[發明專利]一種監測固化重金屬污染土的壓阻式應力感應裝置及使用方法

在審

• 申請號: 202110675168.2
• 申請日: 2021-06-18
• 公開（公告）號: CN113281185A
• 公開（公告）日: 2021-08-20
• 發明（設計）人: 李麗華;岳雨薇;肖衡林;劉數華;馬強;陶高梁;劉永莉;李文濤;徐維生;鐘楚珩;楊智勇
• 申請（專利權）人: 湖北工業大學
• 主分類號: G01N3/12
• 分類號: G01N3/12;G01N3/06
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 龔雅靜

1.一種監測固化重金屬污染土的壓阻式應力感應裝置，其特征在于：包括變形裝置、參數及操作控制裝置、監測裝置、數據傳輸裝置和數據處理裝置；

所述變形裝置包括變形空間、壓縮桿件和定型器，所述定型器和所述壓縮桿件均設在所述變形空間內，監測時將污染土樣放置在所述定型器內并通過所述壓縮桿件壓縮；

所述監測裝置包括壓力監測件、電阻監測件和位移檢測件，所述壓力監測件設在所述壓縮桿件頂部，所述電阻監測件設在所述壓力監測件底部，所述位移監測件設在所述壓縮桿件側面；

所述參數及操作控制裝置包括操作控制器、操作界面和接口部，所述操作控制器用于控制變形裝置運動和監測裝置監測，所述操作界面與所述操作控制器相連用于顯示污染土樣基本參數和壓縮桿件功能參數的輸入畫面，所述接口部與所述操作控制器相連并通過數據線與所述壓力監測件、電阻監測件、位移監測件和壓縮桿件相連，獲取壓力值、電阻值和位移值，并控制所述壓縮桿件的壓縮速率；

所述數據處理裝置用于分析所述參數及操作控制裝置收到的壓力值、電阻值和位移值，并結合污染土樣基本參數得出軸向應力和電阻率及其圖像；

所述數據傳輸裝置包括信號發射裝置和信號接收裝置，所述信號發射裝置設在所述參數及操作控制裝置上用于發射信號，所述信號接收裝置設在所述數據處理裝置上用于接收信號。

2.根據權利要求1所述的監測固化重金屬污染土的壓阻式應力感應裝置，其特征在于：所述變形空間為上下開口的圓筒形結構，所述定型器為半圓柱壁，兩個所述半圓柱壁對稱設置在所述變形空間內，所述半圓柱壁底部設有下固定臺，所述下固定臺為半圓板形，通過推動兩個所述半圓柱壁相向移動，使兩個所述半圓柱壁形成壓縮圓筒。

3.根據權利要求2所述的監測固化重金屬污染土的壓阻式應力感應裝置，其特征在于：所述壓縮桿件設在所述半圓柱壁頂部，所述壓縮桿件底部設有壓縮圓板，所述壓縮圓板的直徑等同于所述壓縮圓筒的直徑。

4.根據權利要求1所述的監測固化重金屬污染土的壓阻式應力感應裝置，其特征在于：在所述操作界面中，能夠設置測試頻率為50～100kHz共16個頻點。

5.根據權利要求1所述的監測固化重金屬污染土的壓阻式應力感應裝置，其特征在于：所述半圓柱壁內徑為40～50mm。

6.根據權利要求1所述的監測固化重金屬污染土的壓阻式應力感應裝置，其特征在于：所述壓力監測件為壓力傳感器，所述壓縮圓板為絕緣塑料制成。

7.根據權利要求1所述的監測固化重金屬污染土的壓阻式應力感應裝置，其特征在于：所述電阻監測件包括上感應元件和下感應元件，所述上感應元件和所述下感應元件均為2mm厚的銅制電極片。

8.一種監測固化重金屬污染土的壓阻式應力感應裝置的使用方法，采用權利要求1-7任一項所述的監測固化重金屬污染土的壓阻式應力感應裝置，其特征在于：

步驟1、預處理步驟，在現場固化重金屬污染土中取一定質量的污染土樣，填入定型器中；

步驟2、準備步驟，將參數及操作控制裝置和數據處理裝置相連，將壓縮桿件壓入污染土樣中，向下移動壓縮桿件至設定高度；

步驟3、壓縮步驟，在定型器內留出一定的空間，將數據處理裝置打開，并通過參數及操作控制裝置設置壓縮速率，開始污染土樣的壓縮過程，同時監測壓力值、電阻值和位移值；

步驟4、結束步驟，壓縮過程至污染土樣破壞而結束，取出污染土樣，結束測試，同時可觀測污染土樣破壞情況；

步驟5、數據處理步驟，對獲取的壓力值和電阻值進行處理分析，得到最大軸向應力值和最小電阻率值。

9.根據權利要求8所述的監測固化重金屬污染土的壓阻式應力感應裝置的使用方法，其特征在于：在所述步驟5中，通過以下計算方法獲得軸向應力值和電阻率值，進而從數據或圖像得到最大軸向應力值和最小電阻率值；

污染土樣的平均斷面面積應按下式計算：

式中：A_a——污染土樣剪切時的斷面面積，單位為mm²；A₀——污染土樣的原始斷面面積，單位為mm²；ε——應變；

污染土樣所受的軸向應力應按下式計算：

式中：σ——軸向應力，單位為KPa；P——污染土樣壓縮過程中的受到的壓力，單位為N；A_a——污染土樣剪切時的斷面面積，單位為mm²；

污染土樣的無側限抗壓強度應按下式計算：

式中：A_a——污染土樣剪切時的斷面面積，單位為mm²；P_max——污染土樣破壞時的最大壓力，單位為N；ε——應變；

電阻率的計算公式為：

式中：ρ——電阻率；R——電阻；S——電極片與土樣的接觸面積，單位為m²；L——兩個電極片之間的距離，單位為m。