CN113804599A - 测试施工缺陷对土工膜复合屏障渗流量影响检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于环境及岩土工程领域，尤其是测试施工缺陷对土工膜复合屏障渗流量影响检测装置，现提出如下方案，其包括盖板、右底板、左底板、左垫板、右垫板、左箱体、右箱体和土工膜夹板，所述盖板、右底板、左底板、左垫板、右垫板、左箱体和右箱体组装为模型外壳，所述模型外壳整体为长方体，所述土工膜夹板将整个模型外壳分为左隔离材料区和右隔离材料区；该装置可实现基于土工膜渗漏、搭接形式、止水条材质、污染液种类、应力影响以及屏障材料种类及施工缺陷这些影响因素，对土工膜复合竖向屏障渗漏问题进行模拟，测定渗出液的流量、污染物浓度、电导率、pH值，得到水动力弥散系数、滞因子和有效扩散系数。
Description
技术领域
本发明涉及环境及岩土工程技术领域，尤其涉及测试施工缺陷对土工膜复合屏障渗流量影响检测装置。
背景技术
竖向隔离工程屏障是一种通过控制污染场地受污染地下水和土中污染物迁移的原位隔离技术。土工膜复合竖向屏障是竖向隔离工程屏障中重要的类型。在土工膜复合竖向屏障施工过程中，存在人为或偶然因素导致土工膜的破损会导致土工膜复合竖向屏障的防渗性能下降，其次土工膜之间的搭接形式、止水条材质、污染液种类等亦会导致土工膜复合竖向屏障的防渗性能下降。不同阻隔材料类型如土-膨润土系竖向隔离材料、土-水泥-膨润土系竖向隔离材料、水泥-膨润土系竖向隔离材料或氧化镁激发矿渣膨润土竖向隔离材料在土工膜发生渗漏时继续发挥防渗作用的区别存在较大不同，在施工过程中阻隔材料的施工缺陷如分布不均，亦会对其防渗性能产生影响，最后由于土体深度导致的应力不同也是土工膜复合竖向屏障防渗性能的重要因素。
目前尚未有考虑土工膜渗漏、搭接形式、止水条材质、应力影响以及屏障材料及施工缺陷的因素对土工膜复合竖向屏障渗漏问题的研究，缺少相应的模型装置，所以我们提出了测试施工缺陷对土工膜复合屏障渗流量影响检测装置，用以解决上述所提出的问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的测试施工缺陷对土工膜复合屏障渗流量影响检测装置。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
测试施工缺陷对土工膜复合屏障渗流量影响检测装置，包括盖板、右底板、左底板、左垫板、右垫板、左箱体、右箱体和土工膜夹板，所述盖板、右底板、左底板、左垫板、右垫板、左箱体和右箱体组装为模型外壳，所述模型外壳整体为长方体，所述土工膜夹板将整个模型外壳分为左隔离材料区和右隔离材料区，所述土工膜夹板夹有土工膜，所述左底板上方设有左下多孔板，所述盖板和左垫板、右垫板之间设有橡胶气囊，所述左垫板下方设有左上多孔板，所述右垫板下方设有右上多孔板，所述盖板中设有力传感器，所述力传感器与数据收集器电性相连，所述左箱体和右箱体的上部均设置有孔位，所述孔位内设有管道使左垫板与左双向阀及左量筒连通，所述右垫板与右量筒连通，所述橡胶气囊分别与分流器、上压力表和上调压阀相连，所述左下多孔板分别与下压力表、右双向阀和水箱相连。
优选的，所述右上多孔板、左上多孔板、左垫板、右垫板与左箱体、右箱体之间设有橡胶密封圈，保证右上多孔板、左上多孔板、左垫板、右垫板与左箱体、右箱体之间无空隙，所述左下多孔板与左底板之间设有橡胶密封圈，保证左下多孔板与左底板之间无空隙。
优选的，所述孔位高度在两厘米到四厘米之间，所述孔位的宽度与管道直径相等。
