CN106546707A - 一种多功能裂隙介质地下水试验装置 - Google Patents

一种多功能裂隙介质地下水试验装置 Download PDF

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谈叶飞
卢斌
谢兴华
吴时强
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Abstract

本发明公开了一种多功能裂隙介质地下水的实验室试验装置。该装置利用仿真透明单裂隙作为试验对象，能方便快捷地模拟裂隙中实际的水流、溶质运移情况，可开展常规裂隙水流和溶质运移试验、裂隙介质地下水污染模拟试验及裂隙介质地下水污染生物修复试验，并能实现裂隙位置可调，裂隙内部实时监控和数据同步连接。

Description

一种多功能裂隙介质地下水试验装置
技术领域
本发明涉及一种多功能裂隙介质地下水的试验装置，可开展常规裂隙地下水相关试验和污染生物修复试验，属于裂隙地下水水力学及污染修复领域。
背景技术
地下水是宝贵的水资源和能源，与人类的生活密切相关。我国地下水资源中，平原、盆地松散沉积层地下水、喀斯特地下水和裂隙岩层地下水三者之间的比例，大体上为3∶2∶4，裂隙岩层地下水为储量最丰富的地下水资源。相对于多孔介质地下水，由于裂隙介质表面粗糙不平，裂隙蜿蜒曲折，使得裂隙介质地下水的研究更为复杂。目前，随着社会经济的发展，裂隙地下水也受到了严重的污染威胁，开展裂隙地下水实验研究及污染修复研究显得格外重要。然而对于裂隙地下水的研究手段却相对匮乏。目前的试验手段主要还是利用平板裂隙或利用化学溶蚀方式获得的裂隙，试验结果与实际情况相差较大。
发明内容
发明的目的：提供一种用于裂隙介质地下水的多功能试验装置，能快速开展常规裂隙介质地下水试验及污染修复试验。
技术方案：试验装置主要包括①裂隙单元、②裂隙固定与调节装置、③进出流控制与调节部件、④同步监测系统4个部分，其中：
裂隙单元：为试验水流通道，裂隙单元由透明仿真裂隙、金属外框架和进出流控制与调节部件构成。其中，透明仿真裂隙是利用天然页岩进行劈裂，得到天然粗糙的页岩裂隙，并利用反向铸模方式获得和天然页岩裂隙纹理一致的透明玻璃裂隙。金属外框架用于固定裂隙单元、和同步监测系统，并将裂隙单元与支架连接。进出流控制与调节部件安装于裂隙两端，进出流部件均设有水头监测孔，用于监测裂隙两端水头压力，其中进口端内部带长条形空腔并安装有长条形活塞，活塞表面覆有软性橡胶材料，可开启或闭合裂隙进口，其下部设有两个混流孔。出水端有5个测压管安装孔，用于测量裂隙不同部位水头压力，并设有5个出水口，每个出水口均有独立的阀门控制其开关。
支架：裂隙单元安装于支架上，能实现裂隙单元的自由转动和任意角度固定。
同步监测系统：由裂隙底部灯箱和顶部CCD相机组成，固定于金属框架上，可随金属框架一起转动。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优点：利用天然裂隙铸模更符合实际情况；该裂隙为透明玻璃制作，方便监测内部情况；可实现裂隙隙宽的调节；可实现监测系统与裂隙位置的随动；能快速排除裂隙内部空气；裂隙内部浓度场可实现实时监测，裂隙两端的水头压力也可实时监测；开展溶质运移试验时，可实现进口端溶液充分混溶。
附图说明
图1：试验装置总装示意图
图2：裂隙单元总装上视图
图3：裂隙单元总装下视图
图4：裂隙单元总装右视图
图5：进水单元示意图
其中：1，透明仿真裂隙；2，金属框架；3，支架；4，灯箱；5，CCD相机；6，活塞调节旋钮；7，裂隙隙宽调节板；8，进水端测压管安装口；9，进水端混流口；10，出水端测压管安装口(共5个)；11，混流蠕动泵；12，底部进水口(共2个)；13，供水蠕动泵；14，出水口(共5个)；15，进水端空腔；16，螺杆；17，条形活塞；
具体实施方式：
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
1、将透明仿真裂隙、进出流控制调节部件与金属外框架连接(图2)，仿真裂隙与金属框架及进出流部件之间用防水胶或软性橡胶材料进行密封。
2、将裂隙单元、同步监测系统安装于金属支架上，保持裂隙单元垂直并固定。
3、安装进出口两端测压管(9、10)，连接供水和混流蠕动泵(13、11)，旋转活塞调节旋钮(6)至裂隙进口关闭。
4、打开供水蠕动泵(13)，直至水从测压管(8)处溢流，以排出空腔(15)内部空气。
5、旋转活塞调节旋钮(6)，打开裂隙水流进口，降低蠕动泵转速，使得裂隙内部空气缓慢排出，直至水从出水口溢流。
6、关闭出水口阀门和供水蠕动泵，调节裂隙单元至试验所需角度位置并固定，打开CCD相机(5)和底部灯箱(4)，至此裂隙水流试验准备工作完成。
7、如需开展裂隙溶质运移试验，则在步骤6的基础上，旋转活塞调节旋钮(6)至裂隙进水口关闭，同时打开供水蠕动泵(13)和混流蠕动泵(11)，直至空腔(15)内部溶液浓度稳定后，调节活塞旋钮(6)，打开裂隙进水口，并打开出水口阀门。此时，裂隙内部溶质运移试验准备工作完成。
8、如需开展裂隙地下水污染及生物修复试验，可在步骤6的基础上，断开混流蠕动泵(11)的连接，并用橡皮塞将混流口(9)塞住，利用针管往混流口(9)中注入污染物或微生物溶液。

