CN107271640B - 一种研究受隙宽和高压力影响的溶质运移装置 - Google Patents

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Abstract

一种研究受隙宽和高压力影响的溶质运移装置，主要包括取水增压模块、裂隙模拟模块、稳压排水模块、取样装置模块、装置支撑模块。取水增压模块包括储水槽、进水管、旋转增压泵、压力表、转子流量计；裂隙模拟模块主要包括示踪剂投入点、移动杆、旋转扣、光滑平板挡板、上光滑平板、下光滑平板、采样点、采样点塞、滑槽、旋转扣帽以及出液口；稳压排水模块主要包括稳压槽、稳压水管、出水槽；取样装置模块主要包括出样管、进样管、集样瓶、移液筒、活塞、集样瓶塞以及导气管；装置支撑模块主要包括操作台和支架。本装置操作方便，可同时研究隙宽和高压力对裂隙中的溶质运移的影响。

Description

一种研究受隙宽和高压力影响的溶质运移装置
技术领域
本发明涉及地下水探测技术领域，更确切地说是一种研究受隙宽和高压力影响的溶质运移装置。
背景技术
我国大部分城市依靠地下水供水，随着浅层地下水的开发利用引发的地下水污染问题已经越来越严重，人们已经把目光投到深层裂隙水。随着人们活动的扩大，裂隙水也受到了一定的威胁，因此研究地下水裂隙污染物的溶质运移具有十分重要的意义。以华北为典型代表的区域，基岩上常覆盖有中、厚松散层。众多第四系厚表土层底部存在着一层含水层，该含水层主要由渗透性较好的非胶结的沙土、砂砾组成、直接赋存在基岩顶部。如果水头较高，该含水层具有很高的承压性，远大于渗流的启动压力，底部基岩分化裂隙溶质运移规律会受到其影响。同时，对于不同隙宽的裂隙在受到渗流压力影响下溶质运移的规律也会受到影响。而常见的溶质运移模拟装置大都是给定固定水压，研究隙宽或者其他因素影响下的溶质运移规律，不能够很好地解决对于同时受到隙宽和渗流压力影响下的溶质运移规律模拟实验。因此，设计一种研究受隙宽和高压力影响的溶质运移装置，能够同时研究隙宽和渗流压力对于裂隙中的溶质运移的影响。
发明内容
1.本发明内容
提供一种研究受隙宽和高压力影响的溶质运移装置，本发明可以同时研究受隙宽和渗流压力的溶质运移规律，本发明构造简单，使用方便。
2.本发明的技术方案
为实现上述目的，本发明，一种研究受隙宽和高压力影响的溶质运移装置，主要包括取水增压模块、裂隙模拟模块、稳压排水模块、取样装置模块以及装置支撑模块。
优选的是：所述的取水增压模块包括储水槽、进水管、旋转增压泵、压力表以及转子流量计。
优选的是：所述的储水槽、旋转增压泵、压力表以及转子流量计通过进水管依次连接。
优选的是：所述的进水管的一端穿过储水槽壁延伸到储水槽底部，端口呈斜切口状，以利于水流进入进水管，另一端与模拟的裂隙无缝对接，进水管在储水槽与旋转增压泵、旋转增压泵与压力表、压力表与转子流量计之间均为空心圆柱水管，在转子流量计与上光滑平板之间的进水管的俯视图是梯形。
优选的是：所述的储水槽呈立方体状，无顶，主要用于暂时储存实验用水。
优选的是：所述的旋转增压泵能够将水从储水槽中抽出，并且可以根据需要提供不同的压力。
优选的是：所述的压力表能够测量通过的水流的压力。
优选的是：所述的转子流量计能够测量通过的水流的流量。
优选的是：所述的裂隙模拟模块主要包括示踪剂投入点、移动杆、旋转扣、光滑平板挡板、上光滑平板、下光滑平板、采样点、采样点塞、滑槽、旋转扣帽以及出液口。
优选的是：所述的裂隙模拟模块通过进水管与取水增压模块相连。
优选的是：所述的示踪剂投入点位于进水管靠近上光滑平板的一侧，由进水管上侧的柱状穿孔和柱状穿孔之上的环状柱体组成，环状柱体内径与柱状穿孔直径相同，环状柱体高5cm，示踪剂投入点用于投入示踪剂以观察溶质在裂隙中的运移变化。