优选的，所述盖板中设有力传感器，且力传感器下表面与盖板底部平齐。
优选的，所述右上多孔板、左上多孔板、左垫板、右垫板、左箱体、右箱体、左下多孔板、右底板、左底板、盖板、土工膜夹板以及管道的材料均为聚四氟乙烯。
优选的，所述左垫板和右垫板的高度为七厘米。
优选的，所述左隔离材料区和右隔离材料区为土-膨润土系竖向隔离材料、土-水泥-膨润土系竖向隔离材料、水泥-膨润土系竖向隔离材料、氧化镁激发矿渣膨润土竖向隔离材料中的一种或上述材料中夹有一厘米至两厘米高的砂土层的多层材料。
优选的，所述右上多孔板、左上多孔板和左下多孔板的开孔率为85%，孔与孔之间通过沟槽联通。
优选的，其模型装置使用方法包括以下步骤：
步骤1：将左箱体、右箱体、右底板、左底板、夹有土工膜的土工膜夹板组装，用螺栓连接，并将左下多孔板安装至左底板上部；
步骤：通过控制坍落度填筑左隔离材料区和右隔离材料区，填筑完成后加水饱和；
步骤：将右上多孔板、左上多孔板、左垫板、右垫板、装力传感器的盖板组装，并有通过管道与左双向阀、左量筒、右量筒、分流器、上压力表、上调压阀、水箱、下压力表、右双向阀连接；
步骤：打开左双向阀，关闭双向阀，施加水压并通过调压阀向橡胶气囊中加压，通过力传感器控制加载力，对左隔离材料区和右隔离材料区进行固结，直到固结完成，若出现漏水，重复步骤，若无渗水现象则进行步骤；
步骤：关闭左双向阀，向装有污染液的水箱施加气压，并打开右双向阀；
步骤：对右量筒中收集的溶液分别进行流量、污染物浓度、电导率、pH值进行测定，根据式（1），进行数据拟合，即可得到水动力弥散系数D及阻滞因子Rd，根据式（2）、式（3）和式（4）得到有效扩散系数D*；
式（2）中，c为左侧污染物浓度；co为右侧污染物浓度；v为渗流速度；t为时间；Rd为阻滞系数；D为水动力弥散系数；x为计算距离；Dmd为机械弥散系数；D*为有效扩散系数；为土体孔隙的弯曲因子；为纵向弥散度。
优选的，所述土工膜为完整的土工膜、破损土工膜、止水条断裂的土工膜三者中的一种。
优选的，所述模型外壳的外侧活动卡装有限位板，所述模型外壳上开设有条形孔，且土工膜夹板贯穿条形孔并和限位板固定连接，所述模型外壳的外侧转动连接有对称设置的两个转动轴，所述转动轴的外侧套设有扭转弹簧，所述扭转弹簧的一端和模型外壳的外侧固定连接，所述扭转弹簧的另一端和转动轴的外侧固定连接，所述转动轴的外侧固定安装有压板，且压板和限位板的外侧相贴合，当需要对土工膜进行拆卸更换时，此时转动转动轴，使得压板和限位板相分离，便可以将压板和限位板向分离，进而可以将限位板取下，实现了对土工膜进行更换。
现有技术相比，本发明测试施工缺陷对土工膜复合屏障渗流量影响检测装置具有如下优势：
实现了土工膜复合竖向屏障渗漏量的监测，通过基于土工膜渗漏、搭接形式、止水条材质、污染液种类、应力影响以及屏障材料（包括土-膨润土系竖向隔离材料、土-水泥-膨润土系竖向隔离材料、水泥-膨润土系竖向隔离材料或氧化镁激发矿渣膨润土竖向隔离材料）及施工缺陷这些影响因素，对土工膜复合竖向屏障渗漏问题进行模拟，测定了渗出液的流量、污染物浓度、电导率、pH值，为评价土工膜复合竖向屏障在运营过程中出现渗漏问题导致防渗性能变化提出科学的依据；
测试成本低廉，操作简便，可以通过改变土工膜搭接形式、止水条材质、污染液种类、应力及屏障材料施工缺陷等因素模拟各种情况下的土工膜复合竖向屏障的渗漏问题以及防渗特性。
