CN103901077B - 一种非饱和裂隙岩体中污染物迁移的测试装置及测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种非饱和裂隙岩体中污染物迁移的测试装置及测试方法，它由测试探针、电线和数字万用表顺序连接，测试探针与试验装置相连，构成一个闭合回路。当污染物通过测试探针位置时，数字万用表能够记录其电阻的大小，并随污染物浓度的变化而实时改变。利用电学原理，可以将所测电阻换算成污染物的浓度值。实时测量污染物的电阻随时间的变化，从而可以确定污染物迁移过程中浓度的变化规律。可以不用取样，直接测试污染物浓度随时间的变化，减少人为因素的影响，测试装置结构简单，原理明晰，方便快捷。
Description
技术领域
本发明涉及一种非饱和裂隙岩体中污染物迁移的测试装置及测试方法，属于仪器测试技术领域。
背景技术
饱和裂隙岩体是指地下水位线以下部分岩体，其裂隙和孔隙全部被地下水充满，由于岩体饱和，试验过程中污染物迁移速度快，取样方便。目前，饱和裂隙岩体中污染物测试方法主要为电导率法，紫外分光光度计法和数字图像识别法。电导率法，水的电导率与水中所含物质的量有一定的关系，电导率随着水中所含物质的浓度增加而增大，通过测定样品的电导率，可以计算污染物的浓度。紫外分光光度计法，在紫外可见光范围内，某物质的特征波长下，紫外光被吸收的程度正比于试样中该物质的浓度。根据吸收程度与已知浓度的标样的比较，确定污染物的浓度。这两种方法都需要在试验过程中取样，适合于饱和裂隙岩体中污染物浓度变化的分析，但取样会改变试验中原有的流场和浓度场的分布，而且样品的测试过程中，需要花费大量的人力和时间。数字图像识别法，试验过程中加入显色示踪剂（如亮蓝），通过显色示踪剂颜色的深浅来确定污染物的浓度。随着高像素的数码相机的普及，能够获得越来越清晰的数码照片，这是一种比较先进的方法，但对相机和拍摄的要求较高，后期对图片的处理需要一定的经验，且对图片颜色的判断具有一定的人为性。
非饱和裂隙岩体是指地下水位线以上部分岩体，其裂隙和孔隙部分有水，另一部分被空气占据，污染物在其中迁移较慢，且在迁移过程中部分污染物会先驱潜裂隙和孔隙中的空气和水，不易取样，因此原位监测是比较理想的测试方法。对于非饱和裂隙岩体中迁移的污染物，由于污染物量少很难获得样品。目前还没有针对非饱和裂隙岩体中污染物迁移的测试方法。
发明内容
为了克服现有污染物测试方法的取样难、分析复杂、图像处理具有人为性等方面的不足，本发明的目的在于提供一种在非饱和裂隙岩体中污染物迁移的测试装置，该装置结构简单，不需要取样，测试简单快捷。
本发明的另一目的是提供一种非饱和裂隙岩体中污染物迁移的测试方法。
为了实现上述目的，本发明采用的技术手段为：一种非饱和裂隙岩体中污染物迁移的测试装置，该装置由测试探针、试验装置和数字万用表组成，测试探针一端与试验装置相连，另一端通过电线与数字万用表相连形成一个闭合回路；所述测试探针由铜芯和绝缘外壳组成。
所述铜芯长度为5-8cm，直径为0.1-0.3cm；所述绝缘外壳长1-2cm，厚度为0.2-0.4cm。
所述试验装置可以采用2块有机玻璃板（亚力克架构）组成，其大小与所研究的模型或试样有关（如长×宽×厚为30cm×20cm×5cm），天然试样不规则，可以到石材加工厂加工成需要的模型。亚力克架构侧面用玻璃胶缝合，同时在内侧用透明的玻璃胶将试样与有机玻璃之间的缝隙填充，目的是防止溶液从试样外侧壁渗漏。保留亚力克架构的一面作为活动面，用于拆卸安装试样，在放入试样后用螺母将其固定在亚力克架构上，并用玻璃胶密封结合处。
利用上述测试装置测定非饱和裂隙岩体中污染物迁移的测试方法，在试验装置的两侧间隔3-5cm布置一个直径0.1-0.3cm测试孔，将测试探针的铜芯一端伸入试验装置，伸入深度为0.5-0.8cm，当污染物通过测试探针时，数字万用表记录下污染物的电阻，根据电学原理，电阻率等于导体电阻和横截面积与其长度的比值，因此，利用所测电阻可以计算电阻率，而电阻率与电导率互为倒数关系，从而获得污染物的电导率，根据电导率与浓度的关系可以确定污染物的浓度。
有益效果
本发明通过在裂隙岩体试验装置中布置测试探针，实时测量污染物的电阻随时间的变化，利用电学原理，计算裂隙岩体中不同位置污染物的浓度，可以不用取样，直接测试污染物浓度随时间的变化，减少人为因素的影响，测试装置结构简单，原理明晰，方便快捷。
