一种大变形固结与污染物迁移耦合试验加载装置及平台制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种大变形固结与污染物迁移耦合试验加载装置及平台，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。该加载装置中的游砣小杠杆和框架大杠杆分别连接于杠杆支点结构两侧，组成杠杆机构并悬空；游砣设于游砣小杠杆上，施载砣挂盘设于框架大杠杆的施载端；框架传力杆上端连接固定加载端，下端连接框架大杠杆；加载导杆组件包括导杆传力杆和设于导杆传力杆下端的加载垫；导杆传力杆上端与固定加载端连接，当施载砣挂盘上施载时，加载力最终传递至加载垫，以对试验样品施压，实现大尺寸模型试验。该平台基于上述装置，在试验柱组件上设置多个密封针孔式取样口组件，实现在加载过程中随时取样。

【技术实现步骤摘要】
一种大变形固结与污染物迁移耦合试验加载装置及平台
本专利技术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，涉及一种单杠杆式大变形固结与污染物迁移耦合试验加载装置及平台。
技术介绍
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。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。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。实际上，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。但是，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。现有的一些模拟试验方法如下：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(即模型尺寸要求较大，小尺寸试验结果精度差)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很高，难以满足，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，能够满足加载需求，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，提高了装置的生产成本费用、使用要求，降低了装置质量(例如稳定性、可维护性、强度等)以及耐久度。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。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种单杠杆式大变形固结与污染物迁移耦合试验加载装置及平台，其目的之一在于，利用杠杆原理简化加载框架，使得试验中加载方式简单而高效，便于实现大尺寸的室内模型试验。为了实现上述目的，本专利技术提供了一种大变形固结与污染物迁移耦合试验加载装置，包括：加载框架组件和加载导杆组件；加载框架组件包括固定加载端、框架传力杆、框架台面、游砣、游砣小杠杆、施载砣挂盘、支点固定结构、框架大杠杆以及杠杆支点结构；框架台面开设有通孔；杠杆支点结构固定于框架台面下方，游砣小杠杆和框架大杠杆分别连接于杠杆支点结构两侧，组成杠杆机构，并使游砣小杠杆和框架大杠杆悬空；游砣设于游砣小杠杆上，施载砣挂盘设于框架大杠杆的施载端；框架传力杆穿过通孔，且其上端连接固定加载端，下端连接于框架大杠杆靠近杠杆支点结构的部位；加载导杆组件包括导杆传力杆和设于导杆传力杆下端的加载垫；导杆传力杆上端与固定加载端连接，当施载砣挂盘上施载时，加载力依次通过框架大杠杆、框架传力杆、固定加载端和导杆传力杆传递至加载垫，以对试验样品施压。进一步地，框架传力杆数量为两个，平行且对称布置于框架大杠杆两侧；杠杆连接杆穿过框架大杠杆，与框架大杠杆转动配合；杠杆连接杆的两端分别与两个框架传力杆的下端固定连接。进一步地，该加载装置还包括桌腿支架和固定置物面；框架台面和固定置物面均通过桌腿支架支撑；固定置物面位于杠杆机构下方，用于放置闲置的加载物，该加载物用于试验时放置在施载砣挂盘上，施加负载。进一步地，加载垫上均匀开设多个通孔作为挤压液体运移孔。为了实现上述目的，本专利技术还提供了一种大变形固结与污染物迁移耦合试验平台，包括如前所述的任意一种大变形固结与污染物迁移耦合试验加载装置。进一步地，该平台还包括：试验柱组件、上密封盖组件、下密封盖组件和位移测量仪；试验柱组件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；加载垫位于密闭实验空间内，传力杆上端穿过上密封盖组件，伸出闭实验空间外；位移测量仪用于测量固定加载端的位移。本专利技术的另一目的在于，提供一种能够在试验加载过程中对各层污染浓度随时取样的试验平台。为了实现上述目的，进一步地，试验柱组件侧壁从上至下均匀开设有多个贯通侧壁的螺纹取样口，每个螺纹取样口中均设有密封针孔式取样口组件；密封针孔式取样口组件包括空心双头螺纹接头管、无粘结BTO隔垫和顶空瓶盖型螺帽；空心双头螺纹接头管一端旋紧固定于螺纹取样口中，另一端设置无粘结BTO隔垫；顶空瓶盖型螺帽与空心双头螺纹接头管螺纹配合，以将无粘结BTO隔垫固定在空心双头螺纹接头管端部，且使无粘结BTO隔垫部分裸露。进一步地，上密封盖组件包括上盖本体和上平面密封橡胶垫圈；上盖本体上设有的垫圈沟槽和加载导杆通孔，上平面密封橡胶垫圈设于垫圈沟槽中，传力杆穿过加载导杆通孔。进一步地，下密封盖组件包括下盖本体、透水石、滤纸、螺纹接头塑料管、带沟槽底盘和下平面密封橡胶垫圈；下盖本体上表面设有透水石沟槽，透水石沟槽中心设有螺纹通孔；透水石、滤纸从上至下依次设于透水石沟槽中，覆盖螺纹通孔；带沟槽底盘将螺纹接头塑料管固定于下盖本体下表面，螺纹接头塑料管的螺纹接头旋入螺纹通孔中；下平面密封橡胶垫圈设于下盖本体上表面，用于与试验柱组件下端配合密封。进一步地，试验柱组件、上盖本体、下盖本体、带沟槽底盘材质均为有机玻璃。总体而言，本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：1、基于杠杆原理设计出一种可适用于本试验的单杠杆式加载框架组件，通过游砣小杠杆和框架大杠杆进行加载和配平，操作简单而高效，从而适于进行大尺寸的室内模型试验；2、对试验柱侧壁从上至下均匀打孔，采用自主设计的便于随时取样的密封针孔式取样口组件进行试验柱侧壁孔的连接，利用无粘结BTO隔垫的针刺密封特性，可以使用注射器直接刺入无粘结BTO隔垫随时进行取样，且整个取样过程也是始终密封，不会泄漏；3、选用有机玻璃制作试验柱组件和上下密封盖组件的主要部件，便于实时观察试验过程及状况，同时因易于观察而有助于提升取样准确性；4、本专利技术可用于模拟测试污染底泥的堆场处置和水下原位覆盖等情况，得出运用各处理技术进行污染底泥处理时的大变形固结与污染物迁移耦合的发生机理和规律以及相关实用技术和设计工法。附图说明图1为本专利技术的一种单杠杆式大变形固结与污染物迁移耦合试验装置的整体结构示意图；图2a～2c为图1中的试验柱组件和密封针孔式取样口组件及污染浓度取样的结构示意图；图3a～3d为图1中上下密封盖组件的结构示意图；图4a、4b为图1中加载导杆组件的结构示意图；图5为图1中加载框架组件的结构示意图；图6为图5的另一视角的结构示意图；图7为图1中位移测量仪组件的结构示意图。在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种大变形固结与污染物迁移耦合试验加载装置，其特征在于，包括：加载框架组件(E)和加载导杆组件(D)；加载框架组件(E)包括固定加载端(E1)、框架传力杆(E2)、框架台面(E4)、游砣(E6)、游砣小杠杆(E7)、施载砣挂盘(E9)、支点固定结构(E11)、框架大杠杆(E12)以及杠杆支点结构(E13)；框架台面(E4)开设有通孔(E3)；杠杆支点结构(E13)固定于框架台面(E4)下方，游砣小杠杆(E7)和框架大杠杆(E12)分别连接于杠杆支点结构(E13)两侧，组成杠杆机构，并使游砣小杠杆(E7)和框架大杠杆(E12)悬空；游砣(E6)设于游砣小杠杆(E7)上，施载砣挂盘(E9)设于框架大杠杆(E12)的施载端；框架传力杆(E2)穿过通孔(E3)，且其上端连接固定加载端(E1)，下端连接于框架大杠杆(E12)靠近杠杆支点结构(E13)的部位；加载导杆组件(D)包括导杆传力杆(D1)和设于导杆传力杆(D1)下端的加载垫(D2)；导杆传力杆(D1)上端与固定加载端(E1)连接，当施载砣挂盘(E9)上施载时，加载力依次通过框架大杠杆(E12)、框架传力杆(E2)、固定加载端(E1)和导杆传力杆(D1)传递至加载垫(D2)，以对试验样品施压。...

