本發(fā)明涉及材料壓縮性能測(cè)試領(lǐng)域，具體而言，涉及一種秸稈壓縮特性測(cè)試裝置及測(cè)試方法。

背景技術(shù)：

農(nóng)作物秸稈是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的主要廢棄物之一，目前全世界每年農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生的秸稈為1000億～2000億噸，中國(guó)每年有近6億噸秸稈，而被利用的不足2000萬噸，約97％的秸稈被焚燒、堆積和遺棄，這對(duì)環(huán)境造成了極大的破壞。解決好秸稈的處置問題，是緩解環(huán)境污染的有效措施。另一方面，將秸稈作為排水體用于軟土的排水固結(jié)已經(jīng)有所應(yīng)用，要想很好地利用秸稈作為排水材料，需要先了解秸稈的壓縮特性，進(jìn)而了解秸稈的透水能力。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種秸稈壓縮特性測(cè)試裝置，其利用真空負(fù)壓狀態(tài)下產(chǎn)生的力對(duì)秸稈進(jìn)行壓縮，從而可以得到秸稈在真空負(fù)壓狀態(tài)下的壓縮特性。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種秸稈壓縮特性測(cè)試方法，其能夠測(cè)試得到秸稈在真空負(fù)壓狀態(tài)下的壓縮特性。

本發(fā)明的實(shí)施例是這樣實(shí)現(xiàn)的：一種秸稈壓縮特性測(cè)試裝置，其包括殼體、秸稈排水體、抽真空系統(tǒng)、體變測(cè)試裝置和軸向變形測(cè)試裝置。殼體包括第一底座、第二底座和側(cè)板，第一底座和第二底座分別與側(cè)板連接，構(gòu)成用于容置秸稈排水體的秸稈室，秸稈室為一個(gè)封閉的空間。秸稈排水體包括彈性結(jié)構(gòu)、第一秸稈接頭和第二秸稈接頭，彈性結(jié)構(gòu)包括用于放置秸稈的容置腔和第一接口、第二接口；第一接口與第一秸稈接頭可拆卸連接，第二接口與第二秸稈接頭可拆卸連接；第二秸稈接頭與第二底座連接。軸向變形測(cè)試裝置包括導(dǎo)桿，導(dǎo)桿穿過第一底座與第一秸稈接頭接觸，導(dǎo)桿與第一底座可滑動(dòng)地密封連接。體變測(cè)試裝置包括第一水罐、第一管道和稱量裝置，第一管道的兩端分別與第一水罐和秸稈室連通，第一管道上設(shè)置有第一閥門。抽真空系統(tǒng)包括抽真空裝置和第二管道，第二管道的一端伸入到容置腔內(nèi)，第二管道的另一端設(shè)置有抽真空裝置，第二管道上設(shè)置有第二閥門。

在本發(fā)明較佳的實(shí)施例中，第一接口與第一秸稈接頭卡接，第二接口與第二秸稈接頭卡接。

在本發(fā)明較佳的實(shí)施例中，第一底座上設(shè)置有垂直防滲導(dǎo)筒，導(dǎo)桿可以延防滲導(dǎo)筒內(nèi)側(cè)上下移動(dòng)。

在本發(fā)明較佳的實(shí)施例中，軸向變形測(cè)試裝置還包括百分表，百分表架設(shè)在導(dǎo)桿上。

在本發(fā)明較佳的實(shí)施例中，抽真空系統(tǒng)包括真空罐，真空罐設(shè)置在第二管道和抽真空裝置之間，并與第二管道和抽真空裝置的接口連接，真空罐上設(shè)置有氣閥。

在本發(fā)明較佳的實(shí)施例中，第一底座與第二底座通過螺桿聯(lián)接。

在本發(fā)明較佳的實(shí)施例中，側(cè)板的材質(zhì)為有機(jī)玻璃。

一種秸稈壓縮特性測(cè)試方法，其利用秸稈壓縮特性測(cè)試裝置進(jìn)行，其包括以下測(cè)試步驟：在容置腔內(nèi)裝入質(zhì)量為m₀的秸稈，裝入秸稈后的容置腔高度為h₀，直徑為d₀；將秸稈排水體安裝在秸稈室后，打開第一閥門，第一水罐中的水通過第一管道將秸稈室加滿水，然后關(guān)閉第一閥門，記錄稱量裝置上第一水罐的重量為M₁；接著打開第二閥門和抽真空裝置，當(dāng)稱量裝置的示數(shù)分別趨于穩(wěn)定時(shí)，記錄導(dǎo)桿的下降高度H₁和第一水罐的重量為M₂。

