基于液氣耦合作用的填埋場土坡失穩離心模型試驗裝置制造方法
【專利摘要】本發明涉及一種基于液氣耦合作用的填埋場土坡失穩離心模型試驗裝置，包括帶有吊籃的離心機和置于吊籃內的模型箱，模型箱內通過T型隔板分隔為三個容腔，三個容腔內分別設有透明的密封箱、為密封箱內噴水的噴水組件以及為密封箱內充氣的氣壓控制組件，密封箱設有可開關的上蓋，該上蓋上設有分別與噴水組件和氣壓控制組件連通的接頭，密封箱內設有試驗用的填埋場土坡、氣壓表及TDR飽和度測試儀，氣壓表用于測量密封箱內的氣壓，TDR飽和度測試儀用于測量土坡內部含水的飽和度。與現有技術相比，本發明通過給密封箱噴水和控制其內部氣壓模擬液氣耦合作用下大型填埋場邊坡的失穩行為，具有操作方便、構造簡單、可視化程度高以及控制精確等優點。
【專利說明】基于液氣耦合作用的填埋場土坡失穩離心模型試驗裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種巖土工程離心模型試驗裝置，尤其是涉及一種基于液氣耦合作用的填埋場土坡失穩離心模型試驗裝置。
【背景技術】
[0002]城市固體廢棄物不易焚燒，焚燒處理成本高，其它如堆肥法、熱處理法等在技術和成本上都還不成熟。對垃圾進行填埋處理是常用的垃圾處理手段，在我國約有80%的城市生活垃圾都是填埋處理。
[0003]以往對填埋場設計、施工、填埋、封閉等方面的考量主要集中于對地下水和大氣環境的污染和影響，較少關注失穩破壞所造成的損失和災難性的后果。隨著全球各地相繼發生填埋場穩定性破壞，造成了人員傷亡和大量的財產損失。這些事故的發生引起了廣泛關注，對于垃圾填埋場穩定性的研究迫在眉睫。
[0004]在我國城市生活垃圾主要采用衛生填埋法進行處理，由于垃圾土體成分復雜加上長時間堆載，雨水滲入和有機物生化降解反應產生大量氣體和滲濾液，導致大型垃圾填埋場內垃圾土體失穩機理十分復雜。近些年國內外學者對垃圾土體的力學特性研究有了長足的發展，對于穩定性研究多采用數值模擬的方法或基于經典土力學理論中的解析方法，缺乏試驗的驗證。土工離心機技術是一種運用離心機產生離心加速度的設備，這樣就可以縮小尺寸直觀地再現垃圾土體的工作狀態，進而獲得相關的數據。要基于液氣耦合作用下垃圾土體的失穩狀態必須能夠控制水分和氣壓，目前國內外還沒有研制出能同時控制水和氣壓的垃圾土坡穩定的離心模型裝置。

【發明內容】

[0005]本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種考基于液氣耦合作用的填埋場土坡失穩離心模型試驗裝置。
[0006]本發明的目的可以通過以下技術方案來實現:一種基于液氣耦合作用的填埋場土坡失穩離心模型試驗裝置，其特征在于，包括帶有吊籃的離心機和置于吊籃內的模型箱，所述的模型箱內通過T型隔板分隔為三個容腔，所述的三個容腔內分別設置有透明的密封箱、為密封箱內噴水的噴水組件以及為密封箱內充氣的氣壓控制組件，所述的密封箱設有可開關的上蓋，該上蓋上設有分別與噴水組件和氣壓控制組件連通的接頭，密封箱內設有試驗用的填埋場土坡、氣壓表及TDR飽和度測試儀，所述的氣壓表用于測量密封箱內的氣壓，所述的TDR飽和度測試儀用于測量土坡內部含水的飽和度。
[0007]所述的噴水組件包括水箱、潛水泵、第一球閥、管路及噴頭，所述的潛水泵置于水箱內，所述的噴頭與管路連接后置于密封箱內，所述的管路通過密封箱上蓋的接頭依次與第一球閥和潛水泵連接。
[0008]所述的管路為網管式管路，該網管式管路由一根主干管和多根并聯的分支管連接而成，所述的第一球閥置于主干管內，所述的每根分支管上串聯有多個噴頭。[0009]所述的嗔頭為霧化嗔頭。
[0010]所述的氣壓控制組件包括空氣壓縮機、氣體減壓閥、第二球閥及輸氣管道，所述的空氣壓縮機通過輸氣管道與密封箱上蓋的接頭連通，所述的氣體減壓閥和第二球閥依次設置在輸氣管道內。
[0011]所述的密封箱采用玻璃材料制成。
[0012]所述的離心機設有電源控制柜，該電源控制柜分別與潛水泵和空氣壓縮機連接，實現控制潛水泵和空氣壓縮機的開關。
