专利名称：一种可控含水率污染土体抗剪强度的试验装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种可控含水率污染土体抗剪强度的试验装置，主要用于对环境岩土 工程中测试不同含水率条件下污染土体抗剪特性的试验研究，属于环境岩土工程领域。
背景技术：
土壤污染已成为亟待解决的重要环境问题之一。土壤污染防治与农村环境综合整 治是国家环境保护“十一五”科技发展规划中的重点发展领域与优先主题。是当今环境科 学的热点领域。随着国家环境保护部出台《污染场地土壤环境管理暂行办法》和《污染场地 土壤修复技术导则》两份文件以及关于加强土壤污染防治工作的意见，污染土壤修复问题 将受到越来越广泛的关注。因此，对污染土壤的岩土工程特性研究是土壤修复的前提。
工业遗留或遗弃场地、陈旧性垃圾填埋场、污泥堆放场、矿山采空区、尾矿库及农 田污染土的修复技术主要有焚烧、稳定/固化、挖掘-填埋，而对污染土体进行修复前，首先 要对污染土体的地质环境和土体的工程特性进行评价与分析。含水率对土质强度的影响很 早以前就引起传统岩土工程界的关注，不同地区的污染土修复工程中，含水率的变化对污 染土的强度影响很明显；土体的结构组成、密度等因素与土体的抗剪强度有很大的关联，污 染土体常�：胁煌壤纳呈以谟兄参锔哺堑耐撂逯谢购兄参锏母担庵苯佑跋� 土体的抗剪强度，且不同环境条件下(不同化学物质、不同浓度及不同酸碱度)的可控含水 率污染土体的抗剪强度对污染土体处置工程的长期安全性有着直接影响，而测试方法研更 为匮乏。因此，通过试验手段，研究不同含水率的不同污染类型的污染土体(含有沙石或植 物根系)抗剪强度对于处置工程的长期安全性有着重要的意义。
岩土体的抗剪强度由室内或室外试验测定，室内试验有直剪试验、三轴剪切(压 缩)试验、无侧限压缩试验及其它一些试验。长期以来，直剪试验应用最为广泛，也是目前 岩土体抗剪强度参数测定的传统手段。传统的直剪试验采用恒定的垂直荷载，试验工程中 剪切面的减小导致正应力的升高，使试验结果产生失真和误差，且传统的直剪试验的试验 土体的含水率不可控，不便研究不同含水率条件下土体的抗剪强度变化。对污染土体的抗 剪强度的测定涉及到不同化学物质、不同浓度、不同PH值的污染液的浸入问题，现今在研 究污染土体抗剪强度方面还没有现成的实验测试设备，且直剪设备及技术手段与理论要求 的差距也是制约污染土直剪试验在污染土修复工程中应用的重大技术难题。发明内容
针对上述存在的问题，本发明的目的在于提供一种可控含水率污染土体抗剪强度 的试验装置，对不同化学物质、不同污浓度及不同PH值的污染土体在不同含水率条件下的 剪切强度进行测定。
其技术解决方案为
可控含水率污染土体抗剪强度的试验装置由仪器支架、上剪切盒、下剪切盒、传压 板、竖直加压装置、水平加压装置、干湿空气发生装置、进液漏斗及传感器构成，仪器支架的上端面和仪器支架内分别设置有平行的导轨和导槽，竖直加压装置通过滚动轴承安装在导 轨上，上剪切盒上方设有压力板，导槽内设置滚动轴承，下剪切盒卡放在两个平行的导槽上 方，下剪切盒内置放有下滤层，上剪切盒位于下剪切盒上方，竖直加压装置位于上剪切盒上 方，水平加压装置平行于导槽并安装在支架的侧壁上，水平加压装置的球头中心位于下剪 切盒高度的二分之一处，水平加压装置的轴线通过下剪切盒侧壁的中心点，支座固定安装 在与安装水平加压装置相向的仪器支架的侧壁上，水平压力及水平位移测量装置固定安装 在支座上，水平压力及水平位移测量装置的轴线与支座垂直，并位于上剪切盒高度的二分 之一处，在下剪切盒底部开有进气口，进气口通过进气管道与干湿空气发生装置连接，在进 气管道设有空气速度电磁控制阀，在上剪切盒内依次由下至上置放有上滤层、溶液浸入装 置和传压板，溶液浸入装置为一空心容器，在其底板上开有均勻分布的通孔，在溶液浸入装 置顶部设有进液口，进液管道贯通传压板并与进液口连接，进液管道安装有液体流速电磁 控制阀。
