CN114076725A - 应力场-温度场耦合的柔性壁土柱化学渗透装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于岩土工程技术领域，尤其是应力场‑温度场耦合的柔性壁土柱化学渗透装置，现提出如下方案，其包括试验腔室、围压腔室、精密液体注射泵、上温度控制器、下温度控制器、压差传感器及数据采集仪，所述试验腔室包括腔室顶盖、腔室底座及腔室壁，腔室壁位于腔室顶盖和腔室底座之间并采用螺栓相连，所述腔室底座上部焊有试样底座并固定连接有下透水石、试样、上透水石及试样顶盖；本发明实现测定岩土工程材料在应力场‑温度场作用下的目标污染物的化学渗透膜效率系数、扩散系数以及阻滞因子，同时还提供了测试方法，简单易行，可以对岩土工程材料的化学渗透膜效率系数、扩散系数以及阻滞因子进行联合测定，不必分别测定，提高了测定效率。

Description

应力场-温度场耦合的柔性壁土柱化学渗透装置及方法

技术领域

本发明涉及岩土工程技术领域，尤其涉及应力场-温度场耦合的柔性壁土柱化学渗透装置及方法。

背景技术

粘性土及其他相关岩土工程材料（例如GCL和CCL等）通常被认为是具有膜效应的有缺陷的（leaky）或非理想的（imperfect）半透膜。具有半透膜效应的岩土工程隔离屏障材料具有阻滞溶质通过的能力，对于带电离子主要依靠相邻粘土颗粒间扩散双电层形成的（叠加）电场对离子的静电排斥；对于非极性溶质，例如水溶性有机混合物，其主要通过粘土孔隙尺寸对大分子溶质在几何空间上的约束。近年来，工程屏障（如土工合成材料黏土衬垫（GCL），SB竖向阻隔屏障等）的化学渗透膜效应、扩散系数以及阻滞因子在阻滞污染物迁移方面受到了越来越广泛的关注，成为工程屏障阻滞污染物迁移的重要基本指标。

而工程屏障在实际工程中通常处于应力、温度等多场耦合的环境中，然而现有的国外的测试技术仅考虑应力的影响，国内的测试技术并未考虑应力场和温度场的问题，且国内外有些方法常将化学渗透膜效应、扩散系数以及阻滞因子分开测定，其方法操作繁杂，限制了工程实践中获取污染物运移参数的准确性以及科学研究的理论分析方法进步，所以我们提出了应力场-温度场耦合的柔性壁土柱化学渗透装置及方法。

发明内容

本发明的目的是在于提供应力场-温度场耦合的柔性壁土柱化学渗透装置，该装置可实现测定岩土工程材料（包括膨润土基材料、水泥基材料、击实粘土及土工合成材料黏土衬垫等）在应力场-温度场作用下的目标污染物（重金属或有机污染液）的化学渗透膜效率系数、扩散系数以及阻滞因子。同时，本发明还提供了应力场-温度场耦合的柔性壁土柱化学渗透装置的测试方法，该测定方法简单易行，可以对岩土工程材料的化学渗透膜效率系数、扩散系数以及阻滞因子进行联合测定，不必分别测定，提高了测定效率，而提出的应力场-温度场耦合的柔性壁土柱化学渗透装置及其测试方法。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

应力场-温度场耦合的柔性壁土柱化学渗透装置，包括试验腔室、围压腔室、精密液体注射泵、上温度控制器、下温度控制器、压差传感器及数据采集仪，所述试验腔室包括腔室顶盖、腔室底座及腔室壁，腔室壁位于腔室顶盖和腔室底座之间并采用螺栓相连，所述腔室底座上部焊有试样底座并固定连接有下透水石、试样、上透水石及试样顶盖，试样底座及试样顶盖分别与上温度控制器、下温度控制器、压差传感器相连，上温度控制器、下温度控制器、压差传感器与数据采集仪相连，上透水石及下透水石分别与精密液体注射泵相连，试验腔室上设置有围压区，所述围压区通过管道与围压腔室相连，且管道上设置有阀门，所述围压腔室上部连接有气压控制阀及空气压缩机，所述精密液体注射泵包括注射器Ⅰ、注射器Ⅱ、注射器Ⅲ及注射器Ⅳ，注射器Ⅰ通过两个单向阀与试样顶盖、储液瓶Ⅰ相连，注射器Ⅱ通过两个单向阀与试样顶盖、储液瓶Ⅱ相连，注射器Ⅲ通过两个单向阀与试样底座、储液瓶Ⅲ相连，注射器Ⅳ通过两个单向阀与试样底座、储液瓶Ⅳ相连。