优选的是；所述的移动杆一端与上光滑平板固结在一起，移动杆在滑槽内，更确切地说是在滑槽大口内，并且能够在滑槽内上下移动，从而可以带动上光滑平板上下移动。
优选的是：所述的旋转扣分布在移动杆上，由铅锤段和水平段垂直固结在一起组成，并且旋转扣水平段与移动杆固结在一起，水平段表面附有螺纹。
优选的是：所述的旋转扣帽是环状圆柱体，内径大于滑槽小口的宽度，内表面附有螺纹，附着于旋转扣的水平段，在旋转扣的铅锤段与光滑平板挡板之间可自由活动，旋转扣帽的主要作用是依托旋转扣使移动杆牢牢固定在光滑平板挡板的任一高度。
优选的是：所述的光滑平板挡板共有两块，一块靠近进水管，一块靠近稳压槽，靠近进水管一侧的光滑平板挡板与进水管的上侧固结在一起，此光滑平板挡板右表面设有滑槽，靠近稳压槽一侧的光滑平板挡板与稳压槽固结在一起，此光滑平板挡板左表面设有滑槽。
优选的是：所述的上光滑平板与移动杆固结在一起，上下表面均光滑，其厚度与可以进行实验的最大裂隙宽度相同。
优选的是：所述的下光滑平板一端与进水管的下侧固结在一起，一端与稳压槽固结在一起，上下表面均光滑。
优选的是：所述的采样点附着于上光滑平板之上，采样点是由上光滑平板的柱状穿孔和柱状穿孔之上的环状柱体组成，环状柱体组成内径与柱状穿孔直径相同，均为3mm，环状柱体外表面有螺纹。
优选的是：所述的采样点塞是一端封口的环状柱体，内径与采样点的环状柱体外径相同，其内表面有螺纹，主要作用是在实验时将采样点的出口封住，防止液体流出。
优选的是：所述的滑槽位于光滑平板挡板的侧面，其中靠近进水管一侧的光滑平板挡板，滑槽位于其右侧，靠近进水管一侧的光滑平板挡板，滑槽位于其左侧，滑槽的俯视图是“工”字型，长度小的称之为滑槽小口，长度大的称之为滑槽大口，滑槽大口宽度与移动杆厚度相同，滑槽大口长度与移动杆宽度相同，滑槽小口穿透光滑平板挡板的一个侧面。
优选的是：所述的出液口附着于稳压槽侧面，在靠近稳压槽一侧的光滑平板挡板之下且与其紧紧相连，出液口上端同时也与上光滑平板相接触，下端与下光滑平板固结在一起，且与下光滑平板的上表面齐平，穿过模拟裂隙的液体从出液口流出，进入稳压槽。
优选的是：所述的稳压排水模块主要包括稳压槽、稳压水管、出水槽。
优选的是：所述的稳压槽是呈立方体状，无顶，在其右侧底端有一与其等宽、高为3cm的排水口，主要用于临时存放实验废液和保证水压。
优选的是：所述的稳压水管位于稳压槽与出水槽之间，与稳压槽和出水槽紧紧相连，由稳压槽的右侧板与出水槽的左侧板组成，其高度比稳压槽低3cm，根据连通器原理，稳压水管主要作用是保证出液口的水压。
优选的是：所述的出水槽是呈立方体状，无顶，顶部与稳压槽齐平，主要作用是在实验过程中存放实验废液。
优选的是：所述的取样装置模块主要包括进样管、出样管、集样瓶、移液桶、活塞、集样瓶塞、导气管。
优选的是：所述的进样管是空心柱体，外径小于采样点内径，其一端直接插入采样点取样，另一端与导气管固结在一起，每个进样管都与并且只与一个采样点相对应。
优选的是：所述的出样管固结在进样管的与导气管的衔接处，进样管、导气管、出样管三者互通，出样管上部与导气管呈60度夹角，从而保证样品直接进入出样管而不进入导气管，出样管下部的外表面有螺纹，能够连接集样瓶，每个出样管都有集样瓶与其对应。
优选的是：所述的集样瓶主要用于存放收集的样品，其瓶口内径与出样管外径相同，瓶口内表面、外表面均附有螺纹，内表面螺纹保证了集样品与出样管的完好连接。
优选的是：所述的集样瓶塞是一端封口的环状柱体，其内径与集样品瓶口外径相同，内表面附有螺纹，保证了集样品塞与集样品完好连接，防止收集好的样品泼洒。