Claims (12)

1.一种多功能裂隙介质地下水的试验装置，其特征在于：裂隙单元为仿真透明粗糙裂隙，可开展常规裂隙水流及溶质运移试验、裂隙介质地下水污染试验和污染修复试验。
2.根据权利要求1，一种多功能裂隙介质地下水的试验装置，其特征在于：可通过图像识别，实时监测裂隙内部变化。
3.根据权利要求1，一种多功能裂隙介质地下水的试验装置，其特征在于：裂隙单元配有4片裂隙隙宽调节钢板，每片调节板上配有3颗固定螺丝，能对裂隙不同部位的隙宽进行自由调节。
4.根据权利要求1，一种多功能裂隙介质地下水的试验装置，其特征在于：裂隙单元位置角度可自由调节，并实现图像采集设备和灯箱的随动。
5.根据权利要求1，一种多功能裂隙介质地下水的试验装置，其特征在于：进水口端设有空腔、长条形活塞式阀门、2个混流口、2个底部进水口及一个测压管安装口。
6.根据权利要求5，一种多功能裂隙介质地下水的试验装置，其特征在于：长条形活塞式阀门表面覆有软性橡胶材料，用于封闭裂隙进口。
7.根据权利要求5，一种多功能裂隙介质地下水的试验装置，其特征在于：长条形活塞式阀门通过螺杆与外部调节旋钮连接，通过旋转调节旋钮实现活塞的移动。
8.根据权利要求5，一种多功能裂隙介质地下水的试验装置，其特征在于：进水口端的空腔为长条形，能实现水流平行进入裂隙内部。
9.根据权利要求5，一种多功能裂隙介质地下水的试验装置，其特征在于：设置2个底部进水口能有效降低供水水头脉动，实现更稳定供水并方便排出空气。
10.根据权利要求5，一种多功能裂隙介质地下水的试验装置，其特征在于：混流口可与蠕动泵连接，实现溶质运移试验中的溶质预先充分混流功能。
11.根据权利要求5，一种多功能裂隙介质地下水的试验装置，其特征在于：混流口可同时作为污染物及微生物的注入口。
12.根据权利要求1，一种多功能裂隙介质地下水的试验装置，其特征在于：裂隙出水口端设有5个独立的测压管安装孔和出水孔，能精确测量出水端不同部位的水头压力。
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