优选的，所述上透水石与试样顶盖之间以及下透水石与试样底座之间均设有空腔，所述空腔内设有加热传感器，两个加热传感器中位于上方的加热传感器和上温度控制器及压差传感器相连，两个加热传感器中位于下方的加热传感器和下温度控制器及压差传感器相连。

优选的，所述试样与围压区之间设置有乳胶膜，且试样与围压区通过乳胶膜相分离，乳胶膜的外部贴合有固定环，乳胶膜通过固定环固定于试样顶盖和试样底座上，保证围压区的液体不进入试样中。

优选的，所述试样顶盖和试样底座采用特氟龙材料，并保证其具有良好的隔热性能，试样底座与腔室底座焊接在一起。

优选的，所述单向阀设置有多个，且多个单向阀分别和方向布置。

优选的，所述压差传感器的量程为0-100 kPa，精度要求满足± 0.001 kPa，所述精密液体注射泵的注射流速与回抽流速均为0.016478 μL/min-20.52105 mL/min，精密注射泵的注射器Ⅰ、注射器Ⅱ、注射器Ⅲ及注射器Ⅳ的体积均为10 mL，所述上温度控制器、下温度控制器的温度控制范围为5-50 ℃，精度为± 0.1℃。

优选的，所述腔室顶盖的底部固定连接有密封橡胶板，且密封橡胶板和腔室壁的开口处相适配，所述腔室壁的顶部开设有环形密封槽，所述腔室顶盖的底部固定连接有环形密封橡胶垫，且环形密封橡胶垫和环形密封槽相适配，所述密封橡胶板的外侧固定套设有密封橡胶卡环，所述腔室壁的内壁环形开设有卡槽，且密封橡胶卡环和卡槽相适配，所述腔室壁的顶部开设有限位环形槽，所述腔室顶盖的底部固定连接有限位凸环，且限位凸环和限位环形槽相卡合，通过利用环形密封垫、密封橡胶卡环以及限位凸环提高了腔室顶盖和腔室壁连接的密封性能。

所述应力场-温度场耦合的柔性壁土柱化学渗透测试方法，包括以下步骤：

步骤1：将试样底座、下透水石、试样、上透水石及试样顶盖组装，采用乳胶膜固定试样，并采用固定环固定乳胶膜；

步骤2：将腔室底座、腔室壁以及腔室顶盖使用螺栓连接，组成试验腔室；

步骤3：将上温度控制器、下温度控制器、压差传感器与试验腔室连接，并连接数据采集仪；

步骤4：将精密液体注射泵与试验腔室连接，安装注射器Ⅰ、注射器Ⅱ、注射器Ⅲ及注射器Ⅳ于精密液体注射泵，并安装单向阀、储液瓶Ⅰ、储液瓶Ⅱ、储液瓶Ⅲ及储液瓶Ⅳ；

步骤5：将试验腔室和围压腔室连接，关闭阀门；

步骤6：将气压控制阀、空气压缩机与围压腔室连接；

步骤7：打开空气压缩机，通过调节气压控制阀控制围压，打开阀门，使围压腔室中的自来水进如围压区，对试样施加围压；

步骤8：观察试验腔室是否漏水；若漏水重复步骤2，反之进行步骤9；

步骤9：在储液瓶Ⅰ、储液瓶Ⅱ、储液瓶Ⅲ及储液瓶Ⅳ中加满去离子水，并打开精密液体注射泵，设置注射流速与回抽流速；

步骤10：待储液瓶Ⅱ和储液瓶Ⅳ收集到稳定的水流后，调节上温度控制器和下温度控制器，设置试样上下温度梯度；

步骤11：打开数据采集仪记录温度变化及压差变化；

步骤12：待压差变化小于0.01 kPa/24h时，将储液瓶Ⅰ中的去离子水替换为目标污染物溶液，并持续监测压差变化，并对储液瓶Ⅱ、储液瓶Ⅲ及储液瓶Ⅳ进行pH值、电导率及浓度检测；

