CN109142681A - 一种可控恒温可测电导率的新型土柱试验装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可控恒温可测电导率的新型土柱试验装置：包括控温系统、可拆卸土柱柱体和电导率测量与数据采集系统；控温系统包括可控恒温装置、保温柱、温度传感器；可拆卸土柱柱体包括多节土柱、上端卡板、卡棍、下端卡板、取样口、土柱进液口、土柱出液口，每节土柱均设有独立的取样口，若干节土柱经法兰盘连接后通过肋板卡在上、下端卡板的卡槽内，上、下端卡板通过卡棍固定，土柱的底部和顶部分别设有进液口和出液口；电导率测量与数据采集系统中，四电极片设置在土柱内壁上，通过电极线与电导率数据采集系统相连。本发明能够在短期内实现不同环境温度下的土柱淋滤试验，试验后土样可分节完整取出，采用电导率分析试验结果更方便准确。

Description

一种可控恒温可测电导率的新型土柱试验装置
技术领域
本发明一种可控恒温可测电导率的新型土柱试验装置，属于岩土工程试验技术领域。
背景技术
近年来，随着工业的快速发展，地下水受到不同程度的污染，严重影响生态环境的安全和健康。可渗透反应墙（PRB）可用于原位修复受污染的地下水，而土柱淋滤实验是研究PRB墙体材料的动态吸附性能的有效手段之一，能很大程度上客观的出反应流水状态下吸附材料对污染物质的吸附容量和阻滞能力，对环境风险评价具有重要的参考价值。而且，地下水中离子的迁移规律也是研究的热点与难点。
目前，实验室常规土柱淋滤试验装置存在以下问题：
（1）常规的土柱淋滤试验装置只能得到当前环境温度下的淋滤结果，不能够短期内得到不同环境温度下的淋滤结果；且淋滤环境的温度对吸附材料的吸附效果有极大的影响，当实验室温度与地下水环境实际温度差异过大时，会使试验数据失去代表性。
（2）常规的土柱淋滤试验装置获得溶质通过土柱的穿透曲线时，并未将直观的淋滤结果与其他参数结合进行分析，只单纯的研究淋滤液的浓度、体积等，需要消耗大量的样品来进行化学分析，在处理和分析过程中需要消耗大量的时间和精力；土柱的电导率受环境温度、溶质浓度等因素的影响较大，常规四电极片沿土柱内壁横向设置，四电极片的纵向与土柱的纵向垂直，每个电极片沿土柱纵向所处位置不同，接触到的溶质浓度就不同，因此很大程度上降低了电导率数据的准确性和可靠性。
（3）常规的土柱淋滤试验装置在淋滤试验结束后，土柱中土体试样的取出工作十分困难，难以获得淋滤后的土样结构，难以准确地对比土柱不同位置处的淋滤结果；同时由于长径比过大，土柱柱体的清理工作比较困难，会影响下一阶段的试验进程。
发明内容
本发明提供一种可控恒温可测电导率的新型土柱试验装置，克服了现有技术存在的不足，提供了能在短期内实现不同环境温度的可控恒温可测电导率的新型土柱试验装置。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种可控恒温可测电导率的新型土柱试验装置，包括控温系统、可拆卸土柱柱体和电导率测量与数据采集系统；控温系统用于向可拆卸土柱柱体提供可控的恒温环境；可拆卸土柱柱体包括多节土柱、上端卡板、卡棍、下端卡板、取样口、土柱进液口、土柱出液口；相邻的土柱之间通过法兰盘连接，每节土柱均设有独立的取样口，若干节土柱连接在一起后由其顶部和底部的肋板分别卡在上端卡板和下端卡板的卡槽内，上端卡板和下端卡板之间通过卡棍固定，土柱的底部设有土柱进液口，土柱的顶部设有土柱出液口；电导率测量与数据采集系统包括四电极片和温度及电导率数据采集系统，四电极片设置在土柱的内壁上，通过电极线与温度及电导率数据采集系统相连。
进一步，所述控温系统包括可控恒温装置、保温柱和温度传感器；保温柱为空心圆柱筒，保温柱的底端设有恒温液体进液口，顶端设有恒温液体出液口，保温柱柱体均匀分布有保温柱取样管出口，通过取样管与取样口相连通，保温柱柱体均匀分布有温度传感器，通过传感线与温度及电导率数据采集系统相连接，可控恒温装置通过保温管与保温柱相连通。
进一步，所述土柱为空心圆柱体，内径为30—200mm，单节长度为50—240mm。
进一步，所述可拆卸土柱柱体还包括布水板，布水板分别设置在所述土柱的顶端和底部。
进一步，所述保温柱为空心圆柱体，内径为60—400mm。
进一步，还包括蠕动泵，蠕动泵通过管道与所述土柱进液口相连通。
进一步，所述布水板沿圆心设有多条环形凹槽和米字形凹槽。
进一步，所述四电极片包括沿所述土柱内壁竖直设置的两个电压极和两个电流极，两个电流极分别设置在两个电压极的两侧。
进一步，所述土柱的数量至少为三节。
