[发明专利]用于污泥-生活垃圾混合填埋体的大型单剪仪及试验方法

说明书

本发明提供一种用于污泥‑生活垃圾混合填埋体的大型单剪仪及试验方法，该大型单剪仪主要包括单剪盒设计系统、测量系统、伺服加载系统、数据采集监视控制系统及框架结构设计系统。其试验方法依次为制样和安装、点击数据采集监视控制分析软件TWJ和设置大型单剪试验参数、施加法向荷载直至固结稳定、施加剪切荷载直到剪切位移到达60mm，停止剪切、保存数据和结束试验。本发明具备操作简单、结构简明、受力明确等优点，同时克服了大型直剪仪事先固定剪切破坏面的缺点，可为污泥‑生活垃圾混合填埋场的稳定性分析提供试验基础，也可在土工试验技术领域推广。

技术领域

本发明涉及用于污泥-生活垃圾混合填埋体的大型单剪仪及试验方法，属于环境保护技术领域。

背景技术

近年来，随着我国城市化的进程加快以及人口的增长，污泥和垃圾的产生量急剧增加，不少城市出现了“垃圾围城”的状况，也出现了“污泥围城”的现象，引起严重的环境问题和社会问题。污泥是污水脱水处理后的沉淀物质，富含微生物、有机物、病原体、重金属等；生活垃圾是日常生活中以及为其提供所需服务而产生的固体废弃物。目前，污泥与生活垃圾进行科学混合填埋是国内外常用的污泥处置技术之一，但是污泥-生活垃圾混合填埋体的压实特性、生化降解特性、强度特性以及演化规律、稳定性等基本理论问题缺少系统研究，难以为混合填埋场设计、运营等提供技术支撑，导致填埋场发生失稳等工程灾害及区域环境污染问题。

污泥-生活垃圾混合填埋体的强度是影响填埋场稳定性的重要指标。目前，可用于研究污泥-生活垃圾混合填埋体强度试验的仪器主要是三轴仪、直剪仪、单剪仪等。混合填埋体的颗粒粒径尺寸相差较大，不宜进行小型尺寸的强度试验，常规的三轴仪、直剪仪、单剪仪在尺寸方面有一定的限制，为此需要研制适合混合填埋体强度测试的大型试验仪。混合填埋体中含有废纸、塑料、纺织、橡皮等纤维成分，其在压实或施加垂直载荷时倾向于水平取向，在现场和实验室这种分层的现象都被不少学者观察到。不少学者研究指出相比直剪试验和单剪试验，三轴试验测试的强度偏大。此外，大型三轴仪研制费用较高以及试验操作较复杂。大型直剪仪具备操作简单、结构简明、受力明确等优点，然而其本质上是预先设定了剪切破坏面，这一破坏面并不一定是实际存在的破坏面。由于混合填埋体中有机物的生化降解、组分变化等因素，预先设定的水平破坏面不一定是最弱的；一个较弱的平面可能存在，没有进行测试。这样的平面，如果存在，将是单剪试验的破坏面。大型单剪仪也具备操作简单、结构简明、受力明确等优点，同时克服了大型直剪仪事先固定剪切破坏面的缺点。因此，相比大型三轴试验和大型直剪试验，混合填埋体的大型单剪试验具有重要的优势。

目前国内针对污泥-生活垃圾混合填埋体的大型单剪仪及其试验方法的研究鲜有报道，本发明针对该问题研制了成套操作上简单快捷方便实用于污泥-生活垃圾混合填埋体的大型单剪仪，能够实现混合填埋体的强度测试，可为大量污泥-生活垃圾进行混合填埋稳定性分析提供试验基础，而且也为解决环境工程领域面临的大量污泥和生活垃圾缺少安全处置途径的难题提供试验技术支撑。

发明内容

发明目的：为了测试污泥-生活垃圾混合填埋处置中的强度问题，本发明提出用于污泥-生活垃圾混合填埋体的大型单剪仪及试验方法，用于实现混合填埋体的强度测试，为大量污泥-生活垃圾进行混合填埋稳定性分析提供试验基础。

技术方案：本发明用于污泥-生活垃圾混合填埋体的大型单剪仪，包括单剪盒设计系统、测量系统、伺服加载系统、数据采集监视控制系统、框架结构设计系统。

具体地，所述单剪盒设计系统是由下部剪切盒和上部剪切叠环组成，其中下部剪切盒内径为30cm，内高为5cm；上部叠环共计11个，其中10个是内径为30cm，高为1cm的钢环，最顶上一个是内径为30cm，高为8cm的钢环。单剪盒的平面布置采取内圆外方的结构形式，其内圆形式有利于制样，而外方形式有利于在剪切移动方向两边设置凹槽并铺设ø3mm的滚针排，达到减少剪切叠环之间的摩擦阻力，提高试验的测试水平，同时外方形式有利于位移传感器的安装。为了对排水条件进行设置，在单剪盒底面安装了孔压装置，同时为了开展大型直剪试验和大型固结压缩试验而配置上下直剪盒和固结压缩盒。