步骤13：根据监测的压差和储液瓶Ⅱ、储液瓶Ⅲ及储液瓶Ⅳ中溶液的浓度得到试样的化学渗透膜效率系数：

（1）

其中，ω为化学渗透膜效率系数；ΔP为试验中压差传感器实际测得的试样两端的压差（kPa）；Δπ为试样两端化学渗透压差的理论值（kPa），其数值可采用van’t Hoff方程计算，如式（2）所示：

（2）

其中，v为电解质的离子数；R为理想气体常数，其值为8.3145 J/(mol•K)；T为绝对温度（K），本试验为温度梯度下，因此可取上下温度平均值；ΔCi为试样两端液体的浓度差（mM）；N为试验溶液的种类数。

有效扩散系数D*的计算公式如下：

（3）

其中，L为试样的高度（m），n为试样的孔隙率，Qt为单位面积累计溶质通量（mg/m2），可由下式计算得到：

（4）

其中，Δmj为一定时间间隔内储液瓶Ⅳ的溶质质量增量（g），ΔV为一定时间间隔内储液瓶Ⅳ的体积增量（L），Cb为一定时间间隔内储液瓶Ⅳ中的溶质浓度（mM）。

阻滞因子Rd可由下式求得：

（5）

其中，TL为Qt-t曲线横坐标截距（d）；

步骤14：通过调节气压控制阀及上温度控制器和下温度控制器，更换储液瓶Ⅰ的污染液浓度，重复步骤-，可得到不同应力-温度下的岩土工程材料的化学渗透膜效率系数、有效扩散系数及阻滞因子。

优选的，所述污染液为重金属溶液及有机污染溶液，所述岩土工程材料为膨润土基材料、水泥基材料、击实粘土及土工合成材料黏土衬垫。

与现有技术相比，本发明应力场-温度场耦合的柔性壁土柱化学渗透装置及其使用方法具有如下优势：

（1）实现了应力场-温度场作用下的化学渗透膜效率系数、扩散系数以及阻滞因子的测定，填补了国内外多场耦合测试技术的空白；

（2）采用柔性壁的形式进行测试，克服了刚性壁试验装置容易出现渗漏致使试验结果不真实的缺陷，提高了测试结果的准确性；

（3）实现了化学渗透膜效率系数、扩散系数以及阻滞因子的联合测定，简化了测试的操作过程、降低了测试成本，明显提高了岩土工程材料阻滞性能参数确定的效果。

附图说明

图1图1为本发明装置的结构示意图。

图2为实施例2中土-膨润土材料的化学渗透膜效率系数与时间的关系。

图3为实施例2中土-膨润土材料的有效扩散系数与硝酸铅浓度的关系。

图4为实施例2中土-膨润土材料的阻滞因子与硝酸铅浓度的关系。

图5为图1中的腔室顶盖和腔室壁相连接的结构示意图。

图6为图5中的A处放大结构示意图。

图中：1-试验腔室，2-围压腔室，3-精密液体注射泵，4-试样顶盖，5-试样底座，6-下透水石，7-上透水石，8-乳胶膜，9-试样，10-固定环，11-上温度控制器，12-下温度控制器，13-压差传感器，14-螺栓，15-数据采集仪，16-阀门，17-加热传感器，18-气压控制阀，19-空气压缩机，20-储液瓶Ⅰ，21-储液瓶Ⅱ、22-储液瓶Ⅳ，23-储液瓶Ⅲ，24-单向阀，25-注射器Ⅰ、26-注射器Ⅱ、27-注射器Ⅲ，28-注射器Ⅳ，29-腔室顶盖，30-腔室底座，31-腔室壁，32-围压区，33-密封橡胶板，34-环形密封垫，35-环形密封槽，36-卡槽，37-密封橡胶卡环，38-限位凸环，39-限位环形槽，40-螺母。

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1-6，应力场-温度场耦合的柔性壁土柱化学渗透装置，包括试验腔室1、围压腔室2、精密液体注射泵3、上温度控制器11、下温度控制器12、压差传感器13及数据采集仪15，试验腔室1包括腔室顶盖29、腔室底座30及腔室壁31，腔室壁31位于腔室顶盖29和腔室底座30之间并采用螺栓14相连，腔室底座30上部焊有试样底座5并固定连接有下透水石6、试样9、上透水石7及试样顶盖4，试样底座5及试样顶盖4分别与上温度控制器11、下温度控制器12、压差传感器13相连，上温度控制器11、下温度控制器12、压差传感器13与数据采集仪15相连，上透水石7及下透水石6分别与精密液体注射泵3相连，试验腔室1上设置有围压区32，围压区32通过管道与围压腔室2相连，且管道上设置有阀门16，围压腔室2上部连接有气压控制阀18及空气压缩机19，精密液体注射泵3包括注射器Ⅰ25、注射器Ⅱ26、注射器Ⅲ27及注射器Ⅳ28，注射器Ⅰ25通过两个单向阀24与试样顶盖4、储液瓶Ⅰ20相连，注射器Ⅱ26通过两个单向阀24与试样顶盖4、储液瓶Ⅱ21相连，注射器Ⅲ27通过两个单向阀24与试样底座5、储液瓶Ⅲ23相连，注射器Ⅳ28通过两个单向阀24与试样底座5、储液瓶Ⅳ22相连。

本实施例中，上透水石7与试样顶盖4之间以及下透水石6与试样底座5之间均设有空腔，空腔内设有加热传感器17，两个加热传感器17中位于上方的加热传感器17和上温度控制器11及压差传感器13相连，两个加热传感器17中位于下方的加热传感器17和下温度控制器12及压差传感器13相连。

本实施例中，试样9与围压区32之间设置有乳胶膜8，且试样9与围压区32通过乳胶膜8相分离，乳胶膜8的外部贴合有固定环10，乳胶膜8通过固定环10固定于试样顶盖4和试样底座5上，保证围压区32的液体不进入试样9中。

本实施例中，试样顶盖4和试样底座5采用特氟龙材料，并保证其具有良好的隔热性能，试样底座5与腔室底座30焊接在一起。

本实施例中，单向阀24设置有多个，且多个单向阀24分别和方向布置。

本实施例中，压差传感器13的量程为0-100 kPa，精度要求满足± 0.001 kPa，精密液体注射泵3的注射流速与回抽流速均为0.016478 μL/min-20.52105 mL/min，精密注射泵3的注射器Ⅰ25、注射器Ⅱ26、注射器Ⅲ27及注射器Ⅳ28的体积均为10 mL，上温度控制器11、下温度控制器12的温度控制范围为5-50 ℃，精度为± 0.1℃。

本实施例中，腔室顶盖29的底部固定连接有密封橡胶板33，且密封橡胶板33和腔室壁31的开口处相适配，腔室壁31的顶部开设有环形密封槽35，腔室顶盖29的底部固定连接有环形密封橡胶垫34，且环形密封橡胶垫34和环形密封槽35相适配，密封橡胶板33的外侧固定套设有密封橡胶卡环37，腔室壁31的内壁环形开设有卡槽36，且密封橡胶卡环37和卡槽36相适配，腔室壁31的顶部开设有限位环形槽39，腔室顶盖29的底部固定连接有限位凸环38，且限位凸环38和限位环形槽39相卡合，通过利用环形密封垫34、密封橡胶卡环37以及限位凸环38提高了腔室顶盖29和腔室壁31连接的密封性能。

应力场-温度场耦合的柔性壁土柱化学渗透测试方法，包括以下步骤：

步骤1：将试样底座5、下透水石6、试样9、上透水石7及试样顶盖4组装，采用乳胶膜8固定试样9，并采用固定环10固定乳胶膜8；

步骤2：将腔室底座30、腔室壁31以及腔室顶盖29使用螺栓14连接，组成试验腔室1；

步骤3：将上温度控制器11、下温度控制器12、压差传感器13与试验腔室1连接，并连接数据采集仪15；

步骤4：将精密液体注射泵3与试验腔室1连接，安装注射器Ⅰ25、注射器Ⅱ26、注射器Ⅲ27及注射器Ⅳ28于精密液体注射泵3，并安装单向阀24、储液瓶Ⅰ20、储液瓶Ⅱ21、储液瓶Ⅲ23及储液瓶Ⅳ22；

步骤5：将试验腔室1和围压腔室2连接，关闭阀门16；

步骤6：将气压控制阀18、空气压缩机19与围压腔室2连接；

步骤7：打开空气压缩机19，通过调节气压控制阀18控制围压，打开阀门16，使围压腔室2中的自来水进如围压区32，对试样9施加围压；

步骤8：观察试验腔室1是否漏水；若漏水重复步骤2，反之进行步骤9；

步骤9：在储液瓶Ⅰ20、储液瓶Ⅱ21、储液瓶Ⅲ23及储液瓶Ⅳ22中加满去离子水，并打开精密液体注射泵3，设置注射流速与回抽流速；

步骤10：待储液瓶Ⅱ21和储液瓶Ⅳ22收集到稳定的水流后，调节上温度控制器11和下温度控制器12，设置试样9上下温度梯度；

步骤11：打开数据采集仪15记录温度变化及压差变化；

步骤12：待压差变化小于0.01 kPa/24h时，将储液瓶Ⅰ20中的去离子水替换为目标污染物溶液，并持续监测压差变化，并对储液瓶Ⅱ21、储液瓶Ⅲ23及储液瓶Ⅳ22进行pH值、电导率及浓度检测；

步骤13：根据监测的压差和储液瓶Ⅱ21、储液瓶Ⅲ23及储液瓶Ⅳ22中溶液的浓度得到试样9的化学渗透膜效率系数：

（1）

其中，ω为化学渗透膜效率系数；ΔP为试验中压差传感器13实际测得的试样两端的压差（kPa）；Δπ为试样两端化学渗透压差的理论值（kPa），其数值可采用van’t Hoff方程计算，如式（2）所示：

（2）

其中，v为电解质的离子数；R为理想气体常数，其值为8.3145 J/(mol•K)；T为绝对温度（K），本试验为温度梯度下，因此可取上下温度平均值；ΔCi为试样两端液体的浓度差（mM）；N为试验溶液的种类数。

有效扩散系数D*的计算公式如下：

（3）

其中，L为试样9的高度（m），n为试样9的孔隙率，Qt为单位面积累计溶质通量（mg/m2），可由下式计算得到：

（4）

其中，Δmj为一定时间间隔内储液瓶Ⅳ22的溶质质量增量（g），ΔV为一定时间间隔内储液瓶Ⅳ22的体积增量（L），Cb为一定时间间隔内储液瓶Ⅳ22中的溶质浓度（mM）。

阻滞因子Rd可由下式求得：

（5）

其中，TL为Qt-t曲线横坐标截距（d）；

步骤14：通过调节气压控制阀18及上温度控制器11和下温度控制器12，更换储液瓶Ⅰ20的污染液浓度，重复步骤12-13，可得到不同应力-温度下的岩土工程材料的化学渗透膜效率系数、有效扩散系数及阻滞因子。

本实施例中，污染液为重金属溶液及有机污染溶液，岩土工程材料为膨润土基材料、水泥基材料、击实粘土及土工合成材料黏土衬垫。

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 (9)

1.应力场-温度场耦合的柔性壁土柱化学渗透装置，其特征在于，包括试验腔室（1）、围压腔室（2）、精密液体注射泵（3）、上温度控制器（11）、下温度控制器（12）、压差传感器（13）及数据采集仪（15），所述试验腔室（1）包括腔室顶盖（29）、腔室底座（30）及腔室壁（31），腔室壁（31）位于腔室顶盖（29）和腔室底座（30）之间并采用螺栓（14）相连，所述腔室底座（30）上部焊有试样底座（5）并固定连接有下透水石（6）、试样（9）、上透水石（7）及试样顶盖（4），试样底座（5）及试样顶盖（4）分别与上温度控制器（11）、下温度控制器（12）、压差传感器（13）相连，上温度控制器（11）、下温度控制器（12）、压差传感器（13）与数据采集仪（15）相连，上透水石（7）及下透水石（6）分别与精密液体注射泵（3）相连，试验腔室（1）上设置有围压区（32），所述围压区（32）通过管道与围压腔室（2）相连，且管道上设置有阀门（16），所述围压腔室（2）上部连接有气压控制阀（18）及空气压缩机（19），所述精密液体注射泵（3）包括注射器Ⅰ（25）、注射器Ⅱ（26）、注射器Ⅲ（27）及注射器Ⅳ（28），注射器Ⅰ（25）通过两个单向阀（24）与试样顶盖（4）、储液瓶Ⅰ（20）相连，注射器Ⅱ（26）通过两个单向阀（24）与试样顶盖（4）、储液瓶Ⅱ（21）相连，注射器Ⅲ（27）通过两个单向阀（24）与试样底座（5）、储液瓶Ⅲ（23）相连，注射器Ⅳ（28）通过两个单向阀（24）与试样底座（5）、储液瓶Ⅳ（22）相连。