该装置可实现基于土工膜渗漏、搭接形式、止水条材质、污染液种类、应力影响以及屏障材料种类（包括土-膨润土系竖向隔离材料、土-水泥-膨润土系竖向隔离材料、水泥-膨润土系竖向隔离材料或氧化镁激发矿渣膨润土竖向隔离材料）及施工缺陷这些影响因素，对土工膜复合竖向屏障渗漏问题进行模拟，测定渗出液的流量、污染物浓度、电导率、pH值，得到水动力弥散系数、滞因子和有效扩散系数。
附图说明
图1为本发明提出的测试施工缺陷对土工膜复合屏障渗流量影响检测装置主视剖视结构示意图；
图2为本发明提出的测试施工缺陷对土工膜复合屏障渗流量影响检测装置的右视图；
图3为本发明提出的测试施工缺陷对土工膜复合屏障渗流量影响检测装置的图1中的部分结构主视图；
图4为本发明提出的测试施工缺陷对土工膜复合屏障渗流量影响检测装置的图1中的土工膜的侧视剖视结构示意图；
图5为本发明提出的测试施工缺陷对土工膜复合屏障渗流量影响检测装置的图1中的模型外壳29俯视结构示意图。
图中：1-盖板、2-右底板、3-左底板、4-左垫板、5-右垫板、6-孔位、7-右上多孔板、8-左上多孔板、9-左下多孔板、10-橡胶气囊、11-土工膜夹板、12-土工膜、13-力传感器、14-数据收集器、15-左隔离材料区、16-右隔离材料区、17-螺栓、18-分流器、19-水箱、20-右双向阀、21-上调压阀、22-左双向阀、23-上压力表、24-下压力表、25-右量筒、26-左量筒、27-右箱体、28-左箱体、29-模型外壳、30-限位板、31-转动轴、32扭转弹簧、33压板。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
实施例一
参照图1-5，测试施工缺陷对土工膜复合屏障渗流量影响检测装置，包括盖板1、右底板2、左底板3、左垫板4、右垫板5、左箱体28、右箱体27和土工膜夹板11，盖板1、右底板2、左底板3、左垫板4、右垫板5、左箱体28和右箱体27组装为模型外壳29，模型外壳29整体为长方体，土工膜夹板11将整个模型外壳29分为左隔离材料区15和右隔离材料区16，土工膜夹板11夹有土工膜12，左底板3上方设有左下多孔板9，盖板1和左垫板4、右垫板5之间设有橡胶气囊10，左垫板4下方设有左上多孔板8，右垫板5下方设有右上多孔板7，盖板1中设有力传感器13，力传感器13与数据收集器14电性相连，左箱体28和右箱体27的上部均设置有孔位6，孔位6内设有管道使左垫板4与左双向阀22及左量筒26连通，右垫板5与右量筒25连通，橡胶气囊10分别与分流器18、上压力表23和上调压阀21相连，左下多孔板9分别与下压力表24、右双向阀20和水箱19相连。
本实施例中，右上多孔板7、左上多孔板8、左垫板4、右垫板5与左箱体28、右箱体27之间设有橡胶密封圈，保证右上多孔板7、左上多孔板8、左垫板4、右垫板5与左箱体28、右箱体27之间无空隙，左下多孔板9与左底板3之间设有橡胶密封圈，保证左下多孔板9与左底板3之间无空隙。
本实施例中，孔位6高度在两厘米到四厘米之间，孔位6的宽度与管道直径相等。
本实施例中，盖板1中设有力传感器13，且力传感器13下表面与盖板1底部平齐。
本实施例中，右上多孔板7、左上多孔板8、左垫板4、右垫板5、左箱体28、右箱体27、左下多孔板9、右底板2、左底板3、盖板1、土工膜夹板11以及管道的材料均为聚四氟乙烯。
本实施例中，左垫板4和右垫板5的高度为七厘米。
本实施例中，左隔离材料区15和右隔离材料区16为土-膨润土系竖向隔离材料、土-水泥-膨润土系竖向隔离材料、水泥-膨润土系竖向隔离材料、氧化镁激发矿渣膨润土竖向隔离材料中的一种或上述材料中夹有一厘米至两厘米高的砂土层的多层材料。
