CN109632596B - 一种测定黏土膜性能的试验系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种测定黏土膜性能的试验装置，包括：渗透液输入系统、渗透发生系统、数据采集系统、渗透液排出系统；其中，渗透液经渗透液输入系统从盐溶液盛放瓶和去离子水盛放瓶中输送到渗透发生系统的试验土样两端，在土样两端形成渗透压差，发生渗透作用后进行收集，由压差传感器测得两端压力差，计算得出表征黏土膜性能的参数。
Description
技术领域
本发明属于地下水渗流技术领域，尤其涉及一种测定黏土膜性能的试验系统。
背景技术
黏土的半透膜效应在工程地质，环境地质等方面的应用得到越来越广泛的重视，但国内对于黏土半透膜效应的研究还相对较少，相关试验尚未完全展开。目前国外进行膜性能试验所采用的试验设备主要存在着以下几点问题：1.试样容器尺度小，所得结果无法直接指导工程应用(国外试验最厚土样仅为4cm)。2.部分试验试样容器未封闭，渗透液与大气连接，导致试验结果不准确。3.渗透试验过程中未考虑浓差极化现象，即溶液离子堆积在土样表面导致溶液离子通过率降低从而试验结果不准确。4.常采用低流量齿轮泵，无多通道功能，实验效率较低。5.部分试验装置输入，排出溶液循环利用，未考虑试验过程中溶液浓度的降低。6.数据采集较麻烦，无法同时提取多组实验数据。
发明内容
为了消除上述试验装置的缺陷，降低现有装置的误差，本发明提供一种测定黏土膜性能的试验系统，具有试验尺度广，试验效率高，试验误差小特点，可以满足不同尺度试验样品，多种影响因素共同作用下的黏土膜性能参数的测定。
为满足上述需求，采用如下的技术方案：
一种测定黏土膜性能的试验系统，包括：渗透液输入系统、渗透发生系统、数据采集系统、渗透液排出系统，其中，
渗透液输入系统包括：盐溶液盛放瓶、去离子水盛放瓶、第一多通道蠕动泵、第二多通道蠕动泵、多个第一塑料软管、多个第二塑料软管、多个第三塑料软管、多个第四塑料软管、多个第一塑料软管口径转换接头、多个第二塑料软管口径转换接头，第一塑料软管的直径比第二塑料软管的直径小，第三塑料软管的直径比第四塑料软管的直径小；其中，盐溶液盛放瓶连接多个第一塑料软管，多个第一塑料软管分别通过第一多通道蠕动泵连接对应的第一塑料软管口径转换接头，多个第一塑料软管口径转换接头连接对应的第二塑料软管，多个第二塑料软管连接渗透发生系统；去离子水瓶连接多个第三塑料软管，多个第三塑料软管分别通过第二多通道蠕动泵连接对应的第二塑料软管口径转换接头，多个第二塑料软管口径转换接头连接对应的第四塑料软管，多个第四塑料软管分别连接渗透发生系统；
渗透发生系统包括：盛放10/30/50cm厚的试验土样的刚性壁圆筒、刚性上盖、刚性下盖、多个第五塑料软管、多个第六塑料软管；其中，刚性上盖具有多个第一接口和多个第二接口，多个第一接口分别与渗透液输入系统中对应的第二塑料软管连接；多个第二接口分别连接对应的第五塑料软管；刚性下盖具有多个第三接口和多个第四接口，多个第三接口分别与渗透液输入系统中第四塑料软管连接，多个第四接口分别连接对应的第六塑料软管；刚性壁圆筒通过四个螺栓与刚性上下盖密封栓紧，刚性壁圆筒内从下至上依次放入第一透水石、第一滤纸、试验土样、第二透水石、第二滤纸；
数据采集系统包括：多个压差传感器、多通道微电脑记录仪、多个第一三向通流接头、多个第二三向通流接头；第一三向通流接头具有第一出口、第二出口、第三出口，第二三向通流接头具有第一出口、第二出口、第三出口；其中，多个第五塑料软管分别与对应的第一三向通流接头的第一出口连接，所述对应的第一三向通流接头的第二出口与对应的压差传感器的高压端相接，所述对应的第一三向通流接头的第三出口与渗透液排出系统连接；多个的第六塑料软管分别与对应的第二三向通流接头的第一出口连接，所述对应的第二三向通流接头的第二出口与对应的压差传感器的低压端相接，所述对应的第二三向通流接头的第三出口与渗透液排出系统连接；多个压差传感器分别与多通道微电脑记录仪连接；
渗透液排出系统包括：盐溶液接收瓶、去离子水接收瓶；其中，盐溶液接收瓶与多个第一三向通流接头的第三出口连接；去离子水接收瓶与多个第二三向通流接头的第三出口连接。
作为优选，第一多通道型蠕动泵和第二多通道型蠕动泵分别为多通道型OEM蠕动泵。
本发明的有益效果是：
1、试验精度高。考虑了一些目前其他试验系统置所没有考虑到的问题，如浓差极化现象优化了试验发生环境，消除了一些无关变量，降低了其他因素对试验结果的干扰，使得试验结果可靠精确。
2、试样尺度可调节。针对目前国外试验只做到4cm厚度，无法对实际工程应用做出指导的情况，本发明的土样渗透仪尺度可根据不同尺度情况进行定制，满足不同工况，不同土样试验要求。
3、试验效率高。采用的多通道型蠕动泵，可同时平行进行多组渗透试验，数据采集系统可以实时对各组进行监控，各组试验又相对独立，方便进行试验相关参数的调节。
综上，本发明试验系统为适用范围较广的一套黏土膜性能试验系统，可用于多变量影响下，不同土样的膜性能参数的测定。
附图说明
图1为本发明的测定黏土膜性能的试验装置。
具体实施方式
如图1所示，本发明提供一种测定黏土膜性能的试验系统，包括：渗透液输入系统、渗透发生系统、数据采集系统、渗透液排出系统，其中，
渗透液输入系统包括：盐溶液盛放瓶、去离子水盛放瓶、第一多通道OEM蠕动泵、第二多通道OEM蠕动泵、多个第一塑料软管、多个第二塑料软管、多个第三塑料软管、多个第四塑料软管、多个第一塑料软管口径转换接头、多个第二塑料软管口径转换接头，第一塑料软管的直径比第二塑料软管的直径小，第三塑料软管的直径比第四塑料软管的直径小；其中，
盐溶液盛放瓶连接多个第一塑料软管，多个第一塑料软管分别通过第一多通道OEM蠕动泵连接对应的第一塑料软管口径转换接头，多个第一塑料软管口径转换接头连接对应的第二塑料软管，多个第二塑料软管连接渗透发生系统；去离子水瓶连接多个第三塑料软管，多个第三塑料软管分别通过第二多通道OEM蠕动泵连接对应的第二塑料软管口径转换接头，多个第二塑料软管口径转换接头连接对应的第四塑料软管，多个第四塑料软管分别连接渗透发生系统。
渗透发生系统包括：盛放10/30/50cm厚的试验土样的刚性壁圆筒、刚性上盖、刚性下盖、多个第五塑料软管、多个第六塑料软管；其中，刚性上盖具有多个第一接口和多个第二接口，多个第一接口分别与渗透液输入系统中对应的第二塑料软管连接；多个第二接口分别连接对应的第五塑料软管；刚性下盖具有多个第三接口和多个第四接口，多个第三接口分别与渗透液输入系统中第四塑料软管连接，多个第四接口分别连接对应的第六塑料软管；刚性壁圆筒通过四个螺栓与刚性上下盖密封栓紧，刚性壁圆筒内从下至上依次放入第一透水石、第一滤纸、试验土样、第二透水石、第二滤纸。
数据采集系统包括：多个压差传感器、多通道微电脑记录仪、多个第一三向通流接头、多个第二三向通流接头；第一三向通流接头具有第一出口、第二出口、第三出口，第二三向通流接头具有第一出口、第二出口、第三出口；其中，
多个第五塑料软管分别与对应的第一三向通流接头的第一出口连接，所述对应的第一三向通流接头的第二出口与对应的压差传感器的高压端相接，所述对应的第一三向通流接头的第三出口与渗透液排出系统连接；多个的第六塑料软管分别与对应的第二三向通流接头的第一出口连接，所述对应的第二三向通流接头的第二出口与对应的压差传感器的低压端相接，所述对应的第二三向通流接头的第三出口与渗透液排出系统连接；多个压差传感器分别与多通道微电脑记录仪连接。
渗透液排出系统包括：盐溶液接收瓶、去离子水接收瓶；其中，盐溶液接收瓶与多个第一三向通流接头的第三出口连接；去离子水接收瓶与多个第二三向通流接头的第三出口连接。
采用本发明的技术方案，渗透液(盐溶液和去离子水)经渗透液输入系统从盐溶液盛放瓶和去离子水盛放瓶中输送到渗透发生系统的试验土样两端，在土样两端形成渗透压差，发生渗透作用后进行收集，由压差传感器测得两端压力差，计算得出表征黏土膜性能的参数。
对于渗透液输入排出系统说明如下：
盛放输入和排出渗透液的溶液瓶采取较大容量的半封闭溶液瓶，为长时间的试验过程提供了条件之外，还方便了溶液浓度的调整以及溶液的更换。在以往的部分试验中，输入和排出的渗透液用同一溶液瓶盛装并循环利用，这种方式会导致土样两侧渗透液浓度不断变化从而引起试验结果的不准确，因而本发明试验装置将输入和排出的溶液瓶分置以提高试验精度。溶液输入和排出的动力来源于多通道型 OEM蠕动泵，该蠕动泵的速度可调，其效果是保证试验土样上方和下方的渗透液以恒定的速率流动。借助这种方式，可以消除溶液静止渗透时产生的浓差极化现象，从而降低试验带来的误差。在以往的土工膜性能试验中，常常没有考虑浓差极化带来的对黏土膜性能的影响，事实证明浓差极化对黏土膜性能的影响是不可忽视的，它会大大降低溶液离子的通过率，导致试验结果无法真实反映黏土膜性能。采用本发明的溶液输入排除方式可解决这一问题。同时，蠕动泵为多通道型，即可以同时平行进行多组渗透试验，大大提高了试验的效率。
对于渗透发生系统说明如下：
由于针对较大尺寸的黏土试样，因而忽略了土体在溶液中的体积变形，因此采用刚性壁渗透仪。国外对于大尺度的黏土渗透试验尚未展开，厚度最大也仅有4cm。本发明的刚性壁圆筒可盛放土样厚度为10cm，30cm，50cm的试样，还可以根据实际情况对渗透仪再进行增大以满足不同试验需求。试验土样上下分别接输入和排出液的塑料软管。渗透液经塑料软管在试验土样两侧以恒定的速率流动，从而在土样两端形成恒定的渗透压差，使黏土中发生化学渗透作用；通过对排出液的相关参数进行测定，可以建立溶液离子在黏土中迁移的模型，计算得出表征黏土膜性能的有效渗透效率系数。
对于数据采集系统说明如下：
在渗透液排出液管路上连接三向通流接头，一方面进行溶液的收集，另一方面在两个排出液管路上连接压差传感器来测量两端待测溶液的渗透压差。以往的试验中，是在化学渗透反应完全结束后，对传感器两端压力差进行测定，然后存储在记忆卡中。采用这种数据记录方式，无法对试验过程中实时的溶液浓度变化引起的渗透压差变化进行监测。本发明数据采集系统可以解决上述问题，通过外接多通道的微电脑记录仪，可以对多组压差传感器的实时数据进行监测和记录，该记录仪的量程和精度可调节，能对微小的压力差进行监测。换言之，每组试样的渗透过程所导致的溶液浓度变化，都可以随时并精确的反映在显示屏上，这样既增加了试验时对试验过程的掌控，又方便了试验数据的采集。
本发明试验系统采用渗透液输入系统的多通道蠕动泵为溶液提供动力，消除了严重影响黏土膜性能试验的因素—浓差极化现象；同时多通道的蠕动泵可在同意时间内平行进行多组试验，大大提高了试验的效率，改变了以往土工试验周期长，效率低的状态；数据采集系统可以实时监控试验过程，可以对试验进行较精确的掌控；渗透发生系统作为试验的发生装置，设计灵活，可满足多种土样，多种试验尺度的需求。
Claims (2)
1.一种测定黏土膜性能的试验装置，其特征在于，包括：渗透液输入系统、渗透发生系统、数据采集系统、渗透液排出系统，其中，
渗透液输入系统包括：盐溶液盛放瓶、去离子水盛放瓶、第一多通道蠕动泵、第二多通道蠕动泵、多个第一塑料软管、多个第二塑料软管、多个第三塑料软管、多个第四塑料软管、多个第一塑料软管口径转换接头、多个第二塑料软管口径转换接头，第一塑料软管的直径比第二塑料软管的直径小，第三塑料软管的直径比第四塑料软管的直径小；其中，盐溶液盛放瓶连接多个第一塑料软管，多个第一塑料软管分别通过第一多通道蠕动泵连接对应的第一塑料软管口径转换接头，多个第一塑料软管口径转换接头连接对应的第二塑料软管，多个第二塑料软管连接渗透发生系统；去离子水瓶连接多个第三塑料软管，多个第三塑料软管分别通过第二多通道蠕动泵连接对应的第二塑料软管口径转换接头，多个第二塑料软管口径转换接头连接对应的第四塑料软管，多个第四塑料软管分别连接渗透发生系统；
渗透发生系统包括：盛放10/30/50cm厚的试验土样的刚性壁圆筒、刚性上盖、刚性下盖、多个第五塑料软管、多个第六塑料软管；其中，刚性上盖具有多个第一接口和多个第二接口，多个第一接口分别与渗透液输入系统中对应的第二塑料软管连接；多个第二接口分别连接对应的第五塑料软管；刚性下盖具有多个第三接口和多个第四接口，多个第三接口分别与渗透液输入系统中第四塑料软管连接，多个第四接口分别连接对应的第六塑料软管；刚性壁圆筒通过四个螺栓与刚性上下盖密封栓紧，刚性壁圆筒内从下至上依次放入第一透水石、第一滤纸、试验土样、第二透水石、第二滤纸；
数据采集系统包括：多个压差传感器、多通道微电脑记录仪、多个第一三向通流接头、多个第二三向通流接头；第一三向通流接头具有第一出口、第二出口、第三出口，第二三向通流接头具有第一出口、第二出口、第三出口；其中，多个第五塑料软管分别与对应的第一三向通流接头的第一出口连接，所述对应的第一三向通流接头的第二出口与对应的压差传感器的高压端相接，所述对应的第一三向通流接头的第三出口与渗透液排出系统连接；多个的第六塑料软管分别与对应的第二三向通流接头的第一出口连接，所述对应的第二三向通流接头的第二出口与对应的压差传感器的低压端相接，所述对应的第二三向通流接头的第三出口与渗透液排出系统连接；多个压差传感器分别与多通道微电脑记录仪连接；
渗透液排出系统包括：盐溶液接收瓶、去离子水接收瓶；其中，盐溶液接收瓶与多个第一三向通流接头的第三出口连接；去离子水接收瓶与多个第二三向通流接头的第三出口连接。
2.如权利要求1所述的测定黏土膜性能的试验装置，其特征在于，第一多通道型蠕动泵和第二多通道型蠕动泵分别为多通道型OEM蠕动泵。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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