附图说明
图1 非饱和裂隙岩体中污染物迁移的测试装置示意图；
图2 测试探针构造图；
图3 图1中A-A’剖面图；
图4 测试电阻随时间的变化；
图5 NaCl浓度与电导率关系图；
图6 NaCl在非饱和裂隙岩体中迁移的浓度穿透曲线；
其中：1-铜芯，2-测试探针，3-试验装置，4-绝缘外壳，5-电线，6-数字万用表，7-污染物入口，8-污染物出口。
具体实施方式
实施例1
非饱和裂隙岩体中污染物迁移的测试装置，如图1所示，该装置由测试探针2、试验装置3和数字万用表6组成，测试探针2一端与试验装置3相连，另一端通过电线5与数字万用表6相连形成一个闭合回路；所述测试探针2由铜芯1和绝缘外壳4组成，铜芯1被绝缘外壳4包裹，如图2所示，铜芯一端插入试验装置中，另一端与连接数字万用表的电线相连。整个铜芯长度为5cm，直径为0.1cm；绝缘外壳长1cm，厚度为0.2cm。
万用表中电阻档位的选择可以事先通过配制的污染物溶液确定，当污染物没有迁移至测试探针位置时，电阻较大，一旦污染物前锋迁移至测试探针处，电阻迅速降低，通过数字万用表可以直接读取某时刻污染物的电阻数据。
利用上述测试装置测定非饱和裂隙岩体中污染物迁移的测试方法，该实验测定了南京湖山地区砂岩中的污染物迁移情况，所述试验装置采用2块有机玻璃板（亚力克架构）组成，长×宽×厚为30cm×20cm×5cm，亚力克架构侧面用玻璃胶缝合，同时在内侧用透明的玻璃胶将试样与有机玻璃之间的缝隙填充，目的是防止溶液从试样外侧壁渗漏。保留亚力克架构的一面作为活动面，用于拆卸安装试样，在放入试样后用螺母将其固定在亚力克架构上，并用玻璃胶密封结合处。在试验装置（3）的两侧间隔5cm布置一个直径为0.1cm测试孔，两侧各5个呈对称分布，共10个探针，将测试探针的铜芯一端伸入试验装置，伸入深度为0.5cm。当污染物通过测试探针时，数字万用表记录下污染物的电阻，结果见图4，模本实施例中共布设了5个探针，图4结果主要展示的是第1和第3探针测试结果，其中第1探针距离试样顶端5cm，第3探针距离试样顶端15cm。
电导率与浓度的关系
电导率的测定:配制不同浓度的NaCl标准溶液，分别为0.03g/L、0.06 g/L、0.1g/L、0.5 g/L、1 g/L、10 g/L、50 g/L、100g/L、120 g/L、150 g/L，采用全自动电位滴定仪测定其在室温下的电导率，并绘制了NaCl溶液浓度与电导率关系图（图5），得出电导率与浓度的经验关系式为：
K=1.460C （1）
式中，K为电导率（单位ms/cm）,C为NaCl溶液浓度（单位g/L）。
电阻率的确定
（2）
式中，为电阻率，R为导体电阻，S为导体截面积、L为导体长度。
利用电导率与电阻率互为倒数的关系，将电阻率转换为电导率。再利用式（1）得出各监测断面的时时浓度值。将收集到的液体装入用蒸馏水清洗过的密闭瓶中，并按位置日期编号。
根据电学原理，电阻率等于导体电阻和横截面积与其长度的比值（式（2）），实验过程中只需测出电阻，根据式（2）可以计算电阻率，而电阻率与电导率互为倒数关系，从而获得污染物的电导率，再根据电导率与浓度的关系（式（1））可以确定污染物的浓度（图6）。
Claims (2)
1.一种非饱和裂隙岩体中污染物迁移的测试装置，其特征在于：用于测定非饱和裂隙岩体中污染物迁移，该装置由测试探针（2）、试验装置（3）和数字万用表（6）组成，所述试验装置（3）采用2块亚克力架构的有机玻璃板组成，所述亚克力架构一面为活动面，测试探针（2）一端与试验装置（3）相连，另一端通过电线（5）与数字万用表（6）相连形成一个闭合回路；所述测试探针（2）由铜芯（1）和绝缘外壳（4）组成；所述铜芯（1）长度为5-8cm，直径为0.1-0.3cm；所述绝缘外壳（4）长1-2cm，厚度为0.2-0.4cm。
2.利用权利要求1中测试装置测定非饱和裂隙岩体中污染物迁移的测试方法，其特征在于：在裂隙岩体试验装置（3）中布置测试探针（2），将测试探针（2）的铜芯（1）一端伸入试验装置（3），伸入深度为0.5-0.8cm，当污染物通过测试探针时，数字万用表（6）记录下污染物的电阻，利用所测电阻可以计算电导率，然后根据电导率与浓度的关系可以确定污染物的浓度。
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