本实施例中，右上多孔板7、左上多孔板8和左下多孔板9的开孔率为85%，孔与孔之间通过沟槽联通。
本实施例中，土工膜12为完整的土工膜、破损土工膜、止水条断裂的土工膜三者中的一种。
本实施例中，模型外壳29的外侧活动卡装有限位板30，模型外壳29上开设有条形孔，且土工膜夹板11贯穿条形孔并和限位板30固定连接，模型外壳29的外侧转动连接有对称设置的两个转动轴31，转动轴31的外侧套设有扭转弹簧32，扭转弹簧32的一端和模型外壳29的外侧固定连接，扭转弹簧32的另一端和转动轴31的外侧固定连接，转动轴31的外侧固定安装有压板33，且压板33和限位板30的外侧相贴合，当需要对土工膜12进行拆卸更换时，此时转动转动轴31，使得压板33和限位板30相分离，便可以将压板33和限位板30向分离，进而可以将限位板30取下，实现了对土工膜12进行更换。
上述测试施工缺陷对土工膜复合屏障渗流量影响检测装置为在阻滞污染物迁移上的应用，污染物为重金属污染液或有机物污染液。
实施例二
测试施工缺陷对土工膜复合屏障渗流量影响检测装置，包括盖板1、右底板2、左底板3、左垫板4、右垫板5、孔位6、右上多孔板7、左上多孔板8、左下多孔板9、橡胶气囊10、土工膜夹板11、土工膜12、力传感器13、数据收集器14、左隔离材料区15、右隔离材料区16、螺栓17、分流器18、水箱19、右双向阀20、上调压阀21、左双向阀22、上压力表23、下压力表24、右量筒25、左量筒26、右箱体27、左箱体28。
右上多孔板7、左上多孔板8、左垫板4、右垫板5、左箱体28、右箱体27、左下多孔板9、右底板2、左底板3、盖板1、土工膜夹板11以及管道的材料均为聚四氟乙烯PTFE，中间用土工膜夹板11隔离分为左隔离材料区15和右隔离材料区16，总体试验时呈密封状态，试验装置组装呈两步，第一步先组装左箱体28、右箱体27、右底板2、左底板3、夹有土工膜12的土工膜夹板11组装，用螺栓17连接，并将左下多孔板9安装至左底板3上部，将阻隔材料填入模型箱，第二步再将右上多孔板7、左上多孔板8、左垫板4、右垫板5、装力传感器13的盖板1组装，并有通过管道与左双向阀22、量筒26、分流器18、压力表23、上调压阀21、水箱19、右双向阀20连接，进行固结试验，进而进行渗漏试验，左箱体28和右箱体27内侧的0.4 m，高度为1.3m，长度为0.5m。
右上多孔板7、左上多孔板8、左垫板4、右垫板5与左箱体28、右箱体27之间设有橡胶密封圈，保证右上多孔板7、左上多孔板8、左垫板4、右垫板5与左箱体28、右箱体27之间无空隙；左下多孔板9与左底板3设有橡胶密封圈，保证左下多孔板9与左底板3之间无空隙。
右上多孔板7、左上多孔板8和左下多孔板9的开孔率为85%，孔与孔之间通过沟槽联通。
孔位6高度为4厘米，宽度与管道直径相等。
左垫板4和右垫板5的高度为7厘米，橡胶气囊10中的水压加载为20kPa，气压调节压力为100kPa。
左隔离材料区15和右隔离材料区16内材料为土-膨润土隔离屏障材料，不分层；土工膜12为破损土工膜，破损处位于正中心，为直径1厘米的圆形，止水条完好。
实施例三
上述测试施工缺陷对土工膜复合屏障渗流量影响检测装置，包括以下步骤：
第1步，将左箱体28、右箱体27、右底板2、左底板3、夹有土工膜12的土工膜夹板11组装，用螺栓17连接，并将左下多孔板9安装至左底板3上部；
第2步，通过控制坍落度填筑左隔离材料区15和右隔离材料区16，填筑完成后加水饱和；
