CN108922358B - 一种探究越流系统中粘土阻滞作用的模拟装置及方法 - Google Patents
一种探究越流系统中粘土阻滞作用的模拟装置及方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN108922358B CN108922358B CN201811112285.2A CN201811112285A CN108922358B CN 108922358 B CN108922358 B CN 108922358B CN 201811112285 A CN201811112285 A CN 201811112285A CN 108922358 B CN108922358 B CN 108922358B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- water
- pressure
- valve
- water outlet
- pipeline
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000004088 simulation Methods 0.000 title claims abstract description 36
- 239000004927 clay Substances 0.000 title claims abstract description 30
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 24
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 title abstract description 11
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 518
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 claims abstract description 17
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 4
- 239000002699 waste material Substances 0.000 claims abstract description 4
- 238000005070 sampling Methods 0.000 claims description 149
- 239000002689 soil Substances 0.000 claims description 47
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims description 42
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims description 31
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims description 27
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M Chloride anion Chemical compound [Cl-] VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 23
- JLVVSXFLKOJNIY-UHFFFAOYSA-N Magnesium ion Chemical compound [Mg+2] JLVVSXFLKOJNIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 23
- 229910001424 calcium ion Inorganic materials 0.000 claims description 23
- 229910001425 magnesium ion Inorganic materials 0.000 claims description 23
- 229910001415 sodium ion Inorganic materials 0.000 claims description 23
- BHPQYMZQTOCNFJ-UHFFFAOYSA-N Calcium cation Chemical compound [Ca+2] BHPQYMZQTOCNFJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 22
- -1 carbonate radical Chemical class 0.000 claims description 22
- 239000013505 freshwater Substances 0.000 claims description 21
- 239000004575 stone Substances 0.000 claims description 20
- FKNQFGJONOIPTF-UHFFFAOYSA-N Sodium cation Chemical compound [Na+] FKNQFGJONOIPTF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 19
- YPJKMVATUPSWOH-UHFFFAOYSA-N nitrooxidanyl Chemical compound [O][N+]([O-])=O YPJKMVATUPSWOH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 19
- 210000004907 gland Anatomy 0.000 claims description 17
- NPYPAHLBTDXSSS-UHFFFAOYSA-N Potassium ion Chemical compound [K+] NPYPAHLBTDXSSS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- 229910001414 potassium ion Inorganic materials 0.000 claims description 15
- 230000035699 permeability Effects 0.000 claims description 14
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims description 10
- 230000000979 retarding effect Effects 0.000 claims description 10
- 239000006004 Quartz sand Substances 0.000 claims description 9
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 claims description 7
- 239000012267 brine Substances 0.000 claims description 6
- 238000011049 filling Methods 0.000 claims description 6
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 claims description 6
- HPALAKNZSZLMCH-UHFFFAOYSA-M sodium;chloride;hydrate Chemical compound O.[Na+].[Cl-] HPALAKNZSZLMCH-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 6
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-M Bicarbonate Chemical compound OC([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 4
- 229910002651 NO3 Inorganic materials 0.000 claims description 4
- NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N Nitrate Chemical compound [O-][N+]([O-])=O NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L Sulfate Chemical compound [O-]S([O-])(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 4