在本發(fā)明較佳的實(shí)施例中，秸稈的初始體積為V₀＝π*d₀²*/4，秸稈的初始密度為ρ₀＝m₀/V₀，秸稈的總體積變化量△V＝(M₁-M₂)/ρ_水，軸向變形＝H₁，徑向變形為△d＝[d₀-(4△V-π*d₀²*H₁)/(πh₀-πH₁)]^0.5。

在本發(fā)明較佳的實(shí)施例中，上述秸稈的軸向應(yīng)變?chǔ)?sub>v＝△S/h₀，ε_h＝△d/d₀，秸稈穩(wěn)定后的體積V穩(wěn)＝V₀-△V，穩(wěn)定時(shí)秸稈排水體的密度ρ_穩(wěn)＝m₀/V_穩(wěn)。

本發(fā)明實(shí)施例的有益效果是：通過抽真空系統(tǒng)，可使秸稈排水體的容置腔內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓，進(jìn)而形成力的作用對(duì)容置腔內(nèi)的秸稈進(jìn)行壓縮；秸稈排水體包括彈性結(jié)構(gòu)，當(dāng)秸稈被壓縮時(shí)，彈性結(jié)構(gòu)也會(huì)被壓縮，導(dǎo)桿會(huì)隨著彈性結(jié)構(gòu)被壓縮而向下運(yùn)動(dòng)，同時(shí)，由于秸稈收縮，第一水罐中的水會(huì)進(jìn)入到秸稈室，通過稱量裝置可稱量變化前后的第一水罐的質(zhì)量；進(jìn)而可以計(jì)算出秸稈的總體積變化量、秸稈穩(wěn)定后的體積、秸稈的軸向變形、徑向變形、軸向應(yīng)變和穩(wěn)定時(shí)秸稈排水體的密度。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施方式的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施方式中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，應(yīng)當(dāng)理解，以下附圖僅示出了本發(fā)明的某些實(shí)施例，因此不應(yīng)被看作是對(duì)范圍的限定，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他相關(guān)的附圖。

圖1為本發(fā)明第一實(shí)施例的秸稈壓縮特性測(cè)試裝置的整體示意圖；

圖2為圖1中Ⅱ-Ⅱ的放大圖；

圖3為圖1中秸稈排水體的示意圖；

圖4為本發(fā)明第二實(shí)施例的秸稈壓縮特性測(cè)試裝置的整體示意圖。

圖標(biāo)：100-秸稈壓縮特性測(cè)試裝置；200-秸稈壓縮特性測(cè)試裝置；110-殼體；111-第一底座；111a-防滲導(dǎo)筒；112-第二底座；113-側(cè)板；114-秸稈室；115-螺桿；130-秸稈排水體；131-彈性結(jié)構(gòu)；131a-容置腔；131b-第一接口；131c-第二接口；132-第一秸稈接頭；133-第二秸稈接頭；150-抽真空系統(tǒng)；151-抽真空裝置；152-第二管道；153-第二閥門；154-真空罐；154a-氣閥；155-真空測(cè)量裝置；170-體變測(cè)試裝置；171-第一水罐；172-第一管道；173-稱量裝置；174-第一閥門；190-軸向變形測(cè)試裝置；191-導(dǎo)桿；192-百分表。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。通常在此處附圖中描述和示出的本發(fā)明實(shí)施例的組件可以以各種不同的配置來布置和設(shè)計(jì)。

因此，以下對(duì)在附圖中提供的本發(fā)明的實(shí)施例的詳細(xì)描述并非旨在限制要求保護(hù)的本發(fā)明的范圍，而是僅僅表示本發(fā)明的選定實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

應(yīng)注意到：相似的標(biāo)號(hào)和字母在下面的附圖中表示類似項(xiàng)，因此，一旦某一項(xiàng)在一個(gè)附圖中被定義，則在隨后的附圖中不需要對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步定義和解釋。

在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，術(shù)語“豎直”、“內(nèi)”、“上”、“下”、“下方”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，或者是該發(fā)明產(chǎn)品使用時(shí)慣常擺放的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡(jiǎn)化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。此外，術(shù)語“第一”、“第二”等僅用于區(qū)分描述，而不能理解為指示或暗示相對(duì)重要性。

在本發(fā)明的描述中，還需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“設(shè)置”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機(jī)械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通。對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。

第一實(shí)施例

請(qǐng)參照?qǐng)D1，本實(shí)施例提供一種秸稈壓縮特性測(cè)試裝置100，其包括殼體110、秸稈排水體130、抽真空系統(tǒng)150、體變測(cè)試裝置170和軸向變形測(cè)試裝置190。

殼體110包括第一底座111、第二底座112和側(cè)板113，第一底座111和側(cè)板113連接，第二底座112和側(cè)板113連接，第一底座111、第二底座112和側(cè)板113組成的空間構(gòu)成用于容置秸稈排水體130的秸稈室114，秸稈室114是一個(gè)封閉的空間。