2.按照权利要求1所述应力场-温度场耦合的柔性壁土柱化学渗透装置，其特征在于，所述上透水石（7）与试样顶盖（4）之间以及下透水石（6）与试样底座（5）之间均设有空腔，所述空腔内设有加热传感器（17），两个加热传感器（17）中位于上方的加热传感器（17）和上温度控制器（11）及压差传感器（13）相连，两个加热传感器（17）中位于下方的加热传感器（17）和下温度控制器（12）及压差传感器（13）相连。

3.按照权利要求1所述应力场-温度场耦合的柔性壁土柱化学渗透装置，其特征在于，所述试样（9）与围压区（32）之间设置有乳胶膜（8），且试样（9）与围压区（32）通过乳胶膜（8）相分离，乳胶膜（8）的外部贴合有固定环（10），乳胶膜（8）通过固定环（10）固定于试样顶盖（4）和试样底座（5）上，保证围压区（32）的液体不进入试样（9）中。

4.按照权利要求1所述应力场-温度场耦合的柔性壁土柱化学渗透装置，其特征在于，所述试样顶盖（4）和试样底座（5）采用特氟龙材料，并保证其具有良好的隔热性能，试样底座（5）与腔室底座（30）焊接在一起。

5.按照权利要求1所述应力场-温度场耦合的柔性壁土柱化学渗透装置，其特征在于，所述单向阀（24）设置有多个，且多个单向阀（24）分别和方向布置。

6.按照权利要求1所述应力场-温度场耦合的柔性壁土柱化学渗透装置，其特征在于，所述压差传感器（13）的量程为0-100 kPa，精度要求满足± 0.001 kPa，所述精密液体注射泵（3）的注射流速与回抽流速均为0.016478 μL/min-20.52105 mL/min，精密注射泵（3）的注射器Ⅰ（25）、注射器Ⅱ（26）、注射器Ⅲ（27）及注射器Ⅳ（28）的体积均为10 mL，所述上温度控制器（11）、下温度控制器（12）的温度控制范围为5-50 ℃，精度为± 0.1℃。

7.按照权利要求1所述应力场-温度场耦合的柔性壁土柱化学渗透装置，其特征在于，所述腔室顶盖（29）的底部固定连接有密封橡胶板（33），且密封橡胶板（33）和腔室壁（31）的开口处相适配，所述腔室壁（31）的顶部开设有环形密封槽（35），所述腔室顶盖（29）的底部固定连接有环形密封橡胶垫（34），且环形密封橡胶垫（34）和环形密封槽（35）相适配，所述密封橡胶板（33）的外侧固定套设有密封橡胶卡环（37），所述腔室壁（31）的内壁环形开设有卡槽（36），且密封橡胶卡环（37）和卡槽（36）相适配，所述腔室壁（31）的顶部开设有限位环形槽（39），所述腔室顶盖（29）的底部固定连接有限位凸环（38），且限位凸环（38）和限位环形槽（39）相卡合，通过利用环形密封垫（34）、密封橡胶卡环37以及限位凸环（38）提高了腔室顶盖（29）和腔室壁（31）连接的密封性能。

8.按照权利要求1-8任意一项所述应力场-温度场耦合的柔性壁土柱化学渗透测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：将试样底座（5）、下透水石（6）、试样（9）、上透水石（7）及试样顶盖（4）组装，采用乳胶膜（8）固定试样（9），并采用固定环（10）固定乳胶膜（8）；