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 claims description 4
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 4
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 claims description 4
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims description 4
- 239000004568 cement Substances 0.000 claims description 3
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 3
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 3
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 claims description 3
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 claims description 3
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims description 3
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 3
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 3
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims description 3
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 3
- 238000007790 scraping Methods 0.000 claims description 3
- 238000012216 screening Methods 0.000 claims description 3
- 239000002002 slurry Substances 0.000 claims description 3
- 238000010998 test method Methods 0.000 claims description 3
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 3
- 238000005303 weighing Methods 0.000 claims description 3
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 2
- 239000004576 sand Substances 0.000 claims description 2
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 31
- 239000003673 groundwater Substances 0.000 description 7
- 238000005325 percolation Methods 0.000 description 7
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 6
- 239000012085 test solution Substances 0.000 description 6
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 3
- 238000011160 research Methods 0.000 description 3
- 230000036962 time dependent Effects 0.000 description 3
- 229910001069 Ti alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 241000009298 Trigla lyra Species 0.000 description 2
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 2
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 2
- GNFTZDOKVXKIBK-UHFFFAOYSA-N 3-(2-methoxyethoxy)benzohydrazide Chemical compound COCCOC1=CC=CC(C(=O)NN)=C1 GNFTZDOKVXKIBK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 1
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 238000005192 partition Methods 0.000 description 1
- 239000012466 permeate Substances 0.000 description 1
- 239000012488 sample solution Substances 0.000 description 1
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G09—EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
- G09B—EDUCATIONAL OR DEMONSTRATION APPLIANCES; APPLIANCES FOR TEACHING, OR COMMUNICATING WITH, THE BLIND, DEAF OR MUTE; MODELS; PLANETARIA; GLOBES; MAPS; DIAGRAMS
- G09B25/00—Models for purposes not provided for in G09B23/00, e.g. full-sized devices for demonstration purposes
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01D21/00—Measuring or testing not otherwise provided for
- G01D21/02—Measuring two or more variables by means not covered by a single other subclass
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
- G01N15/08—Investigating permeability, pore-volume, or surface area of porous materials
- G01N15/082—Investigating permeability by forcing a fluid through a sample
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
- G01N15/08—Investigating permeability, pore-volume, or surface area of porous materials
- G01N15/082—Investigating permeability by forcing a fluid through a sample
- G01N15/0826—Investigating permeability by forcing a fluid through a sample and measuring fluid flow rate, i.e. permeation rate or pressure change
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Immunology (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Pathology (AREA)
- Business, Economics & Management (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- Educational Administration (AREA)
- Educational Technology (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Sampling And Sample Adjustment (AREA)
