[发明专利]一种自动加载大变形固结与污染物迁移耦合试验装置

说明书

本发明提供了一种大变形固结与污染物迁移耦合试验装置，属于环境岩土工程中污染底泥治理工程室内试验研究领域。该装置包括试验柱组件、密封针孔式取样口组件、上下密封盖组件、加载导杆组件和加载框架组件。试验柱组件的侧壁孔与密封针孔式取样口组件连接，所述的上下密封盖组件与试验柱组件的两端连接；加载导杆组件分别与上密封盖组件和试验柱组件连接；加载框架组件的下部台面与下密封盖组件连接，其上部的气缸端头部与加载导杆组件的杆端连接。本发明选用气缸加载，通过调节进气控制阀来改变输出压力大小，从而可实现加载的简单而高效；采用密封针孔式取样口组件，可实现在试验加载过程中能随时对各层污染浓度进行取样。

技术领域

本发明属于环境岩土工程中污染底泥治理工程室内试验研究领域，更具体地，涉及一种固结与污染物迁移耦合室内试验装置及测试方法。

背景技术

近年来，随着工业化和城市化步伐的加速，大量外源污染物进入江河湖泊，造成了严重的底泥污染。污染底泥的处置问题越来越受到人们的广泛重视，同时也成为岩土工程科研工作者亟待解决的重要问题。对污染底泥的修复治理是一个十分复杂的工程，其涉及到土力学、水力学、化学和生物学等多种学科的交叉。在处理受污染底泥的各种环境岩土工程实践中，如堆场处置和水下原位覆盖等，往往会发生大变形固结与污染物迁移耦合的现象，深入地理解该现象的发生机理将有助于我们更好地处理这些受污染的底泥，进而更有效地指导相关工程问题的分析与设计。

目前，岩土工程中对于土体固结、环境工程及水文地质领域对于污染物迁移均分别进行了大量的研究，但对于土体大变形固结与污染物迁移的耦合这一学科交叉问题的研究还比较少，且往往都是基于理论和数值模拟分析，而对于其室内模型试验的研究更是鲜有报道。截至目前，国内外尚未有可直接应用于研究底泥大变形固结与污染物迁移耦合的室内试验仪器。

郑健等(2016)利用超重力离心机进行了模型试验，研究了添加覆盖层后底泥大变形固结对污染物迁移的影响，但该试验中使用超重力离心机的成本费用很高，不便于模型试验的多次重复测试和试验方法的推广。另外，该试验的小尺寸影响试验结果的问题以及试验加载过程中对各层污染浓度的随时取样问题均未很好解决。

Lee和Fox等(2009)设计出了一种等臂杠杆加载的耦合试验装置，并开展了一些较完整的耦合试验，试验中能对样本顶部和底部进行随时取样，但并未解决在试验加载过程中对各层污染浓度的随时取样问题。另外，对于大尺寸的模型试验，该装置的加载方式所需要的加载强度要求会很大，从而会带来加载问题，因此，需对加载方式进行改进。

Meric等(2013)自主开发了一套基于滑轮组的加载方式的耦合试验装置，从而解决了加载问题，可进一步进行大尺寸的模型试验，但其加载组件的设计过于复杂和繁琐，由此会带来装置的生产成本费用、使用要求、装置质量以及耐久度的问题。另外，该试验装置也并未解决在试验加载过程中对各层污染浓度的随时取样问题。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种自动加载方式的大变形固结与污染物迁移耦合的试验装置，通过气缸加载，简化加载构造，使得试验中的加载方式简单而高效，从而实现大尺寸的室内模型试验；同时，通过设置具有自密封特性的取样口，实现在试验加载过程中随时对各层污染浓度进行取样。

为了实现上述目的，本发明提供了一种大变形固结与污染物迁移耦合试验装置，包括：试验柱组件、密封针孔式取样口组件、上密封盖组件、下密封盖组件、加载导杆组件和加载框架组件；

加载框架组件包括支撑杆、框架台面、气缸安装架和气缸；支撑杆下端固定于框架台面上，气缸安装架安装于支撑杆上部，气缸固定于气缸安装架上，从而在气缸和框架台面之间形成加载空间；

试验柱组件包括中空圆柱容器，中空圆柱容器上下两端分别通过上密封盖组件、下密封盖组件密封，构成密闭实验空间；中空圆柱容器的侧壁从上至下均匀开设有多个贯通侧壁的通孔，每个通孔中均设有密封针孔式取样口组件；下密封盖组件置于框架台面上；