优选的是：所述的移液桶是环状柱体，一端与导气管固结在一起。
优选的是：所述的活塞一端是侧视图为梯形、直径与移液桶内径相同的橡胶塞，另一端为长条把柄，活塞能够在移液桶内自由活动。
优选的是：所述的导气管俯视图由两部分组成，与移液桶相连的一端是梯形，另一端是矩形。
优选的是：所述的取样装置在取样过程中整体密封性良好。
优选的是：所述的装置支撑模块主要包括支架和操作台。
优选的是：所述的支架与下光滑平板的下表面固结在一起。
优选的是：所述的操作台承载主要装置部件，上表面与旋转增压泵、压力表以及支架接触，下表面与地面接触。
附图说明
图1是装置整体图。
图2是上光滑平板俯视图。
图3是取样点放大图。
图4是光滑平板挡板主视图。
图5是光滑平板挡板俯视图。
图6是旋转扣放大图。
图7是出水槽侧视图。
图8是取样装置主视图。
图9是取样装置俯视图。
图10是集样瓶主视图。
具体实施方式
下面结合具体实例对本发明进一步说明。
一种研究受隙宽和高压力影响的溶质运移装置，主要包括取水增压模块、裂隙模拟模块、稳压排水模块、取样装置模块、装置支撑模块。储水槽(1)、旋转增压泵(3)、压力表(4)以及转子流量计(5)通过进水管(2)依次连接，进水管(2)的一端穿过储水槽(1)壁延伸到储水槽(1)底部，另一端与模拟的裂隙无缝对接；示踪剂投入点(7)位于靠近上光滑平板(11)的一侧的进水管(2)，靠近进水管(2)一侧的光滑平板挡板(10)与进水管(2)固结在一起，靠近稳压槽(15)一侧的光滑平板挡板(10)与稳压槽(15)固结在一起，成为一个整体，滑槽(25)位于光滑平板挡板(10)的侧面，靠近进水管(2)一侧的滑槽(25)位于光滑平板挡板(10)右侧，靠近稳压槽(15)一侧的滑槽(25)位于光滑平板挡板(10)左侧，移动杆(8)在滑槽(25)内并且与上光滑平板(11)固结在一起，旋转扣(9)与移动杆(8)固结在一起，旋转扣帽(26)位于旋转扣(9)上，采样点(13)分布在上光滑平板(11)之上，采样点塞(23)套在采样点(13)上，下光滑平板(12)一端与进水管(2)的下侧固结在一起，另一端与稳压槽(15)固结在一起；出液口(27)附着于稳压槽(15)侧面，在靠近稳压槽(15)一侧的光滑平板挡板(10)之下且与其紧紧相连，出液口(27)上端同时也与上光滑平板(11)相接触，下端与下光滑平板(12)固结在一起；采样点塞(23)在未取样时加盖在采样点(13)之上；稳压水管(16)位于稳压槽(15)与出水槽(17)之间，与稳压槽(16)和出水槽(17)紧紧相连；进样管(19)一端直接插入采样点(13)取样，另一端与导气管(28)固结在一起，出样管(18)固结在进样管(19)的与导气管(28)的衔接处，进样管(19)、导气管(28)、出样管(18)三者互通，出样管(18)上部与导气管(28)呈60度夹角，集样瓶(20)连接在出样管(18)下部，取样结束集样瓶塞(24)加盖在集样瓶(20)口之上，移液桶(21)的一端与导气管(28)固结在一起，活塞(22)能够在移液桶(21)内自由活动；支架(14)与下光滑平板(12)的下表面固结在一起，操作台(6)上表面与旋转增压泵(3)、压力表(4)以及支架(14)接触，下表面与地面接触。
在使用的过程中，如图1、图4、图5、图7所示，旋转两侧移动杆(8)上旋转扣(9)的旋转扣帽(26)，如图6所示，使移动杆(8)与光滑平板挡板(10)之间处于松弛状态，提拉或下移移动杆(8)，改变上光滑平板(11)与下光滑平板(12)之间的距离，使其达到预期设定的裂隙宽度后，转动旋转扣帽(26)，使移动杆(8)牢牢固定在光滑平板挡板(10)上。