所述的密封圈套装在上剪切盒与下剪切盒之间。
所述的水平加压装置上设置有第一水平位移传感器和第一水平压力传感器。
所述的水平压力及水平位移测量装置设置有第二水平位移传感器和第二水平压 力传感器。
所述的上滤层的下方设置有第一含水率传感器，下滤层的上方设置有第二含水率 传感器。
所述的干湿空气发生装置中设置有空气湿度传感器。
所述的重力传感器安装在导槽的下方。
所述的竖直加压装置中设置有竖直压力传感器。
由于采用了以上技术方案，本发明的可控含水率污染土体抗剪强度的试验装置采 用的溶液浸入装置可以根据试验要求对待测土体进行不同化学物质、不同浓度及不同PH 值溶液的浸入污染，干湿空气发生装置能够产生不同湿度的空气，根据试验的要求来调节 污染土体的含水率，空气速度电磁控制阀调节干湿空气的速度以免对污染土体结构的破坏 而影响，根据第一水平位移传感器与第二水平位移传感器测出的污染土体的位移可计算出 污染土体的剪切面积，计算机将剪切面积信息传递给竖直加压装置，竖直加压装置根据剪 切面积的变化改变竖直加载力，从而保证污染土体的主应力恒等，由于采用了各种传感器， 实现了试验过程控制的自动化，方便数据的记录和处理，整个试验装置能够根据污染源的 污染情况，测试原状污染土体及模拟土体的不同化学物质、不同浓度及不同PH值的污染状 况，能够控制污染土体的含水率及测量污染土体的抗剪强度，试验结果能够比较真实的反 映污染土体的抗剪特性。
图1是本发明试验装置的结构示意图具体实施方式
下面结合附图对本发明进行进一步详细描述见附图
一种可控含水率污染土体抗剪强度的试验装置由仪器支架18、上剪切盒1、下剪切盒9、传压板2、竖直加压装置4、水平加压装置11、干湿空气发生装置13、进液漏斗四及 传感器构成，仪器支架18的上端面和仪器支架18内分别设置有平行的导轨23和导槽22， 竖直加压装置4通过滚动轴承21安装在导轨23上，竖直加压装置4中设置有竖直压力传 感器5，竖直加压装置4上设置有锁紧螺栓M，用于将竖直加压装置4固定在导轨23上，水 平加压装置11上设置有第一水平位移传感器31和第一水平压力传感器32，上剪切盒1上 方设有压力板2，导槽22内设置滚动轴承21，下剪切盒9卡放在两个平行的导槽22上方， 重力传感器17安装在导槽22的下方，重力传感器17用于测量试验土体的重量，下剪切盒 9内置放有下滤层33，下滤层33的上方设置有第二含水率传感器34，上剪切盒1位于下剪 切盒9上方，竖直加压装置4位于上剪切盒1上方，密封圈观套装在上剪切盒1与下剪切 盒9之间，密封圈观用于土体溶液浸入和含水率调节时密封上剪切盒1和下剪切盒9，水 平加压装置11平行于导槽22并安装在支架的侧壁上，水平加压装置11的球头中心位于下 剪切盒9高度的二分之一处，水平加压装置11的轴线通过下剪切盒9侧壁的中心点，支座 25固定安装在与安装水平加压装置相向的仪器支架18的侧壁上，水平压力及水平位移测 量装置19固定安装在支座25上，水平压力及水平位移测量装置19设置有第二水平位移传 感器10和第二水平压力传感器20，水平压力及水平位移测量装置19的轴线与支座25垂 直，并位于上剪切盒1高度的二分之一处，在下剪切盒9底部开有进气口沈，进气口沈通过 进气管道16与干湿空气发生装置13连接，干湿空气发生装置13中设置有空气湿度传感器 14，在进气管道16设有空气速度电磁控制阀15，在上剪切盒1内依次由下至上置放有上滤 层8、溶液浸入装置30和传压板2，上滤层8的下方设置有第一含水率传感器3，溶液浸入装 置30为一空心容器，在其底板上开有均勻分布的通孔，在溶液浸入装置30顶部设有进液口 27，进液管道6贯通传压板并与进液口 27连接，进液管道6安装有液体流速电磁控制阀7， 所浸入的液体为被测污染土体的污染状情况所配置的污染溶液。
