器，根据测得的数据可判别主固结是否完成；引入基底吸力传感器和含水率传感器，根据测得的数据可知土样基底吸力和含水率的变化，由此可获得土样的水土特征曲线。
附图说明
21.图1为本实用新型一种用于化学污染土的专用固结仪器的结构示意图。
22.图2为本实用新型一种用于化学污染土的专用固结仪器底座的俯视图。
23.图中：1、位移传感器，2、传感器支架，3、桶盖，4、增压螺栓，5、上透水石，6、中空土样筒，7、竖向拉杆，8、土样，9、下透水石，10、底座，11、第一排液阀，12、第一排液管，13、第一储液桶，14、基底吸力传感器，15、含水率传感器，16、渗入孔，17、第二排液阀，18、第二排液管，19、第二储液桶，20、输液管，21、输液孔，22、溶液箱，23、加压孔，24、第一加压管，25、活塞杆，26、水平杆，27、气箱，28、第一气压传感器，29、第一调压阀，30、第二气压传感器，31、第二调压阀，32、第二加压管，33、第一数据线，34、第二数据线，35、第三数据线，36、第四数据线，37、第五数据线，38、第一采集器，39、第二采集器，40、第三采集器，41、第四采集器，42、第五采集器，43、空压机，44、圆环形槽
具体实施方式
24.下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步说明：
25.如图1所示，一种用于化学污染土的专用固结仪器，包括固结容器、储液系统、气压传动机构、加压系统和数据采集系统。所述固结容器包括中空土样筒6、设置在土样筒6底部的底座10、竖向拉杆7、设置在底座10上方中空土样筒6中的下透水石9、设置在中空土样筒6上方的上透水石5、与土样筒6开口相匹配的桶盖3，所述土样筒6通过竖向拉杆7(竖向拉杆7的数量没有限制，仅要求在2根以上，优选2-4根，从图1和图2可以看出，本实施例中竖向拉杆7的数量为两根，对称分布在中空土样筒6的两边)与底座10固定连接，所述上透水石5和
下透水石9之间用于装填土样8。
26.所述储液系统包括溶液箱22、第一储液桶13和第二储液桶19。
27.所述气压传动机构包括气箱27，设置在气箱27中的水平杆26、活塞杆25，以及增压螺栓4，所述活塞杆25设置在水平杆26的上方和底座10的下方，所述增压螺栓4设置在筒盖3的正上方，所述增压螺栓4的底部和筒盖3的顶部契合。
28.所述加压系统包括空压机43、第一调压阀29和第二调压阀31。
29.所述数据采集系统包括第一气压传感器28、第二气压传感器30、基底吸力传感器14、含水率传感器15、位移传感器1、第一采集器38、第二采集器39、第三采集器40、第四采集器41、第五采集器42。
30.所述溶液箱22设置在底座10的正下方，所述溶液箱22的顶部和底部分别设置有输液孔21和加压孔23，所述底座10位于下透水石9下方部分设置有渗入孔16和第二排液阀17，所述输液孔21通过输液管20连接至底座10的渗入孔16，所述加压孔23通过第一加压管24连接至空压机43，所述第二排液阀17通过第二排液管18与第二储液桶19相连；所述桶盖3设置有第一排液阀11，所述第一排液阀11通过第一排液管12与第一储液桶13连接。
31.所述第一气压传感器28、第一调压阀29依次设置在加压孔23和空压机43之间的第一加压管24上，所述第二气压传感器30、第二调压阀31依次设置在气箱27和空压机43之间的第二加压管32上，所述含水率传感器15和基底吸力率传感器14分别设置在中空土样筒6的同一侧的底部和中部。(在使用时，则是先装填土样8，然后将基底吸力传感器14和含水率传感器15通过设置在相应侧壁位置的孔洞放入土样的8中，本实施例中都设置在右侧，这样更加方便美观，便于同时观测土样由饱和状态过渡到不饱和状态时的基底吸力和含水率的变化情况)，所述位移传感器1位于增压螺栓4的上方，并通过传感器支架2固定在中空土样筒6上。