紧接着，如图1所示，先往储水槽(1)注入足够量的水，再向稳压槽(15)注水，直至水从稳压水管(16)溢出。
在启动旋转增压泵(3)之前，需要检查上光滑平板(11)上各采样点(13)上的采样点塞(23)是否旋紧，如图3所示；之后，如图1所示，启动旋转增压泵(3)，根据压力表(4)的读数使用旋转增压泵(3)调节水压至设定的水压，待水压稳定后记下转子流量计(5)上的流量读数。在示踪剂投入点(7)投入示踪剂，并根据实验要求进行取样。
在使用取样装置取样之前，先将集样瓶(20)按采样点(13)进行编号并旋扣在出样管(18)的下端，检查其是否牢固，并确认取样装置的气密性是否良好，如图8所示；取样时，如图2、图8、图9所示，先将采样点(13)的采样点塞(23)取下，将取样装置的活塞(22)移至移液筒(21)的最前端，将进样管(19)插入对应的上光滑平板(11)上的采样点(13)，向后移动活塞(22)，至样品通过出样管(18)进入集样瓶(20)，达到预期体积，停止移动活塞(22)，依次取下集样瓶(20)并加盖集样瓶塞(24)，如图10所示。
实验结束时，保持旋转增压泵(3)继续工作，使水流将残留在上光滑平板(11)、下光滑平板(12)以及采样点(13)处的示踪剂冲刷干净，避免影响下次实验。将冲刷干净的实验装置收纳好，以便于下次实验使用。

Claims (8)

1.一种研究受隙宽和高压力影响的溶质运移装置，主要包括取水增压模块、裂隙模拟模块、稳压排水模块、取样装置模块、装置支撑模块，储水槽(1)、旋转增压泵(3)、压力表(4)以及转子流量计(5)通过进水管(2)依次连接，进水管(2)的一端穿过储水槽(1)壁延伸到储水槽(1)底部，另一端与模拟的裂隙无缝对接；示踪剂(7)投入点位于靠近上光滑平板(11)的一侧的进水管(2)，靠近进水管(2)一侧的光滑平板挡板(10)与进水管(2)固结在一起，靠近稳压槽(15)一侧的光滑平板挡板(10)与稳压槽(15)固结在一起，成为一个整体，滑槽(25)位于光滑平板挡板(10)的侧面，靠近进水管(2)一侧的滑槽(25)位于光滑平板挡板(10)右侧，靠近稳压槽(15)一侧的滑槽(25)位于光滑平板挡板(10)左侧，移动杆(8)在滑槽(25)大口内，能够在滑槽(25)大口内上下移动并且与上光滑平板(11)固结在一起，旋转扣(9)与移动杆(8)固结在一起，旋转扣帽(26)位于旋转扣(9)上，采样点(13)分布在上光滑平板(11)之上，采样点塞(23)套在采样点(13)上，下光滑平板(12)一端与进水管(2)的下侧固结在一起，另一端与稳压槽(15)固结在一起；出液口(27)附着于稳压槽(15)侧面，在靠近稳压槽(15)一侧的光滑平板挡板(10)之下且与其紧紧相连，出液口(27)上端同时也与上光滑平板(11)相接触，下端与下光滑平板(12)固结在一起，采样点塞(23)在未取样时加盖在采样点(13)之上；稳压水管(16)位于稳压槽(15)与出水槽(17)之间，与稳压槽(16)和出水槽(17)紧紧相连；进样管(19)一端直接插入采样点(13)取样，另一端与导气管(28)固结在一起，出样管(18)固结在进样管(19)的与导气管(28)的衔接处，进样管(19)、导气管(28)、出样管(18)三者互通，出样管(18)上部与导气管(28)呈60度夹角，集样瓶(20)连接在出样管(18)下部，取样结束集样瓶塞(24)加盖在集样瓶(20)口之上，移液桶(21)的一端与导气管(28)固结在一起，活塞(22)能够在移液桶(21)内自由活动；支架(14)与下光滑平板(12)的下表面固结在一起，操作台(6)上表面与旋转增压泵(3)、压力表(4)以及支架(14)接触，下表面与地面接触；