Abstract
本发明公开了一种探究越流系统中粘土阻滞作用的模拟装置及模拟方法，该模拟装置包括供气瓶、第一供水箱、第一渗流柱、第二供水箱、第二渗流柱、压力供水器、第三渗流柱和第四渗流柱。所述的压力供水器包括供水筒，且供水筒内的承压推盘将供水筒分割成给水部和供气部。所述压力供水器的进气口通过供气管道与所述供气瓶的出气口相连，所述压力供水器的进水口通过进水管道分别与第一渗流柱和第二渗流柱的出水口相连。所述压力供水器的出水口通过出水管分别与第一供水箱、第二供水箱、第三渗流柱的进水口、第四渗流柱的进水口和废液瓶相连通。该模拟装置不仅体积小，而且能够模拟0～500米水头压力下的渗流实验。
Description
技术领域
本发明涉及一种应用于地下水研究的模拟装置及模拟方法，具体地说是探究孔隙含水介质越流系统中粘土阻滞作用的模拟装置及方法。
背景技术
内陆平原区咸淡水相间分布，一方面淡水资源匮乏，过量开采诱发地面沉降和水质恶化，另一方面大量尚未被利用的咸水的成因及其演化规律不详，但深层粘土对地下水水化学成份的分带作用有重要影响。因此，研发内陆平原区深层地下水系统中粘土的阻滞作用，展现深层孔隙介质含水系统中地下水的循环交替强度及其水化学成分的演化规律，对揭示内陆平原区咸淡水化学成分的形成具有重要的意义。
前人对于土柱实验有大量研究，但传统土柱实验是常水压下的实验，受到安装空间的限制，无法模拟高压下的实验。而本次是对深层地下水系统进行模拟探究，实验要求的水头压力高，传统的土柱实验很难达到深层地下水系统的压力，无法进行模拟实验。另外即使简单的通过加高渗流柱的方式达到所需压力，也存在着模拟装置体积庞大，成本高，安装不便，室内无法存放等问题。
发明内容
针对上述问题本发明提供了一种探究越流系统中粘土阻滞作用的模拟装置及模拟方法，该模拟装置不仅体积小，而且能够模拟0～500米水头压力下的渗流实验，解决了模拟自然界中深层越流系统的瓶颈问题。该模拟方法展现了深层孔隙介质含水系统中地下水的循环交替强度及其水化学成分的演化规律，为合理开发利用地下水资源提供科学依据。
本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：
一种探究越流系统中粘土阻滞作用的模拟装置，包括供气瓶、第一供水箱、第一渗流柱、第二供水箱、第二渗流柱、压力供水器、第三渗流柱和第四渗流柱；
所述的第一渗流柱和第二渗流柱内分别填充有粉砂；
所述第一渗流柱通过第一管道与盛有咸水的第一供水箱相连通，所述第一渗流柱的下部设置有第一采样管，所述第一渗流柱的下端面设置有第一出水口；
所述第二渗流柱通过第二管道与盛有淡水的第二供水箱相连通，所述第二渗流柱的下部设置有第二采样管，所述第二渗流柱的下端面设置有第二出水口；
所述的压力供水器包括供水筒，所述的供水筒内设置有可上下滑动的承压推盘，且所述的承压推盘将所述供水筒的内部空间从上到下依次分割成给水部和供气部，且所述的供气部和给水部相互隔绝，所述供水筒的下端面设置有进气口和排气口，所述的排气口上密封连接有排气管，所述供水筒的上端面分别设置有进水口和出水口，所述承压推盘的上、下两侧分别设置有承压推杆，且所述承压推杆的悬空端分别穿过所述的供水筒延伸至所述供水筒的外部；
所述第三渗流柱和第四渗流柱内从上往下均依次填充有上部上水石、试验土样和下部上水石，所述的试验土样为粘土；
所述第三渗流柱的上端设置有第三采样管，所述第四渗流柱的上端设置有第四采样管，所述第三渗流柱和第四渗流柱的下端分别设置有进水口；
所述压力供水器的进气口通过供气管道与所述供气瓶的出气口相连，所述压力供水器的进水口通过进水管道分别与所述的第一出水口和第二出水口相连，所述压力供水器的出水口上连接有主出水管道，所述的主出水管道上并联有第一出水管道、第二出水管道、第三出水管道、第四出水管道和第五出水管道，所述的第一出水管道与第一供水箱相连通，所述的第二出水管道与所述的第二供水箱相连通，所述的第三出水管道与所述第三渗流柱的进水口相连，所述的第四出水管道与所述第四渗流柱的进水口相连，所述的第五出水管道与废液瓶相连通；
所述的排气管、第一管道、第二管道、第一采样管、第二采样管、第三采样管、第四采样管、第一出水管、第二出水管、第三出水管、第四出水管和第五出水管上分别设置有阀门；
所述的进水管道上分别设置有用于控制第一出水口通断和第二出水口通断的阀门；
所述的供气管道上设置有减压阀和压力表；
所述第一采样管、第二采样管、第三采样管和第四采样管的下方分别放置有量筒。
进一步地，所述的承压推杆上设置有刻度。
进一步地，所述承压推杆的悬空端固定设置有把手。
进一步地，所述的供水筒包括中间筒体，所述中间筒体的两端分别设置有封板，且所述的封板通过第一拉杆和锁紧螺母被压紧在所述中间筒体的端面上。
进一步地，所述封板的内侧面上设置有呈圆环状的凹槽，所述的凹槽内设置有密封圈，所述中间筒体的上、下两端分别插入所述的凹槽内并压紧在所述的密封圈上。
进一步地，所述的第三渗流柱和第四渗流柱结构相同，从下往上依次包括底座、渗流筒和压盖，且所述的底座和压盖分别通过第二拉杆和锁紧螺母被压紧在所述渗流筒的下、上两端。
进一步地，所述渗流筒的内径为110mm,所述上部上水石和下部上水石的厚度均为20mm，所述试验土样的厚度为100mm。
进一步地，所述第一渗流柱和第二渗流柱的直径均为200mm，高度均为1000mm，所述第一采样管距第一渗流柱上端的距离为900mm，所述第二采样管距第二渗流柱上端的距离为900mm。
一种探究越流系统中粘土阻滞作用的模拟方法，包括以下步骤，
第一步，制备供试水样和渗流介质；
a1、将石英砂过筛至粒径<0.2cm后，对石英砂用蒸馏水冲洗、烘干、称重，然后将烘干后的石英砂均匀的装填到第一渗流柱和第二渗流柱内并塞紧橡胶塞；
a2、将原状土样外壁泥浆刮干净，用环刀切取原状土样，得到试验土样，并测量试验土样的直径、高度、理化性质及计算渗透系数K0与孔隙率e0；
a3、将下部上水石放置在第三渗流柱底部；
a4、将玻璃胶涂在试验土样外壁和第三渗流柱的内壁上，并将试样土样放入第三渗流柱内，然后在试验土样的上方放置上部上水石；
a5、重复步骤a3-a4的操作，对第四渗流柱进行装填；
a6、将装填好的第三渗流柱和第四渗流柱静置7～14天，然后分别锁紧压盖；
a7、用0.45um微孔滤膜对咸水和淡水进行过滤除杂；
第二步，测定第一渗流柱和所述第二渗流柱的高度及内径，并组装；
第三步，测定第一供水箱内的咸水以及所述第二供水箱内的淡水的电导率、温度、PH以及硝酸根、硫酸根、氯离子、重碳酸根、钠离子、钙离子、镁离子的离子浓度，并记录；
第四步，打开第一管道的阀门，直至第一渗流柱达到饱和状态，然后打开第二管道的阀门，直至第二渗流柱达到饱和状态；
第五步，向压力供水器的给水部供水；
b1、打开排气管和第五出水管道上的阀门，然后向给水部一侧推动承压推杆，直至承压推盘贴紧压力供水器的供水筒的上端面；
b2、关闭第五出水管道上的阀门，打开第一管道上的阀门和用于控制第一出水口通断的阀门，然后向供气部一侧拉动承压推杆，直至承压推盘贴紧压力供水器的供水筒的下端面；
b3、关闭第一管道上的阀门和用于控制第一出水口通断的阀门，打开第五出水管道上的阀门，然后向给水部一侧推动承压推杆，直至第五出水管道出水为止；
b4、重复步骤b2-b3的操作三次，然后关闭第五出水管道上的阀门和排气管上的阀门；
第六步，恒压实验；
c1、将供气管道上减压阀的压力调整到0.15MPa；
c2、打开供气瓶的阀门，打开第一采样管、第三采样管和第四采样管上的阀门，待第一采样管、第三采样管和第四采样管出水后，每隔6小时通过量筒上的刻度读取渗出水的体积，并测定渗出水的电导率、温度、PH值以及硝酸根、硫酸根、氯离子、重碳酸根、钠离子、钙离子、镁离子、钾离子的离子浓度，并记录，直至渗出水的电导率均达到稳定状态，然后关闭供气瓶阀门，以及第一采样管、第三采样管和第四采样管上的阀门；
c3、将供气管道上减压阀的压力调整到0.25MPa，并重复步骤c2的操作；
c4、将供气管道上减压阀的压力调整到0.35MPa，并重复步骤c2的操作；
c5、将供气管道上减压阀的压力调整到0.5MPa，并重复步骤c2的操作；
c6、将供气管道上减压阀的压力调整到1MPa，并重复步骤c2的操作；
c7、将供气管道上减压阀的压力调整到1.6MPa，并重复步骤c2的操作；
c8、将供气管道上减压阀的压力调整到2MPa，并重复步骤c2的操作；
第七步，模拟丰水期的微咸水驱替咸水过程；
d1、打开排气管和第一出水管道上的阀门，然后向给水部一侧推动承压推杆，直至承压推盘贴紧压力供水器的供水筒的上端面；
d2、关闭第一出水管道上的阀门，打开第一管道上的阀门和用于控制第一出水口通断的阀门，然后向供气部一侧拉动承压推杆，直至供水筒的端面与所述第一承压推杆上的中间刻度对齐，然后关闭第一管道上的阀门和用于控制第一出水口通断的阀门，打开第二管道上的阀门和用于控制第二出水口通断的阀门，继续向供气部一侧拉动承压推杆，直至承压推盘贴紧压力供水器的供水筒的下端面；
d3、关闭第二管道上的阀门和用于控制第二出水口通断的阀门，打开第五出水管道上的阀门，然后向给水部一侧推动承压推杆，直至第五出水管道出水，然后关闭第五出水管道上的阀门；
d4、将供气管道上减压阀的压力调整到1.6MPa，然后打开供气瓶的阀门，以及第三采样管和第四采样管上的阀门；
