城市生活垃圾土多功能壓縮固結儀及使用方法與流程

2023-05-22 16:45:56

本發明涉及一種壓縮固結儀，具體涉及一種城市生活垃圾土多功能壓縮固結儀及使用方法。屬於環保技術領域。

背景技術：

隨著我國國民經濟的增長及城市化程度日益提高，城市生活垃圾劇增。目前，填埋是我國大多數城市解決生活垃圾的有效辦法。然而城市生活垃圾填埋場垃圾堆放很高，高達百米，壓縮性較大，填埋場沉降變形過大造成中間粘土隔層、覆蓋層和填埋場地基發生破壞。目前，因後期降解引起的二次沉降問題以及因堆填高度的增加引起的次生滑坡災害問題是環境巖土工程領域研究的熱點問題。

目前城市生活垃圾土壓縮試驗仍採用傳統的壓縮試驗儀開展壓縮試驗，但傳統的壓縮試驗儀器存在以下不足：①傳統的壓縮試驗儀器試樣尺寸小，必須將垃圾破碎到非常小的尺寸才能進行壓縮試驗，無法真實反映垃圾土的高度非均質性、大空隙比和高壓縮性等特點。②傳統壓縮試驗儀位移量程偏小，無法滿足垃圾土高壓縮性的要求。③施加多級荷載時操作繁瑣，勞動強度大，加荷時往往產生衝擊力，影響試驗精度。④無法開展降解-壓縮試驗。

近年來，隨著生活垃圾土土工試驗技術規程的頒布，有些學者在開展城市生活垃圾土的研究中按照技術規程研製了一些城市生活垃圾土降解-壓縮的試驗儀器解決傳統壓縮儀器的不足，但仍然存在以下缺點：①採用主動式和被動式加載方法，施加多級荷載時不能按所規定的時間逐級加載，操作繁瑣，勞動強度大，自動化效率低，加荷時往往產生衝擊力，影響試驗精度，誤差較大。②通常採用水浴進行溫度控制，易造成初期受熱不均勻影響試驗結果且設備自重過大。③採用水浴進行溫度控制，溫度傳感器放置在盛試樣的有機玻璃筒外部，只能監測出有機玻璃筒外壁的溫度。加載初期有機玻璃筒內試樣的溫度與筒外水的溫度往往不一致，筒內試樣的溫度低於筒外水的溫度，無法真實反映垃圾土試樣內部的溫度對整個壓縮降解試驗過程的影響。因此，需要研製一種適合城市生活垃圾土的多功能壓縮固結儀。

技術實現要素：

本發明的目的是為克服上述現有技術的不足，提供一種城市垃圾土多功能壓縮固結儀。

本發明還提供了上述壓縮固結儀的使用方法。

為實現上述目的，本發明採用下述技術方案：

城市垃圾土多功能壓縮固結儀，它包括：

垃圾土試樣裝填系統，由上而下分為試樣室和溫度監測室，試樣室內裝填有第一部分垃圾土試樣，並且，第一部分垃圾土試樣的頂部設有使試樣室密閉的活塞，溫度監測室內裝填有第二部分垃圾土試樣，第二部分垃圾土試樣的內部設有第一溫度傳感器；

恆溫蒸汽溫度控制系統，包括依次連接的蒸汽發生器、蒸汽管道和恆溫室，蒸汽管道探入恆溫室內，恆溫室將整個垃圾土試樣裝填系統包裹於其內，所述恆溫室內設有第二溫度傳感器；

加壓系統，包括空氣壓縮機以及與其連接的承壓頭，所述承壓頭連接至活塞，承壓頭的頂部設有位移傳感器；以及

溫度位移顯示系統，其分別與第一溫度傳感器、第二溫度傳感器和位移傳感器連接，用於進行各個傳感器的數據採集和顯示。

作為優選的技術方案之一，所述壓縮固結儀還包括支撐平臺，其位於恆溫室的底部，支撐平臺的底部設有若干個支撐杆，每個支撐杆上分別設有水平調節裝置；所述支撐平臺上設有圓水準圈，所述水平調節裝置包括調節手輪，其位於支撐杆上；支撐杆的底部還設有滾輪。