本发明试验装置的工作原理
试验时，将空气速度电磁控制阀15和液体流速电磁控制阀7、重量传感器17、第一 含水率传感器3、第二含水率传感器34、空气湿度传感器14、第一水平位移传感器31、第一 水平压力传感器32、第二水平位移传感器10、第二水平压力传感器20和竖直压力传感器5 外接计算机12，将下滤层33置于下剪切盒9内，将第二含水率传感器34置放在下滤层33 上方，将上剪切盒1置于下剪切盒9上，然后将试验土体置于剪切盒内，顺序的套上第一含 水率传感器3、上滤层8、溶液浸入装置30及传压板2，进液管道6与溶液浸入装置30、液体 流速电磁控制阀7和进液漏斗四连接，进气管道16与干湿空气发生装置13、空气速度电 磁控制阀15和下剪切盒9连接，将上剪切盒1和下剪切盒9用密封圈观密封，竖直加压装 置4、水平加压装置11和水平压力及水平位移测量装置19保证不与上剪切盒1、下剪切盒 9及传压板2接触，按照污染土体的污染状情况配置污染溶液，将配置好的污染溶液倒入进 液漏斗四，调节好液体流速控制阀7的流速，溶液通过进液管道6流入溶液浸入装置30并 穿过上滤层8对试验土体进行污染，污染完成后，拔掉进液管道6与溶液浸入装置30的连 接，启动重量传感器17测量试验土体的重量，通过第一含水率传感器3和第二含水率传感 器34测量试验土体的含水率，并将试验土体的重量及含水率信息通过数据线传给计算机 12，根据实验需要在计算机12设定试验土体的试验含水率，启动干湿空气发生装置13，调 节好空气速度电磁控制阀15的速度，以免对试验土体的破坏而影响其抗剪强度，当到达试5验设定的含水率后，停止干湿空气发生装置13的工作，拔掉进气管道16与下剪切盒9的连 接，拆下密封圈观。
上述过程完成后，将竖直加压装置4的球头在导轨23上调整至加压板2的中心位 置，水平加压装置11及水平压力及水平位移测量装置19的球头分别与传压板2中心、并用 锁紧螺栓M固定在导轨23上，调整水平加压装置11的球头至下剪切盒9侧壁的中心并接 触，调整水平压力及水平位移测量装置19的球头至上剪切盒1侧壁中心并接触，计算机12 上设定好试验的主应力及相关参数，按照剪切试验的规范对试验土体进行竖直压力和水平 压力的加载，根据第一水平位移传感器3与第二水平位移传感器34测出的污染土体的位移 计算出污染土体的剪切面积，计算机12将剪切面积信息传递给竖直加压装置4，竖直加压 装置4根据剪切面积的变化改变竖直加载力，从而保证污染土体的主应力恒等，计算机12 适时采集和记录重量传感器17、第一含水率传感器3、第二含水率传感器34、第一水平位移 传感器31、第一水平压力传感器32、第二水平位移传感器10、第二水平压力传感器20和竖 直压力传感器5的数据，根据数据进行处理，得到试验结果。
权利要求