【技术特征摘要】
1.一种大变形固结与污染物迁移耦合试验加载装置，其特征在于，包括：加载框架组件(E)和加载导杆组件(D)；加载框架组件(E)包括固定加载端(E1)、框架传力杆(E2)、框架台面(E4)、游砣(E6)、游砣小杠杆(E7)、施载砣挂盘(E9)、支点固定结构(E11)、框架大杠杆(E12)以及杠杆支点结构(E13)；框架台面(E4)开设有通孔(E3)；杠杆支点结构(E13)固定于框架台面(E4)下方，游砣小杠杆(E7)和框架大杠杆(E12)分别连接于杠杆支点结构(E13)两侧，组成杠杆机构，并使游砣小杠杆(E7)和框架大杠杆(E12)悬空；游砣(E6)设于游砣小杠杆(E7)上，施载砣挂盘(E9)设于框架大杠杆(E12)的施载端；框架传力杆(E2)穿过通孔(E3)，且其上端连接固定加载端(E1)，下端连接于框架大杠杆(E12)靠近杠杆支点结构(E13)的部位；加载导杆组件(D)包括导杆传力杆(D1)和设于导杆传力杆(D1)下端的加载垫(D2)；导杆传力杆(D1)上端与固定加载端(E1)连接，当施载砣挂盘(E9)上施载时，加载力依次通过框架大杠杆(E12)、框架传力杆(E2)、固定加载端(E1)和导杆传力杆(D1)传递至加载垫(D2)，以对试验样品施压。2.如权利要求1所述的一种大变形固结与污染物迁移耦合试验加载装置，其特征在于，框架传力杆(E2)数量为两个，平行且对称布置于框架大杠杆(E12)两侧；杠杆连接杆(E14)穿过框架大杠杆(E12)，与框架大杠杆(E12)转动配合；杠杆连接杆(E14)的两端分别与两个框架传力杆(E2)的下端固定连接。3.如权利要求1或2所述的一种大变形固结与污染物迁移耦合试验加载装置，其特征在于，还包括桌腿支架(E5)和固定置物面(E15)；框架台面(E4)和固定置物面(E15)均通过桌腿支架(E5)支撑；固定置物面(E15)位于杠杆机构下方，用于放置闲置的加载物，该加载物用于试验时放置在施载砣挂盘(E9)上，施加负载。4.如权利要求1～3任意一项所述的一种大变形固结与污染物迁移耦合试验平台，其特征在于，加载垫(D2)上均匀开设多个通孔作为挤压液体运移孔。5.一种大变形固结与污染物迁移耦合试验平台，其特征在于，包括权利要求1～4任意一项所述的大变形固结与污染物迁移耦合试验加载装置。6.如权利要求5所述的一种大变形固结与污染物迁移...

【专利技术属性】
技术研发人员：邱金伟，蒲诃夫，陈训龙，宋丁豹，吕伟东，方亮，李磊，阮琪发，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42