第3步，将右上多孔板7、左上多孔板8、左垫板4、右垫板5、装力传感器13的盖板1组装，并有通过管道与左双向阀22、左量筒26、右量筒25、分流器18、上压力表23、上调压阀21、水箱19、下压力表24、右双向阀20连接；
第4步，打开左双向阀22，关闭双向阀20，施加水压并通过调压阀21向橡胶气囊10中加压，通过力传感器13控制加载力，对左隔离材料区15和右隔离材料区16进行固结，直到固结完成，若出现漏水，重复步骤3，若无渗水现象则进行步骤5；
第5步，关闭左双向阀22，向装有污染液的水箱19施加气压，并打开左双向阀20；
第6步，对右量筒25收集的溶液分别进行流量、污染物浓度、电导率、pH值进行测定，根据式（1），进行数据拟合，即可得到水动力弥散系数D及阻滞因子Rd，根据式（2）、式（3）和式（4）得到有效扩散系数D*；
式（2）中，c为左侧污染物浓度；co为右侧污染物浓度；v为渗流速度；t为时间；Rd为阻滞系数；D为水动力弥散系数；x为计算距离；Dmd为机械弥散系数；D*为有效扩散系数；为土体孔隙的弯曲因子；为纵向弥散度。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.测试施工缺陷对土工膜复合屏障渗流量影响检测装置，其特征在于，包括盖板（1）、右底板（2）、左底板（3）、左垫板（4）、右垫板（5）、左箱体（28）、右箱体（27）和土工膜夹板（11），所述盖板（1）、右底板（2）、左底板（3）、左垫板（4）、右垫板（5）、左箱体（28）和右箱体（27）组装为模型外壳（29），所述模型外壳（29）整体为长方体，所述土工膜夹板（11）将整个模型外壳（29）分为左隔离材料区（15）和右隔离材料区（16），所述土工膜夹板（11）夹有土工膜（12），所述左底板（3）上方设有左下多孔板（9），所述盖板（1）和左垫板（4）、右垫板（5）之间设有橡胶气囊（10），所述左垫板（4）下方设有左上多孔板（8），所述右垫板（5）下方设有右上多孔板（7），所述盖板（1）中设有力传感器（13），所述力传感器（13）与数据收集器（14）电性相连，所述左箱体（28）和右箱体（27）的上部均设置有孔位（6），所述孔位（6）内设有管道使左垫板（4）与左双向阀（22）及左量筒（26）连通，所述右垫板（5）与右量筒（25）连通，所述橡胶气囊（10）分别与分流器（18）、上压力表（23）和上调压阀（21）相连，所述左下多孔板（9）分别与下压力表（24）、右双向阀（20）和水箱（19）相连。
2.根据权利要求1所述的测试施工缺陷对土工膜复合屏障渗流量影响检测装置，其特征在于，所述右上多孔板（7）、左上多孔板（8）、左垫板（4）、右垫板（5）与左箱体（28）、右箱体（27）之间设有橡胶密封圈，保证右上多孔板（7）、左上多孔板（8）、左垫板（4）、右垫板（5）与左箱体（28）、右箱体（27）之间无空隙，所述左下多孔板（9）与左底板（3）之间设有橡胶密封圈，保证左下多孔板（9）与左底板（3）之间无空隙。
3.按照权利要求1所述的测试施工缺陷对土工膜复合屏障渗流量影响检测装置，其特征在于，所述孔位（6）高度在两厘米到四厘米之间，所述孔位（6）的宽度与管道直径相等。
4.根据权利要求1所述的测试施工缺陷对土工膜复合屏障渗流量影响检测装置，其特征在于，所述盖板（1）中设有力传感器（13），且力传感器（13）下表面与盖板（1）底部平齐。
5.根据权利要求1所述的测试施工缺陷对土工膜复合屏障渗流量影响检测装置，其特征在于，所述右上多孔板（7）、左上多孔板（8）、左垫板（4）、右垫板（5）、左箱体（28）、右箱体（27）、左下多孔板（9）、右底板（2）、左底板（3）、盖板（1）、土工膜夹板（11）以及管道的材料均为聚四氟乙烯。