d5、打开第五出水管道上的阀门进行采样，并测定水样的电导率、温度、PH值以及硝酸根、硫酸根、氯离子、重碳酸根、钠离子、钙离子、镁离子、钾离子的离子浓度，采样结束后关闭第五出水管道上的阀门；
d6、通过放置在第三采样管和第四采样管下方的量筒上的刻度读取渗出水的体积，并测定渗出水的电导率、温度、PH值以及硝酸根、硫酸根、氯离子、重碳酸根、钠离子、钙离子、镁离子、钾离子的离子浓度，并记录；
d7、每隔6小时重复一次步骤d5-d6的操作，直至渗出水的电导率均达到稳定状态，然后关闭供气瓶阀门，以及第三采样管和第四采样管上的阀门。
第八步，模拟丰水期的淡水驱替微咸水过程；
e1、打开排气管和第五出水管道上的阀门，然后向给水部一侧推动承压推杆，直至承压推盘贴紧压力供水器的供水筒的上端面，然后关闭第五出水管道上的阀门；
e2、打开第二管道上的阀门和用于控制第二出水口通断的阀门，然后向供气部一侧拉动承压推杆，直至承压推盘贴紧压力供水器的供水筒的下端面；
e3、关闭第二管道上的阀门和用于控制第二出水口通断的阀门，打开第二出水管道上的阀门，然后向给水部一侧推动承压推杆，直至第二出水管道出水为止，然后关闭第二出水管道上的阀门；
e4、重复步骤e2-e3的操作三次，然后关闭排气管上的阀门；
e5、将供气管道上减压阀的压力调整到1.6MPa；
e6、打开供气瓶的阀门，打开第二采样管、第三采样管和第四采样管上的阀门，待第三采样管和第四采样管出水后，每隔6小时通过量筒上的刻度读取渗出水的体积，并测定渗出水的电导率、温度、PH值以及硝酸根、硫酸根、氯离子、重碳酸根、钠离子、钙离子、镁离子、钾离子的离子浓度，并记录，直至渗出水的电导率均达到稳定状态，然后关闭供气瓶阀门，以及第二采样管、第三采样管和第四采样管上的阀门；
第九步，模拟枯水期的咸水驱替淡水过程；
f1、打开排气管和第二出水管道上的阀门，然后向给水部一侧推动承压推杆，直至承压推盘贴紧压力供水器的供水筒的上端面，然后关闭第二出水管道上的阀门；
f2、打开第一管道上的阀门和用于控制第一出水口通断的阀门，然后向供气部一侧拉动承压推杆，直至承压推盘贴紧压力供水器的供水筒的下端面；
f3、关闭第一管道上的阀门和用于控制第一出水口通断的阀门，打开第一出水管道上的阀门，然后向给水部一侧推动承压推杆，直至第一出水管道出水为止，然后关闭第一出水管道上的阀门；
f4、重复步骤f2-f3的操作三次，然后关闭排气管上的阀门；
f5、将供气管道上减压阀的压力调整到1.6MPa；
f6、打开供气瓶的阀门，打开第一采样管、第三采样管和第四采样管上的阀门，待第三采样管和第四采样管出水后，每隔6小时通过量筒上的刻度读取渗出水的体积，并测定渗出水的电导率、温度、PH值以及硝酸根、硫酸根、氯离子、重碳酸根、钠离子、钙离子、镁离子、钾离子的离子浓度，并记录，直至渗出水的电导率均达到稳定状态，然后关闭供气瓶阀门，以及第一采样管、第三采样管和第四采样管上的阀门；
第十步，取出试验土样，并根据土工试验法测试此时试验土样其渗透系数K1和孔隙率e1，然后根据室内吸附等温实验法测定试验土样的分配系数Kd。
进一步地，在步骤c1、c3、c4、c5中，在对减压阀的压力进行调整时，以0.02MPa为单位逐级进行调整，且每次调整间隔1-2小时，在步骤c6、c7、c8、d4、e5、f5中，在对减压阀的压力进行调整时，以0.1MPa为单位逐级进行调整，且每次调整间隔1-2小时。
本发明的有益效果是：
1、该模拟装置通过设置压力供水器，不仅能够达到较高的实验压力，可以模拟深层地下水系统的渗流实验，解决了模拟自然界中深层越流系统的瓶颈问题，而且该模拟装置与传统土柱实验的模拟装置的体积相当。
2、该模拟装置结构紧凑，操作方便，且制造成本较低。
3、该模拟装置通过在供气管道上设置减压阀和压力表，可以控制压力供水器的供水压力，从而模拟不同深度地下水系统的渗流实验，应用范围广，从而降低实验成本。
4、该模拟装置不仅可以模拟淡水、咸水和微咸水之间的相互驱替过程，且微咸水中淡水和咸水的混合比例可以根据需要进行调节。
5.该模拟装置可以得到内陆平原区深层地下水的运动特征、水化学成分的演化特征、粘土理化性质的变化特征、粘土的阻滞系数，展现深层地下水系统中粘土的阻滞作用，揭示内陆平原区地下水水化学成分的成因及其演化规律。
附图说明
图1为模拟装置的原理示意图；
图2为压力供水器的结构示意图；
图3为第三渗流柱的结构示意图。
图中：1-供气瓶，21-第一供水箱，211-第一渗流柱，2111-第一采样管，212-第一管道，22-第二供水箱，221-第二渗流柱，2211-第二采样管，222-第二管道，3-压力供水器，311-中间筒体，312-封板，313-第一拉杆，32-承压推盘，33-承压推杆，34-把手，35-排气管，4-第三渗流柱，41-第三采样管，42-底座，43-渗流筒，44-压盖，45-第二拉杆，46-上部上水石，47-试验土样，48-下部上水石，5-第四渗流柱，51-第四采样管，6-供气管道，61-减压阀，62-压力表，7-进水管道，8-主出水管道，81-第一出水管道，82-第二出水管道，83-第三出水管道，84-第四出水管道，85-第五出水管道，91-阀门，92-量筒，93-废液瓶。
具体实施方式
如图1所示，一种探究越流系统中粘土阻滞作用的模拟装置包括供气瓶1、第一供水箱21、第一渗流柱211、第二供水箱22、第二渗流柱221、压力供水器3、第三渗流柱4和第四渗流柱5。其中所述的第一渗流柱211和第二渗流柱221用于模拟微承压水流动系统，所述的第三渗流柱4和第四渗流柱5用于模拟承压水流动系统。
所述的第一渗流柱211和第二渗流柱221均为下端封闭上端开口的圆柱形桶装结构，且所述第一渗流柱211和第二渗流柱221的上端分别设置有用于封闭所述第一渗流柱211和第二渗流柱221的橡胶塞。所述的第一渗流柱211和第二渗流柱221内分别填充有粉砂。
作为一种具体实施方式，本实施例中所述的第一渗流柱211和第二渗流柱221均采用有机玻璃制作而成，且所述第一渗流柱211和第二渗流柱221的直径均为200mm，所述第一渗流柱211和第二渗流柱221的高度均为1000mm。
如图1所示，所述第一渗流柱211的上端通过第一管道212与所述的第一供水箱21相连通，且所述的第一管道212上设置有用于控制第一管道212通断的阀门91。所述的第一供水箱21内盛放有咸水。所述第一渗流柱211的圆柱侧面的下部设置有与第一渗流柱211相连通的第一采样管2111，所述第一采样管2111的下方放置有用于承接供试液的量筒92。所述的第一采样管2111上设置有用于控制第一采样管2111通断的阀门91。所述第一渗流柱211的下端面设置有第一出水口。
作为一种具体实施方式，本实施例中所述第一采样管2111距第一渗流柱211上端的距离为900mm。
如图1所示，所述第二渗流柱221的上端通过第二管道222与所述的第二供水箱22相连通，且所述的第二管道222上设置有用于控制第二管道222通断的阀门91。所述的第二供水箱22内盛放有淡水。所述第二渗流柱221的圆柱侧面的下部设置有与第二渗流柱221相连通的第二采样管2211，所述第二采样管2211的下方放置有用于承接供试液的量筒92。所述的第二采样管2211上设置有用于控制第一采样管2111通断的阀门91。所述第二渗流柱221的下端面设置有第二出水口。
作为一种具体实施方式，本实施例中所述第二采样管2211距第二渗流柱221上端的距离为900mm。
如图1和图2所示，所述的压力供水器3包括一个具有密闭空腔的供水筒，所述的供水筒内设置有可沿所述的供水筒上下滑动的承压推盘32，且所述的承压推盘32将所述供水筒的内部空间分割成上下两部分，其中上部为给水部，下部为供气部。为了将所述的供气部和给水部相互隔绝，所述承压推盘32的外侧圆柱面上套设有密封圈(图中未示出)。所述供水筒的下端面设置有进气口和排气口，所述的排气口上密封连接有排气管35，所述的排气管35上设置有用于控制所述排气管35通断的阀门91。所述供水筒的上端面分别设置有进水口和出水口。所述承压推盘32的上、下两侧分别通过焊接的方式固定设置有承压推杆33，为了方便描述，现将穿过供气部的承压推杆33命名为第一承压推杆，穿过给水部的承压推杆33命名为第二承压推杆，所述的第一承压推杆和第二承压推杆的悬空端分别穿过所述的供水筒延伸至所述供水筒的外部。所述供水筒的用于容纳所述承压推杆33的通孔的内侧圆柱面上设置有密封圈(图中未示出)。
进一步地，为了方便操作，所述第一承压推杆的悬空端固定设置有把手34。
进一步地，为了避免所述的供水筒发生腐蚀，影响实验结构，所述的供水筒、承压推盘32和承压推杆33均采用钛合金制作而成。
进一步地，为了方便操作和保证实验结果的准确性，所述的第一承压推杆上设置有刻度，且当所述的承压推盘32达到上端的极限位置时，所述供水筒的下端面与所述第一承压推杆上的0刻度对齐，当所述的承压推盘32达到下端的极限位置时，所述供水筒的下端面与所述第一承压推杆上的最大刻度对齐。
作为一种具体实施方式，如图2所示，所述的供水筒包括呈两端开口的圆柱形筒状结构的中间筒体311，所述中间筒体311的两端分别设置有封板312，两个所述的封板312之间设置有至少三根第一拉杆313，所述拉杆的两端分别设置有锁紧螺母，所述的封板312通过第一拉杆313和锁紧螺母被压紧在所述中间筒体311的端面上。作为一种具体实施方式，本实施例中，所述第一拉杆313的数量为四根，且沿圆周方向均布。