32.所述第一采集器38通过第一数据线33与位移传感器1相连，所述第二采集器39通过第二数据线34与基底吸力传感器14相连，所述第三采集器40通过第三数据线35与含水率传感器15相连，所述第四采集器41通过第四数据线36与第二气压传感器30相连，所述第五采集器42通过第五数据线37与第一气压传感器28相连。
33.作为一种可实施方式，所述中空土样筒6为透明的玻璃圆筒，这样能够直接观察到固结过程中土样的变化，所述中空土样筒6的尺寸要与取样器的尺寸相匹配，这样可以避免取样器在取样时对原状土样的二次扰动。
34.为了避免中空土样筒6中的溶液渗出，中空土样筒6和底座10之间相接之处需要密封。可以采用通常的打胶密封方式，也可以采用其他公知的密封方式。例如，从图2可以看出，作为一种更优选的实施方式，可以在底座10上开设圆环形槽44，圆环形槽44上再设置密封圈，便于用于底座10卡接中空土样筒6的筒壁，避免中空土样筒6中溶液的渗出。
35.采用本实用新型的固结仪器进行实验的过程如下：
36.对于原状土样，预先在中空土样筒6内侧面以及底座10的圆环形槽44上浅涂凡士林后，将中空土样筒6卡接在底座10的圆环形槽44中。在底座10上放置下透水石9和滤纸，选择与中空土样筒6内径相匹配的取样管，然后采用推土器将土样从取样管中推送至中空土样筒6内，在土样8的顶部依次放置滤纸、上透水石5以及桶盖3，最后再用两根竖向拉杆7将中空土样筒6和底座10固定。
37.关闭第二排液阀17和第二调压阀31，打开第一排液阀11，启动空压机43，并通过打开第一调压阀29调节空压机43输出气体的压力，通过第一气压传感器28感应第一加压管24内的压力大小并通过第五数据线37反馈至第五采集器42，这样可以通过调节第一调压阀29的开度，以使第五采集器42显示的压力值等于进入溶液箱22中的压力设置值，从而使得空压机43能够按照设定压力通过第一加压管24和加压孔23向溶液箱22中加压，溶液箱22中的溶液通过输液孔21和输液管20进入到土样8内，根据土样受污染程度、受污染时间等要求，待多余的溶液通过与第一排液阀11连通的第一排液管12流入到第一储液桶13后，由于已确定土样8饱和时所需的压力大小，此时应关闭第一排液阀11、第一调压阀29、第五采集器42。打开第二调压阀31，第二气压传感器30通过第四数据线36连接至第四采集器41，通过调节第二调压阀31的开度，以使第四采集器41显示的压力值等于需要进入气箱27中的压力设置值，从而使得空压机43能够按照设定压力通过第二加压管32向气箱27中注入气体，当气箱27中气体压力达到一定强度时，气箱27中的气体会推动设置在气箱27中的水平杆26向上移动，气箱27内的活塞杆25受到水平杆26的推力之后会推动固结容器部分整体向上运动，使得桶盖3与增压螺栓4契合从而对固结容器内的土样8施加竖向荷载，在此过程中，增压螺栓4上方的位移传感器1由于受到增压螺栓4的压力从而检测土样8的竖向位移，并将得到的数据通过第一数据线33传至第一采集器38上。打开第二排液阀17，在加压的过程中，土样8中的溶液将通过与第二排液阀17连通的第二排液管18流入到第二储液桶19内，含水率传感器15通过第三数据线35连接至第三采集器40，用来检测含水率的大小，基底吸力传感器14通过第二数据线34连接至第二采集器39，用来检测基底吸力大小。同时能判断基底吸力大小随着土样8含水率变化的情况，用来绘制土样8的水土特征曲线。
38.试验中，采集固结过程中的竖向压应力、竖向位移、含水率、基底吸力等，通过计算机处理可绘制出竖向位移和竖向压应力之间的关系、竖向位移和时间之间的关系、基底吸力和含水率关系曲线。另外可根据工程需要，计算土样的压缩系数、压缩指数、压缩模量、固结系数等参数量。