6.根据权利要求1所述的测试施工缺陷对土工膜复合屏障渗流量影响检测装置，其特征在于，所述左垫板（4）和右垫板（5）的高度为七厘米。
7.根据权利要求1所述的测试施工缺陷对土工膜复合屏障渗流量影响检测装置，其特征在于，所述左隔离材料区（15）和右隔离材料区（16）为土-膨润土系竖向隔离材料、土-水泥-膨润土系竖向隔离材料、水泥-膨润土系竖向隔离材料、氧化镁激发矿渣膨润土竖向隔离材料中的一种或上述材料中夹有一厘米至两厘米高的砂土层的多层材料。
8.根据权利要求1所述的测试施工缺陷对土工膜复合屏障渗流量影响检测装置，其特征在于，所述右上多孔板（7）、左上多孔板（8）和左下多孔板（9）的开孔率为85%，孔与孔之间通过沟槽联通。
9.根据权利要求1所述的测试施工缺陷对土工膜复合屏障渗流量影响检测装置，其特征在于，其模型装置使用方法包括以下步骤：
步骤1：将左箱体（28）、右箱体（27）、右底板（2）、左底板（3）、夹有土工膜（12）的土工膜夹板（11）组装，用螺栓（17）连接，并将左下多孔板（9）安装至左底板（3）上部；
步骤2：通过控制坍落度填筑左隔离材料区（15）和右隔离材料区（16），填筑完成后加水饱和；
步骤3：将右上多孔板（7）、左上多孔板（8）、左垫板（4）、右垫板（5）、装力传感器（13）的盖板（1）组装，并有通过管道与左双向阀（22）、左量筒（26）、右量筒（25）、分流器（18）、上压力表（23）、上调压阀（21）、水箱（19）、下压力表（24）、右双向阀（20）连接；
步骤4：打开左双向阀（22），关闭双向阀（20），施加水压并通过调压阀（21）向橡胶气囊（10）中加压，通过力传感器（13）控制加载力，对左隔离材料区（15）和右隔离材料区（16）进行固结，直到固结完成，若出现漏水，重复步骤3，若无渗水现象则进行步骤5；
步骤5：关闭左双向阀（22），向装有污染液的水箱（19）施加气压，并打开右双向阀（20）；
步骤6：对右量筒（25）中收集的溶液分别进行流量、污染物浓度、电导率、pH值进行测定，根据式（1），进行数据拟合，即可得到水动力弥散系数D及阻滞因子Rd，根据式（2）、式（3）和式（4）得到有效扩散系数D*；
式（2）中，c为左侧污染物浓度；co为右侧污染物浓度；v为渗流速度；t为时间；Rd为阻滞系数；D为水动力弥散系数；x为计算距离；Dmd为机械弥散系数；D*为有效扩散系数；为土体孔隙的弯曲因子；为纵向弥散度。
10.根据权利要求1所述的测试施工缺陷对土工膜复合屏障渗流量影响检测装置，其特征在于，所述模型外壳（29）的外侧活动卡装有限位板（30），所述模型外壳（29）上开设有条形孔，且土工膜夹板（11）贯穿条形孔并和限位板（30）固定连接，所述模型外壳（29）的外侧转动连接有对称设置的两个转动轴（31），所述转动轴（31）的外侧套设有扭转弹簧（32），所述扭转弹簧（32）的一端和模型外壳（29）的外侧固定连接，所述扭转弹簧（32）的另一端和转动轴（31）的外侧固定连接，所述转动轴（31）的外侧固定安装有压板（33），且压板（33）和限位板（30）的外侧相贴合，当需要对土工膜12进行拆卸更换时，此时转动转动轴31，使得压板33和限位板30相分离，便可以将压板33和限位板30向分离，进而可以将限位板30取下，实现了对土工膜12进行更换。
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