进一步地，为了避免封板312和中间筒体311之间发生相对滑动，如图2所示，所述封板312的内侧面(以两封板312相对的一侧为内侧)上设置有呈圆环状的凹槽，所述的凹槽内设置有密封圈(图中未示出)，所述中间筒体311的上、下两端分别插入所述的凹槽内并压紧在所述的密封圈上。
如图1所示，所述第三渗流柱4的上端设置有第三采样管41，所述第三采样管41的下方设置有用于承接供试液的量筒92，且所述的第三采样管41上设置有用于控制第三采样管41通断的阀门91。所述第四渗流柱5的上端设置有第四采样管51，所述第四采样管51的下方放置有用于承接供试液的量筒92，且所述的第四采样管51上设置有用于控制第四采样管51通断的阀门91。所述第三渗流柱4和第四渗流柱5的下端分别设置有进水口。
由于所述的第三渗流柱4和第四渗流柱5结构相同，现仅以第三渗流柱4为例对第三渗流柱4和第四渗流柱5的结构进行详细描述。
如图3所示，所述的第三渗流柱4从下往上依次包括底座42、渗流筒43和压盖44，所述的底座42和压盖44之间设置有至少三根第二拉杆45，所述拉杆的两端分别设置有锁紧螺母，所述的底座42和压盖44分别通过第二拉杆45和锁紧螺母被压紧在所述渗流筒43的下、上两端。作为一种具体实施方式，本实施例中，所述第二拉杆45的数量为四根，且沿圆周方向均布。所述的第三渗流柱4内从上往下均依次填充有上部上水石46、试验土样47和下部上水石48。所述的试验土样47为粘土。
进一步地，为了避免发生腐蚀，影响实验结果的准确性，所述的底座42、渗流筒43和压盖44均采用钛合金制作而成。
进一步地，为了避免底座42和渗流筒43之间，以及压盖44和渗流筒43之间发生相对滑动，如图3所示，所述底座42和压盖44的内侧面(以底座42和压盖44相对的一侧为内侧)上分别设置有呈圆型的凸台，所述底座42和压盖44的内侧面上位于所述凸台的外侧分别套设有密封圈(图中未示出)，所述底座42和压盖44上的圆形凸台分别插入到所述渗流筒43下、上两端，且所述渗流筒43的下、上两端面分别压紧在所述底座42和压盖44的密封圈上。
作为一种具体实施方式，本实施例中所述渗流筒43的内径为110mm,所述上部上水石46和下部上水石48的厚度均为20mm，所述试验土样47的厚度为100mm。
如图1所示，所述压力供水器3的进气口通过供气管道6与所述供气瓶1的出气口相连，且所述的供气管道6上设置有减压阀61和压力表62。所述压力供水器3的进水口通过进水管道7分别于所述的第一出水口和第二出水口相连，且所述的进水管道7上分别设置有用于控制第一出水口通断和第二出水口通断的阀门91。所述压力供水器3的出水口上连接有主出水管道8，所述的主出水管道8上并联有第一出水管道81、第二出水管道82、第三出水管道83、第四出水管道84和第五出水管道85，其中所述的第一出水管道81与第一供水箱21相连通，所述的第二出水管道82与所述的第二供水箱22相连通，所述的第三出水管道83与所述第三渗流柱4的进水口相连，所述的第四出水管道84与所述第四渗流柱5的进水口相连，所述的第五出水管道85与废液瓶93相连通。所述的第一出水管道81、第二出水管道82、第三出水管道83、第四出水管道84和第五出水管道85上均设置有控制其通断的阀门91。
一种探究越流系统中粘土阻滞作用的模拟方法，包括以下步骤，
第一步，制备供试水样和渗流介质。
a1、将石英砂过筛至粒径<0.2cm后，对石英砂用蒸馏水冲洗、烘干、称重，然后将烘干后的石英砂均匀的装填到第一渗流柱211和第二渗流柱221内并塞紧橡胶塞。
a2、将原状土样外壁泥浆刮干净，用环刀切取原状土样，得到试验土样，并测量试验土样的直径、高度、理化性质及计算渗透系数K0与孔隙率e0。
a3、将下部上水石48放置在第三渗流柱4底部。
a4、将玻璃胶涂在试验土样外壁和第三渗流柱4的内壁上，并将试样土样放入第三渗流柱4内，然后在试验土样的上方放置上部上水石46。
a5、重复步骤a3-a4的操作，对第四渗流柱进行装填。
a6、将装填好的第三渗流柱和第四渗流柱静置7～14天，然后分别锁紧压盖44。
a7、用0.45um微孔滤膜对咸水和淡水进行过滤除杂。
第二步，测定第一渗流柱211和所述第二渗流柱221的高度及内径，然后按照图1组装并形成模拟装置。
第三步，测定第一供水箱21内的咸水以及所述第二供水箱22内的淡水的电导率、温度、PH以及硝酸根、硫酸根、氯离子、重碳酸根、钠离子、钙离子、镁离子的离子浓度，并记录。
第四步，打开第一管道212的阀门91，使第一供水箱21持续向第一渗流柱211内供咸水，直至第一渗流柱211达到饱和状态，然后打开第二管道222的阀门91，使第二供水箱22持续向第二渗流柱221内供淡水，直至第二渗流柱221达到饱和状态。
第五步，向压力供水器3的给水部供水。
b1、打开排气管35和第五出水管道85上的阀门91，供气管道6上的减压阀61以及其他的阀门91均处于关闭的状态，然后向给水部一侧推动承压推杆33，直至承压推盘32贴紧压力供水器3的供水筒的上端面。
b2、关闭第五出水管道85上的阀门91，打开第一管道212上的阀门91和用于控制第一出水口通断的阀门91，然后向供气部一侧拉动承压推杆33，直至承压推盘32贴紧压力供水器3的供水筒的下端面。
b3、关闭第一管道212上的阀门91和用于控制第一出水口通断的阀门91，打开第五出水管道85上的阀门91，然后向给水部一侧推动承压推杆33，直至第五出水管道85出水为止。
b4、重复步骤b2-b3的操作三次，然后关闭第五出水管道85上的阀门91和排气管35上的阀门91。
在这里，步骤b4的目的是为了保证给水部充满水，避免空气混入。
第六步，恒压实验。
c1、将供气管道6上减压阀61的压力调整到0.15MPa。
c2、打开供气瓶1的阀门91，打开第一采样管2111、第三采样管41和第四采样管51上的阀门91，待第一采样管2111、第三采样管41和第四采样管51出水后，每隔6小时通过量筒92上的刻度读取渗出水的体积，并测定渗出水的电导率、温度、PH值以及硝酸根、硫酸根、氯离子、重碳酸根、钠离子、钙离子、镁离子、钾离子的离子浓度，并记录，直至渗出水的电导率均达到稳定状态，然后关闭供气瓶1阀门91，以及第一采样管2111、第三采样管41和第四采样管51上的阀门91。
在这里，所说的稳定状态是指前后两次测定的电导率的差值小于10us/cm。
c3、将供气管道6上减压阀61的压力调整到0.25MPa，并重复步骤c2的操作。
c4、将供气管道6上减压阀61的压力调整到0.35MPa，并重复步骤c2的操作。
c5、将供气管道6上减压阀61的压力调整到0.5MPa，并重复步骤c2的操作。
c6、将供气管道6上减压阀61的压力调整到1MPa，并重复步骤c2的操作。
c7、将供气管道6上减压阀61的压力调整到1.6MPa，并重复步骤c2的操作。
c8、将供气管道6上减压阀61的压力调整到2MPa，并重复步骤c2的操作。
为了防止压力骤变，第三渗流柱4和第四渗流柱5中的试验土样被冲破，步骤c1、c3、c4、c5中，在对减压阀61的压力进行调整时，以0.02MPa为单位逐级进行调整，且每次调整间隔1-2小时。步骤c6、c7、c8中，在对减压阀61的压力进行调整时，以0.1MPa为单位逐级进行调整，且每次调整间隔1-2小时。
第七步，模拟丰水期的微咸水驱替咸水过程。
d1、打开排气管35和第一出水管道81上的阀门91，然后向给水部一侧推动承压推杆33，直至承压推盘32贴紧压力供水器3的供水筒的上端面。
d2、关闭第一出水管道81上的阀门91，打开第一管道212上的阀门91和用于控制第一出水口通断的阀门91，然后向供气部一侧拉动承压推杆33，直至供水筒的端面与所述第一承压推杆上的中间刻度对齐；然后关闭第一管道212上的阀门91和用于控制第一出水口通断的阀门91，打开第二管道222上的阀门91和用于控制第二出水口通断的阀门91，继续向供气部一侧拉动承压推杆33，直至承压推盘32贴紧压力供水器3的供水筒的下端面，即供水筒的端面与第一承压推杆上的最大刻度对齐。
d3、关闭第二管道222上的阀门91和用于控制第二出水口通断的阀门91，打开第五出水管道85上的阀门91，然后向给水部一侧推动承压推杆33，直至第五出水管道85出水，然后关闭第五出水管道85上的阀门91。
d4、将供气管道6上减压阀61的压力调整到1.6MPa，然后打开供气瓶的阀门，以及第三采样管41和第四采样管51上的阀门91。
d5、打开第五出水管道上的阀门进行采样，并测定水样的电导率、温度、PH值以及硝酸根、硫酸根、氯离子、重碳酸根、钠离子、钙离子、镁离子、钾离子的离子浓度，采样结束后关闭第五出水管道上的阀门。
d6、通过放置在第三采样管和第四采样管下方的量筒92上的刻度读取渗出水的体积，并测定渗出水的电导率、温度、PH值以及硝酸根、硫酸根、氯离子、重碳酸根、钠离子、钙离子、镁离子、钾离子的离子浓度，并记录。
d7、每隔6小时重复一次步骤d5-d6的操作，直至渗出水的电导率均达到稳定状态，然后关闭供气瓶1阀门91，以及第三采样管41和第四采样管51上的阀门91。
在这里，所说的稳定状态是指前后两次测定的电导率的差值小于10us/cm。
为了防止压力骤变，第三渗流柱4和第四渗流柱5中的试验土样被冲破，步骤d4中，在对减压阀61的压力进行调整时，以0.1MPa为单位逐级进行调整，且每次调整间隔1-2小时。
第八步，模拟丰水期的淡水驱替微咸水过程。