[0013]所述的模型箱一側設有可視窗，該可視窗外設有用于記錄坡土土體變化過程的監視組件。
[0014]所述的監視組件包括照明燈和攝像機。
[0015]所述的TDR飽和度測試儀設有多個，分布埋設在土坡內。
[0016]與現有技術相比，本發明具有以下優點:
[0017]1、氣壓控制組件通過輸入可控的氣體給密封箱，實現控制密封箱內氣壓，使得本發明可根據實際情況選取氣壓值設置試驗方案，以便更好地模擬垃圾土體在不同時期不同氣壓下的失穩狀態；
[0018]2、噴水組件采用管網式設計和分布的多個霧化噴頭，能有效保證噴水的均勻性，通過電源控制柜控制潛水泵開啟和關閉，進而控制噴水量，使得本發明可根據需要控制試驗邊坡土體的飽和度；
[0019]3、氣壓表和TDR飽和度測試儀可測量密封箱內氣壓和飽和度數據，從而實時監測試驗過程中土體的狀態；
[0020]4、本發明中各個部分都加以固定從而能夠承受高重力場作用，空氣壓縮機和潛水泵均采用電力驅動，且與離心機的電源控制柜連接，使用方便；
[0021]5、模型箱前側為有機玻璃，密封箱也采用透明材質，通過監測組件可以很清晰的觀察土體的變化，可視化程度高，通過監視組件采集圖像信息可以完整地記錄實驗過程中土體發生的變化。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1為本發明的俯視示意圖；
[0023]圖2為圖1中A-A前視圖；
[0024]圖3為圖1中B-B前視圖。
【具體實施方式】
[0025]下面結合附圖和具體實施例對本發明進行詳細說明。
[0026]如圖1所示，一種基于液氣耦合作用的填埋場土坡失穩離心模型試驗裝置，其特征在于，包括帶有吊籃的離心機和置于吊籃內的模型箱，所述的模型箱I上端開口，方便模型箱I內各個組件的裝配和調試，模型箱I前側鑲嵌有一塊有機玻璃，方便對模型箱I內進行監控，模型箱I內被一 T型隔板2分隔為三個容腔，所述的三個容腔內分別設置有透明的高強度的玻璃密封箱3、為密封箱3內輸水的噴水組件以及為密封箱3內充氣的氣壓控制組件；所述的密封箱3設有可開關的上蓋，該上蓋上設有分別與噴水組件和氣壓控制組件連通的接頭，密封箱3內設有試驗用的填埋場土坡和數據采集組件，所述的數據采集組件包括氣壓表和TDR飽和度測試儀，所述的氣壓表12固定于密封箱內，用于實時監測密封箱3內部的氣壓值，所述的TDR飽和度測試儀設有多個，分布埋設在土坡內用于測定土坡內部的飽和度，所述的模型箱I的有機玻璃外設有用于記錄離心機運轉時坡土土體變化過程的監視組件，該監視組件包括照明燈和攝像機。
[0027]如圖1、2所示，所述的噴水組件包括水箱4、潛水泵5、第一球閥6、管路7及噴頭8，所述的潛水泵5置于水箱4內，通過與離心機的電源控制柜連接控制其開關，所述的管路7為網管式管路，該網管式管路由一根主干管和三根并聯的分支管連接而成，每根分支管上均串聯有三個噴頭8，所述的噴頭8為霧化噴頭，噴頭8與分支管連接后置于密封箱3內，主干管通過密封箱3上蓋的接頭依次與第一球閥6和潛水泵5連接，潛水泵5啟動后，將水箱4內的水壓入主干管內，水依次經過第一球閥6后進入密封箱3內。噴水組件實現對密封箱3內均勻灑水,從而提高土體的飽和度。
[0028]如圖1、3所示，所述的氣壓控制組件包括空氣壓縮機9、氣體減壓閥10、第二球閥11及輸氣管道，所述的離心機的電源控制柜與空氣壓縮機9連接控制其開關，所述的空氣壓縮機9通過輸氣管道與密封箱3上蓋的接頭連通，所述的輸氣管道內依次串聯有氣壓減壓閥10和第二球閥11，所述的氣壓減壓閥10可調節過流氣體的氣壓，所述的第二球閥11可實現輸氣管道的導通和封閉。
[0029]采用本發明裝置實現基于液氣耦合作用的填埋場土坡失穩離心模型試驗具體包括以下幾個步驟:
[0030]第一，先清洗模型箱和密封箱的玻璃，使之達到良好的可視度，再將按一定比例配制的模擬垃圾土按一定的坡角填入密封箱內，土體內分布多個TDR飽和度測試儀，并將壓力表固定在密封箱內，然后對水箱進行加水至合適的水位高度，最后確保模型箱內部各個組件連接正常，并將組件固定好；