所述的进水管(2)在储水槽(1)与旋转增压泵(3)、旋转增压泵(3)与压力表(4)、压力表(4)与转子流量计(5)之间均为空心圆柱水管，在转子流量计(5)与上光滑平板(11)之间的进水管(2)的俯视图是梯形；所述的储水槽(1)呈立方体状，无顶；
所述的示踪剂投入点(7)由进水管(2)上侧的柱状穿孔和柱状穿孔之上的环状柱体组成，环状柱体组成内径与柱状穿孔直径相同，环状柱体高5cm。
2.根据权利要求1所述，一种研究受隙宽和高压力影响的溶质运移装置，其特征在于所述的旋转扣(9)分布在移动杆(8)上，由铅锤段和水平段垂直固结在一起组成，并且水平段与移动杆(8)固结在一起，水平段表面附有螺纹；所述的旋转扣帽(26)是环状圆柱体，内径大于滑槽(25)小口的宽度，内表面附有螺纹，附着于旋转扣(9)的水平段，在旋转扣(9)的铅锤段与光滑平板挡板(10)之间能够自由活动。
3.根据权利要求1所述，一种研究受隙宽和高压力影响的溶质运移装置，其特征在于所述的光滑平板挡板(10)共有两块，一块靠近进水管，一块靠近稳压槽；所述的上光滑平板(11)，上下表面均光滑，其厚度与可以进行实验的最大裂隙宽度相同；所述的下光滑平板(12)，上下表面均光滑。
4.根据权利要求1所述，一种研究受隙宽和高压力影响的溶质运移装置，其特征在于所述的采样点(13)是由上光滑平板(11)的柱状穿孔和柱状穿孔之上的环状柱体组成，环状柱体组成内径与柱状穿孔直径相同，均为3mm，环状柱体外表面有螺纹；所述的采样点塞(23)是一端封口的环状柱体，内径与采样点的环状柱体外径相同，其内表面有螺纹；所述的滑槽(25)俯视图是“工”字型，长度小的称之为滑槽(25)小口，长度大的称之为滑槽(25)大口，滑槽(25)大口宽度与移动杆(8)厚度相同，滑槽(25)大口长度与移动杆(8)宽度相同，滑槽(25)小口穿透光滑平板挡板(10)的一个侧面。
5.根据权利要求1所述，一种研究受隙宽和高压力影响的溶质运移装置，其特征在于所述的稳压槽(15)是呈立方体状，无顶，在其右侧底端有一与其等宽、高为3cm的出水口；所述的稳压水管(16)由稳压槽(15)的右侧板与出水槽(17)的左侧板组成，其高度比稳压槽(15)低3cm；所述的出水槽(17)是呈立方体状，无顶，顶部与稳压槽(15)齐平。
6.根据权利要求1所述，一种研究受隙宽和高压力影响的溶质运移装置，其特征在于所述的进样管(19)是空心柱体，外径小于采样点(13)内径，每个进样管(19)都与并且只与一个采样点(13)相对应；所述的出样管(18)下部的外表面有螺纹，能够连接集样瓶(20)，每个出样管(18)都有集样瓶(20)与其对应；所述的集样瓶(20)，其瓶口内径与出样管(18)外径相同，瓶口内表面、外表面均附有螺纹；所述的集样瓶塞(24)是一端封口的环状柱体，其内径与集样瓶(20)瓶口外径相同，内表面附有螺纹。
7.根据权利要求1所述，一种研究受隙宽和高压力影响的溶质运移装置，其特征在于所述的移液桶(21)是环状柱体；所述的活塞(22)一端是侧视图为梯形、直径与移液桶(21)内径相同的橡胶塞，另一端为长条把柄；所述的导气管(28)俯视图由两部分组成，与移液桶(21)相连的一端是梯形，另一端是矩形。
8.根据权利要求1所述，一种研究受隙宽和高压力影响的溶质运移装置，其特征在于所述取样装置在取样过程中整体密封性良好。
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黏土贯穿裂隙污染物迁移的实验和数值模拟研究;曾颉等;《河北工程大学学报(自然科学版)》;20170325(第01期);全文 *

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