1.一种可控含水率污染土体抗剪强度的试验装置，其特征在于试验装置由仪器支架 (18)、上剪切盒(1)、下剪切盒(9)、传压板(2)、竖直加压装置(4)、水平加压装置(11)、干 湿空气发生装置(13)、进液漏斗09)及传感器构成，仪器支架(18)的上端面和仪器支架 (18)内分别设置有平行的导轨和导槽(22)，竖直加压装置(4)通过滚动轴承安 装在导轨上，上剪切盒(1)上方设有压力板O)，导槽0 内设置滚动轴承(21)，下 剪切盒(9)卡放在两个平行的导槽02)上方，下剪切盒(9)内置放有下滤层(33)，上剪切 盒(1)位于下剪切盒(9)上方，竖直加压装置(4)位于上剪切盒(1)上方，水平加压装置 (11)平行于导槽02)并安装在支架的侧壁上，水平加压装置(11)的球头中心位于下剪切 盒(9)高度的二分之一处，水平加压装置(11)的轴线通过下剪切盒(9)侧壁的中心点，支 座0 固定安装在与安装水平加压装置相向的仪器支架(18)的侧壁上，水平压力及水平 位移测量装置(19)固定安装在支座0 上，水平压力及水平位移测量装置(19)的轴线与 支座05)垂直，并位于上剪切盒(1)高度的二分之一处，在下剪切盒(9)底部开有进气口 (沈)，进气口 06)通过进气管道(16)与干湿空气发生装置(1 连接，在进气管道(16)设 有空气速度电磁控制阀(15)，在上剪切盒(1)内依次由下至上置放有上滤层(8)、溶液浸入 装置(30)和传压板0)，溶液浸入装置(30)为一空心容器，在其底板上开有均勻分布的通 孔，在溶液浸入装置(30)顶部设有进液口(27)，进液管道(6)贯通传压板并与进液口 (XT) 连接，进液管道(6)安装有液体流速电磁控制阀(7)。
2.如权利要求1所述的一种可控含水率污染土体抗剪强度的试验装置，其特征在于 所述的密封圈08)套装在上剪切盒(1)与下剪切盒(9)之间。
3.如权利要求1所述的一种可控含水率污染土体抗剪强度的试验装置，其特征在于 所述的水平加压装置(11)上设置有第一水平位移传感器(31)和第一水平压力传感器 (32)。
4.如权利要求1所述的一种可控含水率污染土体抗剪强度的试验装置，其特征在于 所述的水平压力及水平位移测量装置(19)设置有第二水平位移传感器(10)和第二水平压 力传感器(20)。
5.如权利要求1所述的一种可控含水率污染土体抗剪强度的试验装置，其特征在于 所述的上滤层(8)的下方设置有第一含水率传感器(3)，下滤层(3 的上方设置有第二含 水率传感器(34)。
6.如权利要求1所述的一种可控含水率污染土体抗剪强度的试验装置，其特征在于 所述的干湿空气发生装置(1 中设置有空气湿度传感器(14)。
7.如权利要求1所述的一种可控含水率污染土体抗剪强度的试验装置，其特征在于 所述的重力传感器(17)安装在导槽02)的下方。
8.如权利要求1所述的一种可控含水率污染土体抗剪强度的试验装置，其特征在于 所述的竖直加压装置中设置有竖直压力传感器(5)。
全文摘要
本发明涉及一种可控含水率污染土体抗剪强度的试验装置，属于环境岩土工程领域。试验装置由仪器支架、上剪切盒、下剪切盒、传压板、竖直加压装置、水平加压装置、干湿空气发生装置、进液漏斗及传感器构成。本发明的试验装置能够根据污染源的污染情况，测试原状污染土体及模拟土体的不同类型、不同浓度及不同pH值的污染状况；调节污染土体的含水率；保证试验过程中污染土体的主应力恒等，可真实反映污染土体的抗剪特性；各种传感器实现了试验过程控制的自动化，方便数据的记录和处理。
文档编号G01N3/24GK102033024SQ20101053229
公开日2011年4月27日 申请日期2010年11月2日 优先权日2010年11月2日
发明者万勇, 刘磊, 李江山, 薛强, 陈亿军 申请人:中国科学院武汉岩土力学研究所
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