e1、打开排气管35和第五出水管道85上的阀门91，然后向给水部一侧推动承压推杆33，直至承压推盘32贴紧压力供水器3的供水筒的上端面，然后关闭第五出水管道85上的阀门91。
e2、打开第二管道222上的阀门91和用于控制第二出水口通断的阀门91，然后向供气部一侧拉动承压推杆33，直至承压推盘32贴紧压力供水器3的供水筒的下端面。
e3、关闭第二管道222上的阀门91和用于控制第二出水口通断的阀门91，打开第二出水管道82上的阀门91，然后向给水部一侧推动承压推杆33，直至第二出水管道82出水为止，然后关闭第二出水管道82上的阀门91。
e4、重复步骤e2-e3的操作三次，然后关闭排气管35上的阀门91。
在这里，步骤e4的目的是为了保证给水部充满水，避免空气混入。
e5、将供气管道6上减压阀61的压力调整到1.6MPa。
e6、打开供气瓶1的阀门91，打开第二采样管2211、第三采样管41和第四采样管51上的阀门91，待第三采样管41和第四采样管51出水后，每隔6小时通过量筒92上的刻度读取渗出水的体积，并测定渗出水的电导率、温度、PH值以及硝酸根、硫酸根、氯离子、重碳酸根、钠离子、钙离子、镁离子、钾离子的离子浓度，并记录，直至渗出水的电导率均达到稳定状态，然后关闭供气瓶1阀门91，以及第二采样管2211、第三采样管41和第四采样管51上的阀门91。
在这里，所说的稳定状态是指前后两次测定的电导率的差值小于10us/cm。
为了防止压力骤变，第三渗流柱4和第四渗流柱5中的试验土样被冲破，步骤e5中，在对减压阀61的压力进行调整时，以0.1MPa为单位逐级进行调整，且每次调整间隔1-2小时。
第九步，模拟枯水期的咸水驱替淡水过程。
f1、打开排气管35和第二出水管道82上的阀门91，然后向给水部一侧推动承压推杆33，直至承压推盘32贴紧压力供水器3的供水筒的上端面，然后关闭第二出水管道82上的阀门91。
f2、打开第一管道212上的阀门91和用于控制第一出水口通断的阀门91，然后向供气部一侧拉动承压推杆33，直至承压推盘32贴紧压力供水器3的供水筒的下端面。
f3、关闭第一管道212上的阀门91和用于控制第一出水口通断的阀门91，打开第一出水管道81上的阀门91，然后向给水部一侧推动承压推杆33，直至第一出水管道81出水为止，然后关闭第一出水管道81上的阀门91。
f4、重复步骤f2-f3的操作三次，然后关闭排气管35上的阀门91。
在这里，步骤f4的目的是为了保证给水部充满水，避免空气混入。
f5、将供气管道6上减压阀61的压力调整到1.6MPa。
f6、打开供气瓶1的阀门91，打开第一采样管2111、第三采样管41和第四采样管51上的阀门91，待第三采样管41和第四采样管51出水后，每隔6小时通过量筒92上的刻度读取渗出水的体积，并测定渗出水的电导率、温度、PH值以及硝酸根、硫酸根、氯离子、重碳酸根、钠离子、钙离子、镁离子、钾离子的离子浓度，并记录，直至渗出水的电导率均达到稳定状态，然后关闭供气瓶1阀门91，以及第一采样管2111、第三采样管41和第四采样管51上的阀门91。
在这里，所说的稳定状态是指前后两次测定的电导率的差值小于10us/cm。
为了防止压力骤变，第三渗流柱4和第四渗流柱5中的试验土样被冲破，步骤f5中，在对减压阀61的压力进行调整时，以0.1MPa为单位逐级进行调整，且每次调整间隔1-2小时。
第十步，取出试验土样，并根据土工试验法测试此时试验土样其渗透系数K1和孔隙率e1，然后根据室内吸附等温实验法测定试验土样的分配系数Kd。
第十一步，对实验数据进行分析
g1、计算第三渗流柱4和第四渗流柱5中不同时间点的试验土样47的渗透系数K。
由达西公式Q＝KAJ＝KA△H/L，可推导出K＝QL/A△H，
式中，Q为出水口渗流量(m3/s)；
K为粘性土渗透系数(m/s)
A为过流断面面积(m2)；
△H为水头差(m)；
L为供试液流经距离(m)；
g2、计算起始水力坡度，揭示地下水运动特征。
①根据公式J1＝△H/L计算不同压力下的实际水力坡度，式中J1为实际水力坡度，△H为供气瓶1向渗流介质施加的压力值，L为试验土样的高度。
②根据步骤c2、c3、c4、c5、c6、c7、c8中测得的流量，计算不同压力下第三渗流柱4和第四渗流柱5的流速v。
根据步骤①和②中计算得到的数值，在J-v图中绘制离散点，并根据该离散点绘制线性拟合曲线，然后反向延长该线性拟合曲线，使其与J轴相交，该线性拟合曲线与J轴的交点即为起始水力坡度J0。
g3、根据步骤c2、c3、c4、c5、c6、c7、c8、d5、d6、d7、e6、f6中测得的电导率、温度和步骤g1得到的渗透系数，分别绘制第三渗流柱4和第四渗流柱5渗出水的渗透系数、电导率和水温的历时关系曲线图。
g4、根据步骤c2、c3、c4、c5、c6、c7、c8、f6中测得的电导率和温度，绘制第一渗流柱211渗出水的电导率和水温的历时关系曲线图。
g5、根据步骤e6中测得的电导率和温度，绘制第二渗流柱221渗出水的电导率和水温的历时关系曲线图。
进一步地，为了使对比更加直观，将步骤g4和g5中绘制得到的第一渗流柱211和第二渗流柱221的电导率和水温的历时关系曲线分别放入到第三渗流柱4和第四渗流柱5的渗透系数、电导率和水温的历时关系曲线图中。
g6、根据步骤c2、c3、c4、c5、c6、c7、c8、d5、d6、d7、e6、f6中测得的硝酸根、硫酸根、氯离子、重碳酸根、钠离子、钙离子、镁离子的离子浓度，分别绘制第三渗流柱4和第四渗流柱5渗出水的离子浓度历时变化曲线图。
g7、根据步骤c2、c3、c4、c5、c6、c7、c8、f6中测得的硝酸根、硫酸根、氯离子、重碳酸根、钠离子、钙离子、镁离子的离子浓度，绘制第一渗流柱211渗出水的离子浓度历时变化曲线图。
g8、根据步骤e6中测得的硝酸根、硫酸根、氯离子、重碳酸根、钠离子、钙离子、镁离子的离子浓度，绘制第二渗流柱221渗出水的离子浓度历时变化曲线图。
进一步地，为了使对比更加直观，将步骤g7和g8中绘制得到的第一渗流柱211和第二渗流柱221的离子浓度历时变化曲线分别放入到第三渗流柱4和第四渗流柱5的离子浓度历时变化曲线图中。
g9、根据步骤c2、c3、c4、c5、c6、c7、c8、d5、d6、d7、e6、f6中测得的硝酸根、硫酸根、氯离子、重碳酸根、钠离子、钙离子、镁离子的离子浓度，通过phreeqc模拟软件分别模拟供试液在流经第三渗流柱4和第四渗流柱5时随时间所发生的水文地球化学作用。
g6、根据步骤c2、c3、c4、c5、c6、c7、c8、d5、d6、d7、e6、f6中测得的硝酸根、硫酸根、氯离子、重碳酸根、钠离子、钙离子、镁离子的离子浓度，通过Piper三线图分析软件分别分析得到第三渗流柱4和第四渗流柱5的Piper三线图，从而为分析成因提供依据。
g7、将第十一步中测得的渗透系数K1和孔隙率e1与步骤a2中测得的渗透系数K0和孔隙率e0做定性的对比，看渗透系数和孔隙度的变化。
g8、计算粘土的阻滞系数，分析高水压下粘土对地下水中常规离子组分的阻滞能力：
n＝e1/(1+e1)
Rd＝1+(1-n)Kd/n
式中，e1为孔隙率；
Kd为分配系数，描述吸附平衡时，常规离子在粘土内的浓度与地下水中其浓度的比值，L/mg；
n为有效孔隙度；
Rd为阻滞系数，表征介质对溶质阻滞能力的参数。
Claims (10)
1.一种探究越流系统中粘土阻滞作用的模拟装置，其特征在于：包括供气瓶、第一供水箱、第一渗流柱、第二供水箱、第二渗流柱、压力供水器、第三渗流柱和第四渗流柱；
所述的第一渗流柱和第二渗流柱内分别填充有粉砂；
所述第一渗流柱通过第一管道与盛有咸水的第一供水箱相连通，所述第一渗流柱的下部设置有第一采样管，所述第一渗流柱的下端面设置有第一出水口；
所述第二渗流柱通过第二管道与盛有淡水的第二供水箱相连通，所述第二渗流柱的下部设置有第二采样管，所述第二渗流柱的下端面设置有第二出水口；
所述的压力供水器包括供水筒，所述的供水筒内设置有可上下滑动的承压推盘，且所述的承压推盘将所述供水筒的内部空间从上到下依次分割成给水部和供气部，且所述的供气部和给水部相互隔绝，所述供水筒的下端面设置有进气口和排气口，所述的排气口上密封连接有排气管，所述供水筒的上端面分别设置有进水口和出水口，所述承压推盘的上、下两侧分别设置有承压推杆，且所述承压推杆的悬空端分别穿过所述的供水筒延伸至所述供水筒的外部；
所述第三渗流柱和第四渗流柱内从上往下均依次填充有上部上水石、试验土样和下部上水石，所述的试验土样为粘土；
所述第三渗流柱的上端设置有第三采样管，所述第四渗流柱的上端设置有第四采样管，所述第三渗流柱和第四渗流柱的下端分别设置有进水口；
所述压力供水器的进气口通过供气管道与所述供气瓶的出气口相连，所述压力供水器的进水口通过进水管道分别与所述的第一出水口和第二出水口相连，所述压力供水器的出水口上连接有主出水管道，所述的主出水管道上并联有第一出水管道、第二出水管道、第三出水管道、第四出水管道和第五出水管道，所述的第一出水管道与第一供水箱相连通，所述的第二出水管道与所述的第二供水箱相连通，所述的第三出水管道与所述第三渗流柱的进水口相连，所述的第四出水管道与所述第四渗流柱的进水口相连，所述的第五出水管道与废液瓶相连通；
所述的排气管、第一管道、第二管道、第一采样管、第二采样管、第三采样管、第四采样管、第一出水管、第二出水管、第三出水管、第四出水管和第五出水管上分别设置有阀门；
所述的进水管道上分别设置有用于控制第一出水口通断和第二出水口通断的阀门；