进一步，所述卡棍的数量为4个，沿所述土柱的四周均匀环绕分布。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
1、本发明采用控温系统，可实现不同环境温度下的土柱淋滤试验，可在短期内得到不同实际环境需求温度下的土柱淋滤结果，填补了土柱淋滤试验在考虑温度变化上的空白。
2、本发明可通过在土柱内壁上设置四电极片来获得不同时刻不同位置处土柱的电导率，从而获得溶质通过多孔介质运动代表的穿透曲线。四电极片沿土柱内壁纵向均匀设置，四电极片贴合内壁减小了外界因素对土样的扰动，四电极片沿纵向设置保证了电极片测到的电导率为同一溶质浓度处土柱的电导率，减小溶质浓度对土柱电导率的影响，使电导率数据更加准确；且在土柱不同位置处设置电极，可测定土柱不同位置的电导率参数，便于试验数据的相互验证和溶质运移参数的计算，较好地解决了淋滤过程中同步监测土柱电导率的难度和精度。
3、本发明装置将土柱柱体在纵向上分节，减小长径比，土柱柱体高度可控制，按试验所需选取土柱节数；由于单节土柱纵向高度较小，待淋滤试验结束后，土柱柱体可分节完整取出，不会影响土柱不同部位土样的微观试验，且土柱的清理工作容易进行，不会影响下一阶段的试验进程。
4、本发明操作简单，精确度高，可进行批量生产，便于大规模的推广和应用。
附图说明
图1为本发明实施例的结构示意图。
图2为本发明实施例A-A处的剖面图。
图3为本发明实施例B-B处的剖面图。
图4为本发明实施例C-C处剖面的内部结构示意图。
图中，1--上端卡板，2--卡棍，3--保温柱，4--土柱，5--四电极片，5-a--电压极，5-b--电流极，6--肋板，7--下端卡板，8--螺栓，9--恒温液体进液口，10--阀门，11--土柱进液口，12--蠕动泵，13--温度及电导率数据采集系统，14—温度传感器，15--保温柱取样管出口，16--取样口，17--法兰盘，18—传感线，19--电极线，20--取样管，21--恒温液体，22--过滤层，23--土柱出液口，24--布水板，25--恒温液体出液口，26--保温管，27--可控恒温装置，28--压力泵。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的说明。
如图1-图4所示，本发明一种可控恒温可测电导率的新型土柱试验装置，包括控温系统、可拆卸土柱柱体和电导率测量与数据采集系统；控温系统用于向可拆卸土柱柱体提供可控的恒温环境；可拆卸土柱柱体包括多节土柱4、上端卡板1、卡棍2、下端卡板7、取样口16、土柱进液口11、土柱出液口23；相邻的土柱4之间通过法兰盘17连接，每节土柱4均设有独立的取样口16，若干节土柱4连接在一起后由其顶部和底部的肋板6分别卡在上端卡板1和下端卡板7的卡槽内，上端卡板1和下端卡板7之间通过卡棍2固定，土柱4的底部设有土柱进液口11，土柱的顶部设有土柱出液口23；电导率测量与数据采集系统包括四电极片5和温度及电导率数据采集系统13，四电极片5设置在土柱4的内壁上，通过电极线19与温度及电导率数据采集系统13相连。蠕动泵12通过管道与土柱进液口11相连通。
控温系统包括可控恒温装置27、保温柱3和温度传感器14。保温柱3为空心圆柱筒，保温柱3的底端设有恒温液体进液口9，顶端设有恒温液体出液口25，保温柱柱体均匀分布保温柱取样管出口15，通过取样管20与取样口16相连通，保温柱3柱体均匀分布有温度传感器14，通过传感线18与温度及电导率数据采集系统13相连接，可控恒温装置27通过保温管26与保温柱3相连通。
土柱4的数量为三节。土柱4为空心圆柱体，内径为30—200mm，单节长度为50—240mm。保温柱3的内径为60—400mm。每个土柱4内均设有四电极片5，四电极片5包括沿土柱4内壁纵向竖直设置的两个电压极5-a和两个电流极5-b，两个电流极5-b分别设置在两个电压极5-a的两侧。
可拆卸土柱柱体还包括布水板24，布水板24分别设置在土柱4的顶端和底部。布水板24沿圆心设有多条环形凹槽和米字形凹槽，便于溶液的分散和集中；且各个连接扣件在连接位置处均贴有密封贴。卡棍2的数量为4个，沿土柱4的四周均匀环绕分布。
本发明在使用时，四电极片5在各节土柱中已安装到位，四电极片纵向与土柱纵向一致，先将设置有肋板6的土柱卡在下端卡板7的卡槽内，依次安置布水板24、过滤层22；逐节安装土柱4直至达到试验所需高度，并用法兰盘17进行紧固连接，土柱顶端同样安装一节有肋板的土柱即将卡在上端卡板1的卡槽内，将试验所需材料在土柱柱体中放置到位，并在试验材料上依次安置过滤层22、布水板24；安装保温柱柱体，将各个取样管20、电极线19、传感线18、温度及电导率数据采集系统13等安装到位，并进行密封处理；安装上端卡板1，安装卡棍2，用螺栓10拧紧。可控恒温装置27设定温度且待保温液体达到试验需求的温度时，由恒温液体进液口9缓慢将恒温液体21加入保温柱体3，注满。待土柱温度恒定后，开启蠕动泵12，向土柱4内输送试液，由土柱进液口11进入土柱柱体，并由土柱出液口23流出土柱柱体，由收集装置收集。温度及电导率数据采集系统由通道选择器、LCR测试仪、温度数据采集卡以及计算机组合而成。
本发明可以由温度及电导率数据采集系统13监测的温度数据使可控恒温装置27对恒温液体21的温度进行调整；打开压力泵28，使得恒温液体21通过保温管26在保温柱3与可控恒温装置27之间循环流动，来保证温度的恒定。试液通过蠕动泵12由土柱进液口11进入土柱柱体，淋滤液由土柱出液口23流出被收集。温度及电导率数据采集系统13可以同时获得土柱不同位置的电导率参数，并且可根据试验需要从保温柱取样管出口15伸出的取样管20获得淋滤过程中土柱不同位置处的淋滤液。本发明装置所有结构的材料均严格采用不会与被测液体发生反应或被其腐蚀的材料。
应当说明的是，尽管已经参照其示例性实施例具体显示和描述了本发明，但是本领域的技术人员应该理解，在不脱离权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下，对其进行形式和细节上的各种改变，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种可控恒温可测电导率的新型土柱试验装置，其特征在于：包括控温系统、可拆卸土柱柱体和电导率测量与数据采集系统；控温系统用于向可拆卸土柱柱体提供可控的恒温环境；可拆卸土柱柱体包括多节土柱（4）、上端卡板（1）、卡棍（2）、下端卡板（7）、取样口（16）、土柱进液口（11）、土柱出液口（23）；相邻的土柱（4）之间通过法兰盘（17）连接，每节土柱（4）均设有独立的取样口（16），若干节土柱（4）连接在一起后通过其顶部和底部的肋板（6）分别卡在上端卡板（1）和下端卡板（7）的卡槽内，上端卡板（1）和下端卡板（7）之间通过卡棍（2）固定，土柱（4）的底部设有土柱进液口（11），土柱的顶部设有土柱出液口（23）；电导率测量与数据采集系统包括四电极片（5）和温度及电导率数据采集系统（13），四电极片（5）设置在土柱（4）的内壁上，通过电极线（19）与温度及电导率数据采集系统（13）相连。
2.根据权利要求1所述的一种可控恒温可测电导率的新型土柱试验装置，其特征在于：所述控温系统包括可控恒温装置（27）、保温柱（3）和温度传感器（14）；保温柱（3）为空心圆柱筒，保温柱（3）的底端设有恒温液体进液口（9），顶端设有恒温液体出液口（25），保温柱（3）柱体均匀分布有保温柱取样管出口（15），通过取样管（20）与取样口（16）相连通，保温柱（3）柱体均匀分布有温度传感器（14），通过传感线（18）与温度及电导率数据采集系统（13）相连接，可控恒温装置（27）通过保温管（26）与保温柱（3）相连通。
3.根据权利要求1所述的一种可控恒温可测电导率的新型土柱试验装置，其特征在于：所述土柱（4）为空心圆柱体，内径为30—200mm，单节长度为50—240mm。
4.根据权利要求1所述的一种可控恒温可测电导率的新型土柱试验装置，其特征在于：所述可拆卸土柱柱体还包括布水板（24），布水板（24）分别设置在所述土柱（4）的顶端和底部。
5.根据权利要求2所述的一种可控恒温可测电导率的新型土柱试验装置，其特征在于：所述保温柱（3）为空心圆柱体，内径为60—400mm。
6.根据权利要求1所述的一种可控恒温可测电导率的新型土柱试验装置，其特征在于：还包括蠕动泵（12），蠕动泵（12）通过管道与所述土柱进液口（11）相连通。
7.根据权利要求4所述的一种可控恒温可测电导率的新型土柱试验装置，其特征在于：所述布水板（24）沿圆心设有多条环形凹槽和米字形凹槽。
8.根据权利要求1所述的一种可控恒温可测电导率的新型土柱试验装置，其特征在于：所述四电极片（5）包括沿所述土柱（4）内壁纵向竖直设置的两个电压极（5-a）和两个电流极（5-b），两个电流极（5-b）分别设置在两个电压极（5-a）的两侧。
9.根据权利要求1所述的一种可控恒温可测电导率的新型土柱试验装置，其特征在于：所述土柱（4）的数量至少为三节。
10.根据权利要求1所述的一种可控恒温可测电导率的新型土柱试验装置，其特征在于：所述卡棍（2）的数量为4个，沿所述土柱（4）的四周均匀环绕分布。
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