在本實(shí)施例中，第一底座111和側(cè)板113固定連接，第二底座112和側(cè)板113固定連接，且第一底座111和第二底座112之間通過螺桿115連接，增加了整個(gè)裝置的穩(wěn)定性和安全性。在其他實(shí)施例中，第一底座111和側(cè)板113可以可拆卸連接，第二底座112和側(cè)板113可以可拆卸連接。在本實(shí)施例中，側(cè)板113的材質(zhì)為有機(jī)玻璃，在其他實(shí)施例中，側(cè)板113的材質(zhì)不做限定。

需要說明的是，在本實(shí)施例中，第一底座111在第二底座112的上方。

請(qǐng)參照?qǐng)D1和圖3，秸稈排水體130包括彈性結(jié)構(gòu)131、第一秸稈接頭132和第二秸稈接頭133，彈性結(jié)構(gòu)131包括用于放置秸稈的容置腔131a、第一接口131b和第二接口131c。第一接口131b與第一秸稈接頭132可拆卸連接，第二接口131c與第二秸稈接頭133可拆卸連接，第二秸稈接頭133與第二底座112連接。

在本實(shí)施例中第二秸稈接頭133與第二底座112固定連接，在其他實(shí)施例中，第二秸稈接頭133與第二底座112可采用可拆卸的方式連接。

在本實(shí)施例中，彈性結(jié)構(gòu)131的材質(zhì)為橡膠膜，在其他實(shí)施例中，彈性結(jié)構(gòu)131的材質(zhì)不做限定，只要滿足能夠盛裝秸稈和隔水，且具有一定的彈性即可。

在本實(shí)施例中，彈性結(jié)構(gòu)131為圓筒狀。在其他實(shí)施例中，彈性結(jié)構(gòu)131的形狀不做限定，可為矩形框體，只要能確定其體積即可。

請(qǐng)參見圖1和圖2，軸向變形測(cè)試裝置190包括導(dǎo)桿191和百分表192。導(dǎo)桿191穿過第一底座111與第一秸稈接頭132接觸，導(dǎo)桿191與第一底座111可滑動(dòng)地密封連接，百分表192架設(shè)在導(dǎo)桿191上。第一底座111上設(shè)置有垂直防滲導(dǎo)筒111a，導(dǎo)桿191可以沿著防滲導(dǎo)筒111a內(nèi)側(cè)上下移動(dòng)。

體變測(cè)試裝置170包括第一水罐171、第一管道172和稱量裝置173，第一管道172的一端與第一水罐171連通，第一管道172的另一端與秸稈室114連通，第一管道172上設(shè)置有第一閥門174。

在本實(shí)施例中，稱量裝置173為電子稱，第一閥門174設(shè)置了一個(gè)。在其他實(shí)施例中，稱量裝置173不做限定，只要能夠直接或間接地稱量第一水罐171的質(zhì)量即可，可選擇天平或是地磅；第一閥門174的數(shù)量也不做限定，可為兩個(gè)或三個(gè)。

抽真空系統(tǒng)150包括抽真空裝置151、第二管道152和真空測(cè)量裝置155，第二管道152的一端與抽真空裝置151的接口連接，第二管道152的另一端伸入到容置腔131a內(nèi)，第二管道152上設(shè)置有第二閥門153和真空測(cè)量裝置155。

在本實(shí)施例中，抽真空裝置151為真空泵，真空測(cè)量裝置155為真空表。在其他實(shí)施例中，抽真空裝置151不做限定，只要能夠?qū)崿F(xiàn)抽真空即可，可使用抽空器；真空測(cè)量裝置155可為其他，只要能直接或間接地測(cè)量真空度即可。

秸稈壓縮特性測(cè)試裝置100的工作原理：在秸稈排水體130的容置腔131a內(nèi)裝入秸稈，將秸稈排水體130安裝在秸稈室114后，打開第一閥門174，第一水罐171中的水通過第一管道172將秸稈室114注滿水，關(guān)閉第一閥門174后稱量第一水罐171的重量。然后打開第二閥門153和抽真空裝置151，可使秸稈排水體130的容置腔131a內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓，進(jìn)而形成力的作用對(duì)容置腔131a內(nèi)的秸稈進(jìn)行壓縮；秸稈排水體130包括彈性結(jié)構(gòu)131，當(dāng)秸稈被壓縮時(shí)，彈性結(jié)構(gòu)131也會(huì)收縮，導(dǎo)桿191會(huì)隨著彈性結(jié)構(gòu)131收縮而向下運(yùn)動(dòng)，通過百分表192上的讀數(shù)可得到導(dǎo)桿191下降的高度。同時(shí)，由于秸稈收縮，第一水罐171中的水會(huì)進(jìn)入到秸稈室114，通過稱量裝置173可稱量變化前后的第一水罐171的質(zhì)量；進(jìn)而可以計(jì)算出秸稈的總體積變化量、秸稈穩(wěn)定后的體積、秸稈的軸向變形、徑向變形、軸向應(yīng)變和穩(wěn)定時(shí)秸稈排水體130的密度。

