[发明专利]大尺寸城市固废骨架和孔隙水体积变化系数测量装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种非饱和土体积变化本构参数测量装置，尤其涉及一种大尺寸城市固废骨架和孔隙水体积变化系数测量装置。

背景技术

填埋场的城市固废通常处于非饱和状态，其固相骨架和孔隙水体积变化在填埋场沉降变形、渗滤液和填埋气的耦合运移等问题中起到关键的作用。基于非饱和土力学，对于城市固废骨架和孔隙水体积变化系数的确定，可以通过测量城市固废试样（本文中所指的试样均指城市固废试样）孔隙比和质量含水量（以下简称含水量）随净法向应力和基质吸力的变化系数获得：在常净法向应力作用下开展土水特征曲线试验，测量不同基质吸力下的孔隙比和含水量，可以确定孔隙比和含水量随基质吸力的变化系数a_m和b_m；在常基质吸力作用下开展压缩试验，测量不同净法向应力下的孔隙比和含水量，可以确定孔隙比和含水量随净法向应力的变化系数a_t和b_t。

目前，城市固废土水特征曲线的测量一般采用两种方法：一种是运用轴平移技术，采用压力板仪或Tempe仪进行测试，通过保持试样水压u_w为0，施加气压u_a使试样中基质吸力s 为u_a－u_w，并测量试样含水量的变化。试验过程中，试样以环刀作为容器，试样尺寸较小，直径一般在10cm以内；气压控制通过压力表和气压调节阀来实现，精度不高，一般在10kPa左右。城市固废颗粒尺寸较大，代表性试样相应需要具备较大尺寸，且其在10kPa以下低基质吸力范围内含水量变化迅速，应用压力板仪和Tempe仪无法精确测得试样在低基质吸力范围内的含水量变化。另一种是吊水柱法，保持试样气压u_a为0，通过改变吊水柱液面与高进气值陶土板上表面的水头差Δh，使试样的基质吸力s 为ρ_wgΔh，并记录试样的水量变化。试验过程中，水头差Δh每改变10cm，基质吸力只改变1kPa，高基质吸力范围测量需要较大操作空间。城市固废土水特征曲线上残余体积含水量对应的基质吸力达90kPa，采用吊水柱法要求实验室净高在9m以上，常规实验室无法满足，且操作不便。此外，以上两种土水特征曲线测量方法一般不控制试样的净法向应力。目前，城市固废压缩试验一般采用两种方法：一种是针对非饱和试样，不测量其基质吸力，采用总应力准则；另一种是针对饱和试样，测量固结过程中的水压，采用有效应力准则，这两种方法均未采用净法向应力准则。因此，如何实现城市固废土水特征曲线试验的大尺寸、高精度和大测量范围要求，以及土水特征曲线和压缩试验中净法向应力和基质吸力的实时控制，试样孔隙比和含水量的实时测量，成为填埋场城市固废骨架和孔隙水体积变化本构参数确定的难点。

发明内容

为克服现有仪器无法有效测量城市固废骨架和孔隙水体积变化本构参数的缺点，本发明的目的在于提供了一种大尺寸城市固废骨架和孔隙水体积变化系数测量装置。

本发明所采用的技术方案是：

本发明包括试样室，加载系统，抽气设备，吊水桶，补水桶和蓄水桶；将试样室的试样桶底座安装在加载系统底座上，试样桶底座上的导水通道通过第一阀门与吊水桶下部第一孔相连，吊水桶下部第二孔通过第二阀门与补水桶下部相连；吊水桶中部设有外流口，通过第三阀门与蓄水桶上端面相连；吊水桶上端面开有二个孔，上表面第一孔通过三通胶管接头和第四阀门与抽气设备相连，三通胶管接头另一端上安装负压表；上端面第二孔通过第五阀门与补水桶上部相连；补水桶上端面的外接口与第六阀门相连。