所述的供气管道上设置有减压阀和压力表；
所述第一采样管、第二采样管、第三采样管和第四采样管的下方分别放置有量筒。
2.根据权利要求1所述的一种探究越流系统中粘土阻滞作用的模拟装置，其特征在于：所述的承压推杆上设置有刻度。
3.根据权利要求1所述的一种探究越流系统中粘土阻滞作用的模拟装置，其特征在于：所述承压推杆的悬空端固定设置有把手。
4.根据权利要求1所述的一种探究越流系统中粘土阻滞作用的模拟装置，其特征在于：所述的供水筒包括中间筒体，所述中间筒体的两端分别设置有封板，且所述的封板通过第一拉杆和锁紧螺母被压紧在所述中间筒体的端面上。
5.根据权利要求4所述的一种探究越流系统中粘土阻滞作用的模拟装置，其特征在于：所述封板的内侧面上设置有呈圆环状的凹槽，所述的凹槽内设置有密封圈，所述中间筒体的上、下两端分别插入所述的凹槽内并压紧在所述的密封圈上。
6.根据权利要求1所述的一种探究越流系统中粘土阻滞作用的模拟装置，其特征在于：所述的第三渗流柱和第四渗流柱结构相同，从下往上依次包括底座、渗流筒和压盖，且所述的底座和压盖分别通过第二拉杆和锁紧螺母被压紧在所述渗流筒的下、上两端。
7.根据权利要求6所述的一种探究越流系统中粘土阻滞作用的模拟装置，其特征在于：所述渗流筒的内径为110mm,所述上部上水石和下部上水石的厚度均为20mm，所述试验土样的厚度为100mm。
8.根据权利要求1所述的一种探究越流系统中粘土阻滞作用的模拟装置，其特征在于：所述第一渗流柱和第二渗流柱的直径均为200mm，高度均为1000mm，所述第一采样管距第一渗流柱上端的距离为900mm，所述第二采样管距第二渗流柱上端的距离为900mm。
9.一种探究越流系统中粘土阻滞作用的模拟方法，其特征在于：包括以下步骤，
第一步，制备供试水样和渗流介质；
a1、将石英砂过筛至粒径<0.2cm后，对石英砂用蒸馏水冲洗、烘干、称重，然后将烘干后的石英砂均匀的装填到第一渗流柱和第二渗流柱内并塞紧橡胶塞；
a2、将原状土样外壁泥浆刮干净，用环刀切取原状土样，得到试验土样，并测量试验土样的直径、高度、理化性质及计算渗透系数K0与孔隙率e0；
a3、将下部上水石放置在第三渗流柱底部；
a4、将玻璃胶涂在试验土样外壁和第三渗流柱的内壁上，并将试样土样放入第三渗流柱内，然后在试验土样的上方放置上部上水石；
a5、重复步骤a3- a4的操作，对第四渗流柱进行装填；
a6、将装填好的第三渗流柱和第四渗流柱静置7~14天，然后分别锁紧压盖；
a7、用0.45um微孔滤膜对咸水和淡水进行过滤除杂；
第二步，测定第一渗流柱和所述第二渗流柱的高度及内径，并组装；
第三步，测定第一供水箱内的咸水以及第二供水箱内的淡水的电导率、温度、PH以及硝酸根、硫酸根、氯离子、重碳酸根、钠离子、钙离子、镁离子的离子浓度，并记录；
第四步，打开第一管道的阀门，直至第一渗流柱达到饱和状态，然后打开第二管道的阀门，直至第二渗流柱达到饱和状态；
第五步，向压力供水器的给水部供水；
b1、打开排气管和第五出水管道上的阀门，然后向给水部一侧推动承压推杆，直至承压推盘贴紧压力供水器的供水筒的上端面；
b2、关闭第五出水管道上的阀门，打开第一管道上的阀门和用于控制第一出水口通断的阀门，然后向供气部一侧拉动承压推杆，直至承压推盘贴紧压力供水器的供水筒的下端面；
b3、关闭第一管道上的阀门和用于控制第一出水口通断的阀门，打开第五出水管道上的阀门，然后向给水部一侧推动承压推杆，直至第五出水管道出水为止；
b4、重复步骤b2-b3的操作三次，然后关闭第五出水管道上的阀门和排气管上的阀门；
第六步，恒压实验；
c1、将供气管道上减压阀的压力调整到0.15 MPa；
c2、打开供气瓶的阀门，打开第一采样管、第三采样管和第四采样管上的阀门，待第一采样管、第三采样管和第四采样管出水后，每隔6小时通过量筒上的刻度读取渗出水的体积，并测定渗出水的电导率、温度、PH值以及硝酸根、硫酸根、氯离子、重碳酸根、钠离子、钙离子、镁离子、钾离子的离子浓度，并记录，直至渗出水的电导率均达到稳定状态，然后关闭供气瓶阀门，以及第一采样管、第三采样管和第四采样管上的阀门；
c3、将供气管道上减压阀的压力调整到0.25 MPa，并重复步骤c2的操作；
c4、将供气管道上减压阀的压力调整到0.35 MPa，并重复步骤c2的操作；
c5、将供气管道上减压阀的压力调整到0.5 MPa，并重复步骤c2的操作；
c6、将供气管道上减压阀的压力调整到1 MPa，并重复步骤c2的操作；
c7、将供气管道上减压阀的压力调整到1.6 MPa，并重复步骤c2的操作；
c8、将供气管道上减压阀的压力调整到2MPa，并重复步骤c2的操作；
第七步，模拟丰水期的微咸水驱替咸水过程；
d1、打开排气管和第一出水管道上的阀门，然后向给水部一侧推动承压推杆，直至承压推盘贴紧压力供水器的供水筒的上端面；
d2、关闭第一出水管道上的阀门，打开第一管道上的阀门和用于控制第一出水口通断的阀门，然后向供气部一侧拉动承压推杆，直至供水筒的端面与第一承压推杆上的中间刻度对齐，然后关闭第一管道上的阀门和用于控制第一出水口通断的阀门，打开第二管道上的阀门和用于控制第二出水口通断的阀门，继续向供气部一侧拉动承压推杆，直至承压推盘贴紧压力供水器的供水筒的下端面；
d3、关闭第二管道上的阀门和用于控制第二出水口通断的阀门，打开第五出水管道上的阀门，然后向给水部一侧推动承压推杆，直至第五出水管道出水，然后关闭第五出水管道上的阀门；
d4、将供气管道上减压阀的压力调整到1.6 MPa，然后打开供气瓶的阀门，以及第三采样管和第四采样管上的阀门；
d5、打开第五出水管道上的阀门进行采样，并测定水样的电导率、温度、PH值以及硝酸根、硫酸根、氯离子、重碳酸根、钠离子、钙离子、镁离子、钾离子的离子浓度，采样结束后关闭第五出水管道上的阀门；
d6、通过放置在第三采样管和第四采样管下方的量筒上的刻度读取渗出水的体积，并测定渗出水的电导率、温度、PH值以及硝酸根、硫酸根、氯离子、重碳酸根、钠离子、钙离子、镁离子、钾离子的离子浓度，并记录；
d7、每隔6小时重复一次步骤d5-d6的操作，直至渗出水的电导率均达到稳定状态，然后关闭供气瓶阀门，以及第三采样管和第四采样管上的阀门；
第八步，模拟丰水期的淡水驱替微咸水过程；
e1、打开排气管和第五出水管道上的阀门，然后向给水部一侧推动承压推杆，直至承压推盘贴紧压力供水器的供水筒的上端面，然后关闭第五出水管道上的阀门；
e2、打开第二管道上的阀门和用于控制第二出水口通断的阀门，然后向供气部一侧拉动承压推杆，直至承压推盘贴紧压力供水器的供水筒的下端面；
e3、关闭第二管道上的阀门和用于控制第二出水口通断的阀门，打开第二出水管道上的阀门，然后向给水部一侧推动承压推杆，直至第二出水管道出水为止，然后关闭第二出水管道上的阀门；
e4、重复步骤e2-e3的操作三次，然后关闭排气管上的阀门；
e5、将供气管道上减压阀的压力调整到1.6 MPa；
e6、打开供气瓶的阀门，打开第二采样管、第三采样管和第四采样管上的阀门，待第三采样管和第四采样管出水后，每隔6小时通过量筒上的刻度读取渗出水的体积，并测定渗出水的电导率、温度、PH值以及硝酸根、硫酸根、氯离子、重碳酸根、钠离子、钙离子、镁离子、钾离子的离子浓度，并记录，直至渗出水的电导率均达到稳定状态，然后关闭供气瓶阀门，以及第二采样管、第三采样管和第四采样管上的阀门；
第九步，模拟枯水期的咸水驱替淡水过程；
f1、打开排气管和第二出水管道上的阀门，然后向给水部一侧推动承压推杆，直至承压推盘贴紧压力供水器的供水筒的上端面，然后关闭第二出水管道上的阀门；
f2、打开第一管道上的阀门和用于控制第一出水口通断的阀门，然后向供气部一侧拉动承压推杆，直至承压推盘贴紧压力供水器的供水筒的下端面；
f3、关闭第一管道上的阀门和用于控制第一出水口通断的阀门，打开第一出水管道上的阀门，然后向给水部一侧推动承压推杆，直至第一出水管道出水为止，然后关闭第一出水管道上的阀门；
f4、重复步骤f2-f3的操作三次，然后关闭排气管上的阀门；
f5、将供气管道上减压阀的压力调整到1.6 MPa；
f6、打开供气瓶的阀门，打开第一采样管、第三采样管和第四采样管上的阀门，待第三采样管和第四采样管出水后，每隔6小时通过量筒上的刻度读取渗出水的体积，并测定渗出水的电导率、温度、PH值以及硝酸根、硫酸根、氯离子、重碳酸根、钠离子、钙离子、镁离子、钾离子的离子浓度，并记录，直至渗出水的电导率均达到稳定状态，然后关闭供气瓶阀门，以及第一采样管、第三采样管和第四采样管上的阀门；
第十步，取出试验土样，并根据土工试验法测试此时试验土样其渗透系数K1和孔隙率e1，然后根据室内吸附等温实验法测定试验土样的分配系数Kd。
10.根据权利要求9所述的一种探究越流系统中粘土阻滞作用的模拟方法，其特征在于：在步骤c1、c3、c4、c5中，在对减压阀的压力进行调整时，以0.02MPa为单位逐级进行调整，且每次调整间隔1-2小时，在步骤c6、c7、c8、d4、e5、f5中，在对减压阀的压力进行调整时，以0.1MPa为单位逐级进行调整，且每次调整间隔1-2小时。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811112285.2A CN108922358B (zh) | 2018-09-20 | 2018-09-20 | 一种探究越流系统中粘土阻滞作用的模拟装置及方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811112285.2A CN108922358B (zh) | 2018-09-20 | 2018-09-20 | 一种探究越流系统中粘土阻滞作用的模拟装置及方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN108922358A CN108922358A (zh) | 2018-11-30 |