本實(shí)施例還提供了一種秸稈壓縮特性的測(cè)試方法，其包括以下測(cè)試步驟：

在容置腔131a內(nèi)裝入質(zhì)量為m₀的秸稈，裝入秸稈后的容置腔131a高度為h₀，直徑為d₀；將秸稈排水體130安裝在秸稈室114后，打開第一閥門174，第一水罐171中的水通過第一管道172將秸稈室114加滿水，然后關(guān)閉第一閥門174，記錄稱量裝置173上第一水罐171的重量為M₁。

接著打開抽真空裝置151，使秸稈排水體130的容置腔131a內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓，進(jìn)而形成力的作用對(duì)容置腔131a內(nèi)的秸稈進(jìn)行壓縮；當(dāng)秸稈被壓縮時(shí)，彈性結(jié)構(gòu)131也會(huì)收縮，導(dǎo)桿191會(huì)隨著彈性結(jié)構(gòu)131收縮而向下運(yùn)動(dòng)，通過百分表192上的讀數(shù)可得到導(dǎo)桿191下降的高度。防滲導(dǎo)筒111a垂直設(shè)置，能防止秸稈室114中的水滲出。由于秸稈收縮，第一水罐171中的水會(huì)進(jìn)入到秸稈室114，當(dāng)稱量裝置173的示數(shù)趨于穩(wěn)定時(shí)，記錄導(dǎo)桿191的下降高度H₁和第一水罐171的重量為M₂。秸稈的初始體積為V₀＝π*d₀²*/4，秸稈的初始密度為ρ₀＝m₀/V₀，秸稈的總體積變化量為△V＝(M₁-M₂)/ρ_水，軸向變形＝H₁，徑向變形為△d＝[d₀-(4△V-π*d₀²*H₁)/(πh₀-πH₁)]^0.5。秸稈的軸向應(yīng)變?chǔ)?sub>v＝△S/h₀，ε_h＝△d/d₀，秸稈穩(wěn)定后的體積V穩(wěn)＝V₀-△V，穩(wěn)定時(shí)秸稈排水體130的密度ρ_穩(wěn)＝m₀/V_穩(wěn)。

第二實(shí)施例

本實(shí)施例提供了一種秸稈壓縮特性測(cè)試裝置200，本實(shí)施例與第一實(shí)施例的區(qū)別僅在于增加了抽真空系統(tǒng)150還設(shè)置了真空罐154，真空罐154上設(shè)置了氣閥154a，本實(shí)施例中未提到的結(jié)構(gòu)請(qǐng)參見第一實(shí)施例的描述。

請(qǐng)參見圖4，抽真空系統(tǒng)150包括真空罐154，真空罐154設(shè)置在第二管道152和抽真空裝置151之間，并與第二管道152和抽真空裝置151的接口連接，真空罐154上設(shè)置有氣閥154a。

通過打開或關(guān)閉真空罐154上的氣閥154a可以調(diào)節(jié)真空度，真空測(cè)量裝置155可對(duì)真空度進(jìn)行測(cè)量，進(jìn)而可以調(diào)節(jié)對(duì)秸稈壓縮所產(chǎn)生的力，從而得到不同真空度下穩(wěn)定時(shí)秸稈排水體130的密度，從而可以得到穩(wěn)定時(shí)秸稈排水體130的密度與滲透系數(shù)之間的關(guān)系。

綜上所述，通過抽真空系統(tǒng)150，可使秸稈排水體130的容置腔131a內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓，進(jìn)而形成力的作用對(duì)容置腔131a內(nèi)的秸稈進(jìn)行壓縮；秸稈排水體130包括彈性結(jié)構(gòu)131，當(dāng)秸稈被壓縮時(shí)，彈性結(jié)構(gòu)131也會(huì)被壓縮，導(dǎo)桿191會(huì)隨著彈性結(jié)構(gòu)131被壓縮而向下運(yùn)動(dòng)，同時(shí)，由于秸稈收縮，第一水罐171中的水會(huì)進(jìn)入到秸稈室114，通過稱量裝置173可稱量變化前后的第一水罐171的質(zhì)量；進(jìn)而可以計(jì)算出秸稈的總體積變化量、秸稈穩(wěn)定后的體積、秸稈的軸向變形、徑向變形、軸向應(yīng)變和穩(wěn)定時(shí)秸稈排水體130的密度。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。