步骤2：将腔室底座（30）、腔室壁（31）以及腔室顶盖（29）使用螺栓（14）连接，组成试验腔室（1）；

步骤3：将上温度控制器（11）、下温度控制器（12）、压差传感器（13）与试验腔室（1）连接，并连接数据采集仪（15）；

步骤4：将精密液体注射泵（3）与试验腔室（1）连接，安装注射器Ⅰ（25）、注射器Ⅱ（26）、注射器Ⅲ（27）及注射器Ⅳ（28）于精密液体注射泵（3），并安装单向阀（24）、储液瓶Ⅰ（20）、储液瓶Ⅱ（21）、储液瓶Ⅲ（23）及储液瓶Ⅳ（22）；

步骤5：将试验腔室（1）和围压腔室（2）连接，关闭阀门（16）；

步骤6：将气压控制阀（18）、空气压缩机（19）与围压腔室（2）连接；

步骤7：打开空气压缩机（19），通过调节气压控制阀（18）控制围压，打开阀门（16），使围压腔室（2）中的自来水进如围压区（32），对试样（9）施加围压；

步骤8：观察试验腔室（1）是否漏水；若漏水重复步骤2，反之进行步骤9；

步骤9：在储液瓶Ⅰ（20）、储液瓶Ⅱ（21）、储液瓶Ⅲ（23）及储液瓶Ⅳ（22）中加满去离子水，并打开精密液体注射泵（3），设置注射流速与回抽流速；

步骤10：待储液瓶Ⅱ（21）和储液瓶Ⅳ（22）收集到稳定的水流后，调节上温度控制器（11）和下温度控制器（12），设置试样（9）上下温度梯度；

步骤11：打开数据采集仪（15）记录温度变化及压差变化；

步骤12：待压差变化小于0.01 kPa/24h时，将储液瓶Ⅰ（20）中的去离子水替换为目标污染物溶液，并持续监测压差变化，并对储液瓶Ⅱ（21）、储液瓶Ⅲ（23）及储液瓶Ⅳ（22）进行pH值、电导率及浓度检测；

步骤13：根据监测的压差和储液瓶Ⅱ（21）、储液瓶Ⅲ（23）及储液瓶Ⅳ（22）中溶液的浓度得到试样（9）的化学渗透膜效率系数：

（1）

其中，ω为化学渗透膜效率系数；ΔP为试验中压差传感器（13）实际测得的试样两端的压差（kPa）；Δπ为试样两端化学渗透压差的理论值（kPa），其数值可采用van’t Hoff方程计算，如式（2）所示：

（2）

其中，v为电解质的离子数；R为理想气体常数，其值为8.3145 J/(mol•K)；T为绝对温度（K），本试验为温度梯度下，因此可取上下温度平均值；ΔCi为试样两端液体的浓度差（mM）；N为试验溶液的种类数；

有效扩散系数D*的计算公式如下：

（3）

其中，L为试样（9）的高度（m），n为试样（9）的孔隙率，Qt为单位面积累计溶质通量（mg/m2），可由下式计算得到：

（4）

其中，Δmj为一定时间间隔内储液瓶Ⅳ（22）的溶质质量增量（g），ΔV为一定时间间隔内储液瓶Ⅳ（22）的体积增量（L），Cb为一定时间间隔内储液瓶Ⅳ（22）中的溶质浓度（mM）；

阻滞因子Rd可由下式求得：

（5）

其中，TL为Qt-t曲线横坐标截距（d）；

步骤14：通过调节气压控制阀（18）及上温度控制器（11）和下温度控制器（12），更换储液瓶Ⅰ（20）的污染液浓度，重复步骤12-13，可得到不同应力-温度下的岩土工程材料的化学渗透膜效率系数、有效扩散系数及阻滞因子。

9.按照权利要求8所述应力场-温度场耦合的柔性壁土柱化学渗透装置的测试方法，其特征在于，所述污染液为重金属溶液及有机污染溶液，所述岩土工程材料为膨润土基材料、水泥基材料、击实粘土及土工合成材料黏土衬垫。

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