| CN108922358B true CN108922358B (zh) | 2023-05-26 |
Family
ID=64408707
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201811112285.2A Active CN108922358B (zh) | 2018-09-20 | 2018-09-20 | 一种探究越流系统中粘土阻滞作用的模拟装置及方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN108922358B (zh) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110618254B (zh) * | 2019-10-22 | 2021-11-23 | 中铁七局集团第三工程有限公司 | 一种用于测量盐渍土溶陷性的试验装置 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07198583A (ja) * | 1993-12-28 | 1995-08-01 | Chuo Kaihatsu Kk | 透水性測定装置並びにこれを使用する透水性測定方法 |
| CN105405347A (zh) * | 2015-12-30 | 2016-03-16 | 济南大学 | 一种内陆含水系统咸淡水交互驱替模拟装置及模拟方法 |
| CN105427730A (zh) * | 2015-12-30 | 2016-03-23 | 济南大学 | 一种岩溶区天窗越流系统模拟装置及模拟方法 |
| WO2017121357A1 (zh) * | 2016-01-13 | 2017-07-20 | 长沙理工大学 | 一种沥青路面孔隙水压力模拟测试装置及方法 |
| WO2017128479A1 (zh) * | 2016-01-25 | 2017-08-03 | 中国矿业大学 | 岩石全自动气体渗透率测试系统及测算方法 |
| CN108344631A (zh) * | 2018-04-03 | 2018-07-31 | 三峡大学 | 一种用于测量渗流侵蚀的实验装置及其测量方法 |
-
2018
- 2018-09-20 CN CN201811112285.2A patent/CN108922358B/zh active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07198583A (ja) * | 1993-12-28 | 1995-08-01 | Chuo Kaihatsu Kk | 透水性測定装置並びにこれを使用する透水性測定方法 |
| CN105405347A (zh) * | 2015-12-30 | 2016-03-16 | 济南大学 | 一种内陆含水系统咸淡水交互驱替模拟装置及模拟方法 |
| CN105427730A (zh) * | 2015-12-30 | 2016-03-23 | 济南大学 | 一种岩溶区天窗越流系统模拟装置及模拟方法 |
| WO2017121357A1 (zh) * | 2016-01-13 | 2017-07-20 | 长沙理工大学 | 一种沥青路面孔隙水压力模拟测试装置及方法 |
| WO2017128479A1 (zh) * | 2016-01-25 | 2017-08-03 | 中国矿业大学 | 岩石全自动气体渗透率测试系统及测算方法 |
| CN108344631A (zh) * | 2018-04-03 | 2018-07-31 | 三峡大学 | 一种用于测量渗流侵蚀的实验装置及其测量方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN108922358A (zh) | 2018-11-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Ghanizadeh et al. | Experimental study of fluid transport processes in the matrix system of the European organic-rich shales: I. Scandinavian Alum Shale | |
| CN110672497A (zh) | 一种多功能渗透管涌测试仪 | |
| Sausse et al. | Evolution of crack permeability during fluid–rock interaction. Example of the Brezouard granite (Vosges, France) | |
| CN102120161B (zh) | 沉积物中扩散型水合物生成过程实验模拟系统及实验方法 | |
| CN106525526B (zh) | 一种含瓦斯原煤高压注水及径向瓦斯渗透率的测定方法 | |
| CN111579454B (zh) | 模拟砂土内细颗粒水平渗流侵蚀的试验装置及试验方法 | |
| CN104100257A (zh) | 高温高压微观可视化地层渗流模拟实验装置及方法 | |
| Rice et al. | Anisotropic permeability in porous media | |
| CN210293616U (zh) | 地表水与地下水交互作用的实验装置 | |
| CN108801879B (zh) | 一种页岩基质颗粒孔隙率和渗透率一体化测量系统及方法 | |
| Cui et al. | Investigation on gas migration in saturated bentonite using the residual capillary pressure technique with consideration of temperature | |
| CN105092450A (zh) | 一种低渗透性饱和粘土渗透测定仪及测试方法 | |
| Manca | Hydro-chemo-mechanical characterisation of sand/bentonite mixtures: with a focus on the water and gas transport properties | |
| Šperl et al. | Permeability and porosity of rocks and their relationship based on laboratory testing | |
| CN108922358B (zh) | 一种探究越流系统中粘土阻滞作用的模拟装置及方法 | |
| Mahmoud | Effect of gas adsorption on the estimation of gas in place (GIP) in conventional and unconventional reservoirs | |
| Rahmouni et al. | Relationships between porosity and permeability of calcarenite rocks based on laboratory measurements | |
| Pla et al. | A comparison of experimental methods for measuring water permeability of porous building rocks | |
| CN113029910B (zh) | 与岩石渗流实时成像系统配合使用的岩芯夹持器及其方法 | |
| CN108181149A (zh) | 一种含气土的制备装置及方法 | |
| CN209087248U (zh) | 一种探究越流系统中粘土阻滞作用的模拟装置 | |
| Chen et al. | Binary gas diffusion of methane‐nitrogen through porous solids | |
| CN111947883A (zh) | 地表水与地下水交互作用的实验装置 | |
| CN214539148U (zh) | 一种与岩石渗流实时成像系统配合使用的岩芯夹持器 | |
| Toker | Improvements and reliability of MIT tensiometers and studies on soil moisture characteristic curves |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |