CN111983186A - 一种用于土工离心模型试验的溶液收集装置及收集方法 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种用于土工离心模型试验的溶液收集装置及收集方法，包括左侧气动活塞、右侧气动活塞、左侧锯齿板、右侧锯齿板、PVC面板、收集容器、气管、气阀和底部滑轨，所述左侧气动活塞和右侧气动活塞分别固定于PVC面板的左下角和右下角，由气管将左侧气动活塞和右侧气动活塞与气阀连接，所述的左侧锯齿板和右侧锯齿板由PVC材料制成，分别对齐立于PVC面板左右两侧，所述底部滑轨设在PVC面板的两端底部，左侧锯齿板和右侧锯齿板与底部滑轨固定连接，所述PVC面板由PVC材料制成，PVC面板上设有若干孔洞，大孔洞为收集容器放置口，用于放置收集容器，小孔洞为出流口。

Description

一种用于土工离心模型试验的溶液收集装置及收集方法
技术领域
本发明属于环境岩土工程领域，特别涉及用于土工离心模型试验的溶液收集装置及收集方法。
背景技术
污染物在多孔介质中的迁移是一个非常复杂的过程，对其开展研究有利于理解污染物质在土壤中迁移的机理和规律，同时可以针对性地制定有效的土壤及地下水污染预防和治理策略。以往通过土柱试验研究污染物运移规律时，需要定时收集土柱底部出渗的溶液，测定不同时间收集的溶液中污染物的浓度来判断污染物运移的规律。但是污染物在土壤中的运移十分缓慢，特别是压实黏土，时间长达十几年、甚至数十年，一般室内土柱试验难以模拟长时间尺度的规律。而土工离心机具有缩时缩尺的特点，可以大大缩短试验时间，因此，土工离心模型试验被广泛应用于研究污染物在多孔介质中的迁移。
土工离心模拟是将缩小尺寸的土工模型置于高速旋转的离心机中，让模型承受大于重力加速度的离心加速度的作用，补偿因模型缩尺带来的土工结构物的自重损失。但是，要获得土柱底部不同时间的出渗溶液就需要在试验过程中更换收集容器。因此，如何在高速旋转的离心机中更换收集容器，成了土工离心模拟试验研究污染物运移规律的一大难点。
发明内容
解决的技术问题：本申请主要是提出一种用于土工离心模型试验的溶液收集装置及收集方法，解决现有技术中存在的室内土柱试验难以模拟长时间尺度的规律、无法在高速旋转的离心机中更换收集容器等技术问题。
技术方案：
一种用于土工离心模型试验的溶液收集装置，所述用于土工离心模型试验的溶液收集装置包括左侧气动活塞、右侧气动活塞、左侧锯齿板、右侧锯齿板、PVC面板、收集容器、气管、气阀和底部滑轨，所述左侧气动活塞和右侧气动活塞分别固定于PVC面板的左下角和右下角，由气管将左侧气动活塞和右侧气动活塞与气阀连接，所述的左侧锯齿板和右侧锯齿板由PVC材料制成，分别对齐立于PVC面板左右两侧，所述底部滑轨设在PVC面板的两端底部，左侧锯齿板和右侧锯齿板与底部滑轨固定连接，所述PVC面板由PVC材料制成， PVC面板上设有若干孔洞，大孔洞为收集容器放置口，用于放置收集容器，小孔洞为出流口。
作为本发明的一种优选技术方案：所述左侧气动活塞和右侧气动活塞均由活塞腔体和搭扣组成，活塞腔体与搭扣连接，搭扣不仅可以在活塞腔体上部沿其纵向伸缩，还可以沿着活塞腔体横截面方向旋转，土工离心模型试验时将气动活塞的搭扣搭在锯齿板的锯齿上。
作为本发明的一种优选技术方案：所述收集容器放置口和出流口在纵向上相间排列，且各口之间的圆心距相同，并与左侧锯齿板和右侧锯齿板上的各锯齿间的距离一致。
作为本发明的一种优选技术方案：所述气阀需与数控气动执行器连接，由数控气动执行器提供动力。。
作为本发明的一种优选技术方案：所述PVC面板可以在底部滑轨上沿纵向滑动。
本申请还公开了一种用于土工离心模型试验的溶液收集装置的收集方法，包括如下步骤：
第一步：在土工离心模型试验开始前，将PVC面板在底部滑轨上沿纵向往前推，使左侧气动活塞和右侧气动活塞上的搭扣分别置于左侧锯齿板和右侧锯齿板上第一个锯齿上，并将土柱的出渗口对准第一排出流口；
第二步：确定出渗溶液收集的次数、时刻和时长，在土工离心模型试验过程中，通过操作数控气动执行器控制气阀而推动左侧气动活塞和右侧气动活塞上的搭扣，从而推动PVC面板使土柱的出渗口对准收集容器实现出渗溶液的收集；
第三步：达到溶液收集时长时，再次通过操作数控气动执行器控制气阀而推动左侧气动活塞和右侧气动活塞上的搭扣，从而推动PVC面板使土柱的出渗口对准第二排出流口实现停止收集，以此类推；
第四步：土工离心模型试验停止后，取出收集容器，妥善保存。
作为本发明的一种优选技术方案：所述数控气动执行器的型号：SR30，厂家：无锡市华通气动制造有限公司。
有益效果：本申请所述用于土工离心模型试验的溶液收集装置及收集方法采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
1、在土工离心模拟试验过程中不停机的情况下，实现收集不同时段的出渗溶液。
2、装置主体由PVC材料制成，成本低，获取容易。
3、操作简单，高度自动化，可精准控制收集的时刻和时长。
4、利用该装置开展污染物COD在黏土中运移的土柱试验，测得不同时间点收集到的出渗溶液中的COD浓度，与有限元计算结果进行对比，发现试验结果与计算结果非常接近。
附图说明：
图1为本申请用于土工离心模型试验的溶液收集装置的俯视图。
图2为申请用于土工离心模型试验的溶液收集装置的主视图。
图3为申请用于土工离心模型试验的溶液收集装置的左侧视图。
图4为土工离心模型试验得到的土柱底部污染物浓度变化与数值计算结果的对比图
附图标记说明： 1、左侧气动活塞，2、右侧气动活塞，3、左侧锯齿板，4、右侧锯齿板，5、PVC面板，6、收集容器，7、气管，8、气阀，9、底部滑轨，11、活塞腔体，12、搭扣，51、收集容器放置口，52、出流口。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
数控气动执行器的型号：SR30，厂家：无锡市华通气动制造有限公司。
实施例1
本申请中提及的土工离心模拟试验主要是利用土工离心机模拟污染物在在多孔介质中迁移的土柱试验。由于在土工离心模拟试验过程中离心机高速旋转，人工无法进入离心机收集不同时段土柱底部的出渗溶液。本申请的一种用于土工离心模型试验的溶液收集装置利用气动制动器实现了在土工离心模拟试验过程中不停机的情况下收集不同时段的出渗溶液。
如图1-3所示，本发明的一种用于土工离心模型试验的溶液收集装置，包括左侧气动活塞1、右侧气动活塞2、左侧锯齿板3、右侧锯齿板4、PVC面板5、收集容器6、气管7、气阀8和底部滑轨9，所述左侧气动活塞1和右侧气动活塞2分别固定于PVC面板5的左下角和右下角，由气管7将左侧气动活塞1和右侧气动活塞2与气阀8连接，所述的左侧锯齿板3和右侧锯齿板4由PVC材料制成，分别对齐立于PVC面板5左右两侧，所述底部滑轨9设在PVC面板5的两端底部，左侧锯齿板3和右侧锯齿板4与底部滑轨9固定连接，所述PVC面板5由PVC材料制成，PVC面板上设有若干孔洞，大孔洞为收集容器放置口51，用于放置收集容器6，小孔洞为出流口52。
进一步，所述左侧气动活塞1和右侧气动活塞2均由活塞腔体11和搭扣12组成，活塞腔体11与搭扣12连接，搭扣12不仅可以在活塞腔体11上部沿其纵向伸缩，还可以沿着活塞腔体11横截面方向旋转，土工离心模型试验时将气动活塞的搭扣12搭在锯齿板的锯齿上。
进一步，所述收集容器放置口51和出流口52在纵向上相间排列，且各口之间的圆心距相同，并与左侧锯齿板3和右侧锯齿板4上的各锯齿间的距离一致。
进一步，所述气阀8需与数控气动执行器连接，由数控气动执行器提供动力。
进一步，所述PVC面板5可以在底部滑轨9上沿纵向滑动。
用于土工离心模型试验的溶液收集装置的收集方法，包括以下步骤：
第一步：在土工离心模型试验开始前，将PVC面板5在底部滑轨9上沿纵向往前推，使左侧气动活塞1和右侧气动活塞2上的搭扣12分别置于左侧锯齿板3和右侧锯齿板4上第一个锯齿上，并将土柱的出渗口对准第一排出流口52；
第二步：确定出渗溶液收集的次数、时刻和时长，在土工离心模型试验过程中，通过操作数控气动执行器控制气阀8而推动左侧气动活塞1和右侧气动活塞2上的搭扣12，从而推动PVC面板5使土柱的出渗口对准收集容器6实现出渗溶液的收集；
第三步：达到溶液收集时长时，再次通过操作数控气动执行器控制气阀8而推动左侧气动活塞1和右侧气动活塞2上的搭扣12，从而推动PVC面板5使土柱的出渗口对准第二排出流口52实现停止收集，以此类推；
第四步：土工离心模型试验停止后，取出收集容器6，妥善保存。
如图4所示，利用该装置开展污染物COD在黏土中运移的土柱试验，测得不同时间点收集到的出渗溶液中的COD浓度，与有限元计算结果进行对比，发现试验结果与计算结果非常接近。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种用于土工离心模型试验的溶液收集装置，其特征在于：所述用于土工离心模型试验的溶液收集装置包括左侧气动活塞（1）、右侧气动活塞（2）、左侧锯齿板（3）、右侧锯齿板（4）、PVC面板（5）、收集容器（6）、气管（7）、气阀（8）和底部滑轨（9），所述左侧气动活塞（1）和右侧气动活塞（2）分别固定于PVC面板（5）的左下角和右下角，由气管（7）将左侧气动活塞（1）和右侧气动活塞（2）与气阀（8）连接，所述的左侧锯齿板（3）和右侧锯齿板（4）由PVC材料制成，分别对齐立于PVC面板（5）左右两侧，所述底部滑轨（9）设在PVC面板（5）的两端底部，左侧锯齿板（3）和右侧锯齿板（4）与底部滑轨（9）固定连接，所述PVC面板（5）由PVC材料制成， PVC面板上设有若干孔洞，大孔洞为收集容器放置口（51），用于放置收集容器（6），小孔洞为出流口（52）。
2.根据权利要求1所述的用于土工离心模型试验的溶液收集装置，其特征在于：所述左侧气动活塞（1）和右侧气动活塞（2）均由活塞腔体（11）和搭扣（12）组成，活塞腔体（11）与搭扣（12）连接，搭扣（12）不仅可以在活塞腔体（11）上部沿其纵向伸缩，还可以沿着活塞腔体（11）横截面方向旋转，土工离心模型试验时将气动活塞的搭扣（12）搭在锯齿板的锯齿上。
3.根据权利要求1所述的用于土工离心模型试验的溶液收集装置，其特征在于：所述收集容器放置口（51）和出流口（52）在纵向上相间排列，且各口之间的圆心距相同，并与左侧锯齿板（3）和右侧锯齿板（4）上的各锯齿间的距离一致。
4.根据权利要求1所述的用于土工离心模型试验的溶液收集装置，其特征在于：所述气阀（8）需与数控气动执行器连接，由数控气动执行器提供动力。
5.根据权利要求1所述的用于土工离心模型试验的溶液收集装置，其特征在于：所述PVC面板（5）可以在底部滑轨（9）上沿纵向滑动。
6.一种用于土工离心模型试验的溶液收集装置的收集方法，其特征在于包括如下步骤：
第一步：在土工离心模型试验开始前，将PVC面板（5）在底部滑轨（9）上沿纵向往前推，使左侧气动活塞（1）和右侧气动活塞（2）上的搭扣（12）分别置于左侧锯齿板（3）和右侧锯齿板（4）上第一个锯齿上，并将土柱的出渗口对准第一排出流口（52）；
第二步：确定出渗溶液收集的次数、时刻和时长，在土工离心模型试验过程中，通过操作数控气动执行器控制气阀（8）而推动左侧气动活塞（1）和右侧气动活塞（2）上的搭扣（12），从而推动PVC面板（5）使土柱的出渗口对准收集容器（6）实现出渗溶液的收集；
第三步：达到溶液收集时长时，再次通过操作数控气动执行器控制气阀（8）而推动左侧气动活塞（1）和右侧气动活塞（2）上的搭扣（12），从而推动PVC面板（5）使土柱的出渗口对准第二排出流口（52）实现停止收集，以此类推；
第四步：土工离心模型试验停止后，取出收集容器（6），妥善保存。
7.根据权利要求6所述的用于土工离心模型试验的溶液收集装置的收集方法，其特征在于：所述数控气动执行器的型号：SR30，厂家：无锡市华通气动制造有限公司。
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