作為優選的技術方案之一，所述垃圾土試樣裝填系統包括有機玻璃筒，試樣室和溫度監測室設置於有機玻璃筒內部。

作為優選的技術方案之一，所述試樣室和溫度監測室之間設有過濾室。

作為進一步優選的技術方案之一，所述過濾室由上而下包括濾水布、陶瓷濾水板和漏鬥式的集液槽。

作為更進一步優選的技術方案之一，過濾室的底部與滲濾液收集系統連通，所述集液槽的底部設有滲濾液出口，所述滲濾液收集系統包括螺帽，該螺帽與滲濾液出口螺紋連接。

作為更進一步優選的技術方案之一，所述溫度監測室由三根呈三角形分布的立柱構成，其頂部和底部分別設有蓋板，即上蓋板和下蓋板，所述滲濾液出口從上蓋板的中央位置貫穿下蓋板的中央位置並連接至滲濾液收集系統；所述的第一溫度傳感器不少於兩個，它們圍繞滲濾液出口均勻分布，各個第一溫度傳感器並聯連接至溫度位移顯示系統，可避免垃圾土試樣加熱不均勻導致溫度監測不準確。

作為進一步優選的技術方案之一，所述恆溫室包括隔熱保溫殼體和隔熱保溫底座，隔熱保溫底座位於有機玻璃筒的底部並與其密封連接，隔熱保溫底座、隔熱保溫殼體與有機玻璃筒的外壁連續封閉構成恆溫室。

作為更進一步優選的技術方案之一，所述隔熱保溫殼體的頂部分別設有安全閥和第二蒸汽壓力表。

作為優選的技術方案之一，所述蒸汽管道上靠近蒸汽發生器和恆溫室的兩側分別設有蒸汽閥門和第一蒸汽壓力表。

作為優選的技術方案之一，所述空氣壓縮機通過空氣管道連接至氣缸，所述氣缸的底部與氣壓伸縮杆連接，該氣壓伸縮杆連接至承壓頭的頂部。

作為進一步優選的技術方案之一，所述氣缸和氣壓伸縮杆分別固定於加壓框架上，所述加壓框架設置於支撐平臺上。

作為進一步優選的技術方案之一，所述空氣管道上靠近空氣壓縮機和氣缸的兩側分別設有空氣閥門和調壓閥，兩者之間還設有空氣壓力表。

上述城市垃圾土多功能壓縮固結儀的使用方法，具體步驟如下：

（1）向試樣室內裝填垃圾土試樣，填實至設定高度，打開蒸汽發生器，向恆溫室內通入蒸汽，控制試驗過程的加載溫度保持一致；

（2）打開溫度位移顯示系統，檢查第一溫度傳感器、第二溫度傳感器和位移傳感器是否正常工作，當第一溫度傳感器和第二溫度傳感器監測溫度一致時，進入步驟（3），開始加載試驗；

（3）打開加壓系統，空氣壓縮機通過承壓頭對試樣室內垃圾土試樣進行設定載荷的加載壓縮，垃圾土試樣在24小時的變形量小於0.01mm時，記錄壓力值和位移值，然後返回步驟（1），進行下一級載荷的加載壓縮試驗，直至全部完成。

作為優選的技術方案之一，步驟（1）中的垃圾土試樣平均分成若干份進行分層裝填，從而進行載荷逐漸增大的加載壓縮試驗。

作為優選的技術方案之一，步驟（1）中的垃圾土試樣包括第一部分垃圾土試樣和第二部分垃圾土試樣。

作為優選的技術方案之一，試驗進行前先將所述壓縮固結儀調整水平，通過調節支撐杆上的調節手輪，使得圓水準圈居中；然後檢查活塞與有機玻璃筒之間，底座與有機玻璃筒之間的密封性，確定密閉性良好後方可開始裝填垃圾土試樣。

作為優選的技術方案之一，步驟（1）中垃圾土試樣時按照設定密度進行裝填。

本發明的有益效果：

1、本發明採用恆溫蒸汽溫度控制系統，可使垃圾土試樣初期受熱均勻且使設備自重降低。

2、本發明將有機玻璃筒設計成兩層結構，從上往下依次為試樣室和溫度監測室；當溫度監測室內的兩個第一溫度傳感器監測的溫度與有機玻璃筒外部的第二溫度傳感器監測的溫度一致時，方可進行加載試驗，克服了以往儀器在加載初期無法監測筒內試樣的溫度與筒外水的溫度是否一致的缺點。

3、倘若將第一溫度傳感器直接埋設於第一部分垃圾土試樣中，會對第一溫度傳感器的精密度造成影響甚至導致儀器損壞；本發明將第一溫度傳感器埋設於溫度監測室內的第二部分垃圾土試樣中，這一部分垃圾土重量較輕，溫度監測室的頂部和底部有蓋板，有效避免了對第一溫度傳感器的擠壓，同時，第一部分垃圾土試樣與第二部分垃圾土試樣，其周圍的加熱環境相同，故第一溫度傳感器能夠客觀反映整體垃圾土試樣的內部溫度情況。

附圖說明

圖1是本發明的結構示意圖；

圖2a、圖2b和圖2c是支撐平臺的結構示意圖；

圖3是集液槽的結構示意圖；

圖4a和圖4b是溫度監測室的結構示意圖；

圖5是兩個第一溫度傳感器的平面布置圖；

其中，1為氣缸，2為氣壓伸縮杆，3為位移傳感器，4為承壓頭，5為活塞，6為氣體收集系統，7為第二溫度傳感器，8為溫度位移顯示系統，9為隔熱保溫殼體，10為有機玻璃筒，11為蒸汽孔，12為安全閥，13為第二蒸汽壓力表，14為蒸汽閥門，15為第一蒸汽壓力表，16為蒸汽發生器，17為濾水布，18為陶瓷濾水板，19為集液槽，20為隔熱保溫底座，21為支撐平臺，22為滲濾液收集系統，23為調節手輪，24為滾輪，25為第一部分垃圾土試樣，26為蒸汽，27為調壓閥，28為空氣壓力表，29為空氣閥門，30為空氣壓縮機，31為加壓框架，32為圓水準圈，33為溫度監測室，34為蓋板，35為第二部分垃圾土試樣，a和b為兩個第一溫度傳感器。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明進行進一步的闡述，應該說明的是，下述說明僅是為了解釋本發明，並不對其內容進行限定。

實施例1：

如圖1所示的城市垃圾土多功能壓縮固結儀，它包括：

垃圾土試樣裝填系統，由上而下分為試樣室和溫度監測室33，試樣室內裝填有第一部分垃圾土試樣25，並且，第一部分垃圾土試樣25的頂部設有使試樣室密閉的活塞5，溫度監測室33內裝填有第二部分垃圾土試樣35，第二部分垃圾土試樣35的內部設有第一溫度傳感器a和b；

恆溫蒸汽溫度控制系統，包括依次連接的蒸汽發生器16、蒸汽管道和恆溫室，蒸汽管道探入恆溫室內，所述探入恆溫室的蒸汽管道上設有若干個蒸汽孔11，用於向恆溫室中供應蒸汽26，恆溫室將整個垃圾土試樣裝填系統包裹於其內，恆溫室內設有第二溫度傳感器7；

加壓系統，包括空氣壓縮機30以及與其連接的承壓頭4，承壓頭4連接至活塞5，承壓頭4的頂部設有位移傳感器3；以及

溫度位移顯示系統8，其分別與第一溫度傳感器a和b、第二溫度傳感器7和位移傳感器3連接，用於進行各個傳感器的數據採集和顯示。

其中，如圖2a、圖2b和圖2c所示，壓縮固結儀還包括支撐平臺21，其位於恆溫室的底部，支撐平臺21的底部設有兩個支撐杆，支撐杆上分別設有水平調節裝置；支撐平臺21上設有圓水準圈32，水平調節裝置包括調節手輪23，其位於支撐杆上；支撐杆的底部還設有滾輪24。