[0031]第二，將模型箱利用吊機放置在離心機的吊籃上并固定，之后將潛水泵、空氣壓縮機的電源連接至離心機的電源控制柜，開啟監視組件；
[0032]第三，打開噴水組件的第一球閥，開啟潛水泵的開關，噴水組件為密封箱內輸水，使得土體的飽和度不斷升高，根據試驗方案要求，在預設時間后關閉潛水泵和第一球閥，密封箱內停止噴水；
[0033]第四，待吸水后的土體穩定后，根據試驗方案要求調節氣壓控制組件的氣壓減壓閥，設定好過流氣壓之后，打開第二球閥和開啟空氣壓縮機，觀察密封箱內的氣壓表，待氣壓表度數穩定后關閉空氣壓縮機和第二球閥；
[0034]第五，確保模型箱內各組件工作正常后，設定離心機轉速，使離心機加速度恒定后達到試驗方案要求的加速度值，開啟離心機，在離心機超高重力場作用下，土坡發生失穩，監視組件實時記錄下隨時間變化的土坡的變形情況。
[0035]以上實施例所述的【具體實施方式】僅僅是對于本
【發明內容】
的一種操作方式，由于本發明裝置具有較好的可控性，相關【技術領域】的技術人員可以便捷地對試驗方案進行修改達到各種環境下的條件控制，本發明的保護范圍不應僅僅局限于說明書中所述的【具體實施方式】，相關技術人員根據本發明構思基礎上所采用的等同技術方法都應當隸屬于本發明的保護范圍。
【權利要求】
1.一種基于液氣耦合作用的填埋場土坡失穩離心模型試驗裝置，其特征在于，包括帶有吊籃的離心機和置于吊籃內的模型箱，所述的模型箱內通過T型隔板分隔為三個容腔，所述的三個容腔內分別設置有透明的密封箱、為密封箱內噴水的噴水組件以及為密封箱內充氣的氣壓控制組件，所述的密封箱設有可開關的上蓋，該上蓋上設有分別與噴水組件和氣壓控制組件連通的接頭，密封箱內設有試驗用的填埋場土坡、氣壓表及TDR飽和度測試儀，所述的氣壓表用于測量密封箱內的氣壓，所述的TDR飽和度測試儀用于測量土坡內部含水的飽和度。
2.根據權利要求1所述的一種基于液氣耦合作用的填埋場土坡失穩離心模型試驗裝置，其特征在于，所述的噴水組件包括水箱、潛水泵、第一球閥、管路及噴頭，所述的潛水泵置于水箱內，所述的噴頭與管路連接后置于密封箱內，所述的管路通過密封箱上蓋的接頭依次與第一球閥和潛水泵連接。
3.根據權利要求2所述的一種基于液氣耦合作用的填埋場土坡失穩離心模型試驗裝置，其特征在于，所述的管路為網管式管路，該網管式管路由一根主干管和多根并聯的分支管連接而成，所述的第一球閥置于主干管內，所述的每根分支管上串聯有多個噴頭。
4.根據權利要求2或3所述的一種基于液氣耦合作用的填埋場土坡失穩離心模型試驗裝置，其特征在于，所述的噴頭為霧化噴頭。
5.根據權利要求2所述的一種基于液氣耦合作用的填埋場土坡失穩離心模型試驗裝置，其特征在于，所述的氣壓控制組件包括空氣壓縮機、氣體減壓閥、第二球閥及輸氣管道，所述的空氣壓縮機通過輸氣管道與密封箱上蓋的接頭連通，所述的氣體減壓閥和第二球閥依次設置在輸氣管道內。
6.根據權利要求1所述的一種基于液氣耦合作用的填埋場土坡失穩離心模型試驗裝置，其特征在于，所述的密封箱采用玻璃材料制成。
7.根據權利要求5所述的一種基于液氣耦合作用的填埋場土坡失穩離心模型試驗裝置，其特征在于，所述的離心機設有電源控制柜，該電源控制柜分別與潛水泵和空氣壓縮機連接，實現控制潛水泵和空氣壓縮機的開關。
8.根據權利要求1所述的一種基于液氣耦合作用的填埋場土坡失穩離心模型試驗裝置，其特征在于，所述的模型箱一側設有可視窗，該可視窗外設有用于記錄坡土土體變化過程的監視組件。
9.根據權利要求8所述的一種基于液氣耦合作用的填埋場土坡失穩離心模型試驗裝置，其特征在于，所述的監視組件包括照明燈和攝像機。
10.根據權利要求1所述的一種基于液氣耦合作用的填埋場土坡失穩離心模型試驗裝置，其特征在于，所述的TDR飽和度測試儀設有多個，分布埋設在土坡內。
【文檔編號】G01N33/24GK103713110SQ201310704206
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年12月19日 優先權日:2013年12月19日
【發明者】呂璽琳, 黃茂松, 賴海波 申請人:同濟大學