壓縮固結儀還包括氣體收集系統6，其通過支杆固定於恆溫室的頂部，並與試樣室連通。

垃圾土試樣裝填系統包括有機玻璃筒10，試樣室和溫度監測室設置於有機玻璃筒10內部。

試樣室和溫度監測室之間設有過濾室。過濾室由上而下包括濾水布17、陶瓷濾水板18和漏鬥式的集液槽19（圖3）。過濾室的底部與滲濾液收集系統連通，集液槽19的底部設有滲濾液出口，滲濾液收集系統22包括螺帽，該螺帽與滲濾液出口螺紋連接。

如圖4a和圖4b所示，溫度監測室33由三根呈三角形分布的立柱構成，其頂部和底部分別設有蓋板34，即上蓋板和下蓋板，滲濾液出口從上蓋板的中央位置貫穿下蓋板的中央位置並連接至滲濾液收集系統22；第一溫度傳感器a和b有兩個，它們在滲濾液出口的兩側相對設置（圖5），這兩個第一溫度傳感器a和b並聯連接至溫度位移顯示系統8。

恆溫室包括隔熱保溫殼體6和隔熱保溫底座20，隔熱保溫底座20位於有機玻璃筒10的底部並與其密封連接，隔熱保溫底座20、隔熱保溫殼體6與有機玻璃筒10的外壁連續封閉構成恆溫室。

隔熱保溫殼體6的頂部分別設有安全閥12和第二蒸汽壓力表13。

蒸汽管道上靠近蒸汽發生器16和恆溫室的兩側分別設有蒸汽閥門14和第一蒸汽壓力表15。

空氣壓縮機30通過空氣管道連接至氣缸1，氣缸1的底部與氣壓伸縮杆2連接，該氣壓伸縮杆2連接至承壓頭4的頂部。

氣缸1和氣壓伸縮杆2分別固定於加壓框架31上，加壓框架31設置於支撐平臺21上。

空氣管道上靠近空氣壓縮機30和氣缸1的兩側分別設有空氣閥門29和調壓閥27，兩者之間還設有空氣壓力表28。

上述城市垃圾土多功能壓縮固結儀的使用方法，具體步驟如下：

（1）向試樣室內裝填垃圾土試樣，填實至設定高度，打開蒸汽發生器16，向恆溫室內通入蒸汽，控制試驗過程的加載溫度保持一致；

（2）打開溫度位移顯示系統8，檢查第一溫度傳感器a和b、第二溫度傳感器7和位移傳感器3是否正常工作，當第一溫度傳感器a和b和第二溫度傳感器7監測溫度一致時，進入步驟（3），開始加載試驗；

（3）打開加壓系統，空氣壓縮機30通過承壓頭4對試樣室內垃圾土試樣進行設定載荷的加載壓縮，垃圾土試樣在24小時的變形量小於0.01mm時，記錄壓力值和位移值，然後返回步驟（1），進行下一級載荷的加載壓縮試驗，直至全部完成。

步驟（1）中的垃圾土試樣平均分成若干份進行分層裝填，從而進行載荷逐漸增大的加載壓縮試驗（80kpa、180kpa、360kpa、720kpa）。垃圾土試樣包括第一部分垃圾土試樣25和第二部分垃圾土試樣35。垃圾土試樣時按照設定密度進行裝填。

試驗進行前先將所述壓縮固結儀調整水平，通過調節支撐杆上的調節手輪，使得圓水準圈32居中；然後檢查活塞5與有機玻璃筒10之間，底座20與有機玻璃筒10之間的密封性，確定密閉性良好後方可開始裝填垃圾土試樣。

上述雖然結合附圖對本發明的具體實施方式進行了描述，但並非對本發明保護範圍的限制，在本發明的技術方案的基礎上，本領域技術人員不需要付出創造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發明的保護範圍以內。