[发明专利]土工离心机机载的渗流量和出流浓度实时监测装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于土工测试技术领域，特别涉及一套土工离心机机载的渗流量和出流浓度实时自动监测装置及方法。

背景技术

固体废弃物填埋场的底部和四周设置有防污屏障，以防止渗滤液渗透与扩散污染周边地下水及土体。一个达标的防污屏障渗透系数很低，污染物在其中迁移速度很慢，需经数十年甚至上百年才会击穿防污屏障。防污屏障的击穿时间及击穿后出流量和出流浓度是重要的设计指标。这些设计指标虽然可通过理论分析或数值模拟确定，但其正确与否仍依赖于试验或现场监测数据验证。然而，传统的室内土柱试验和现场监测均难以模拟长达数十年甚至上百年的迁移过程。土工离心机模型试验具有缩时、缩尺效应，可在短时间内模拟长历时的迁移过程。土工离心机的模拟原理是利用高速旋转的长臂离心机,产生上百倍的重力加速度(g)，在小比尺物理模型上再现原型的重力场，当重力加速度(g)提高N倍，模型尺寸可缩小N倍，流体运移速度提高N倍，运移时间缩短N²倍，这样长达数十年的污染物运移问题可以在土工离心机中用数天完成试验模拟。例如，在100g重力加速度的土工离心机中开展模型试验，100年的迁移过程仅需3.65天即可完成。因此土工离心机是试验模拟污染物在防污屏障中长期迁移问题不可或缺的工具。

污染物通过防污屏障迁移的离心模型试验主要包括以下步骤：按照比尺（1：N）制备一个防污屏障模型（如图1所示），在屏障模型的上游面施加一定高度和浓度的污染液，安装并连接好所需的监测设备，然后开启离心机并加速至指定的加速度（Ng）方法，屏障模型上面的污染液在水头和浓度梯度作用向下迁移，经过一定时间后从屏障模型的下游面渗出，渗出的流体体积和浓度由监测设备实时测量。上述离心模型试验的关键技术难题之一是如何在高速旋转的离心机环境中自动实时监测渗流量和出流浓度。现有的监测方法主要有两种：（1）全量量测及反分析，即用一个足够大容器收集整个试验过程中渗出液，等离心机停止后取下容器测量总的渗流量和累积浓度，然后根据这两个数据利用有关理论进行反分析得到防污屏障的渗流量和出流浓度随时间变化曲线。（2）分时段收集和测量渗出液，该方法是在防污屏障模型下面安装一个转盘，在转盘的圆周上按一定间距布置若干个开口容器，其中一个容器上口正好对准屏障模型溢流口，转盘与一台步进电机相连接。试验开始后，步进电机控制转盘绕圆心转动，每隔一段时间将一个容器转到屏障模型溢流口位置接收渗出液，依次进行直到试验结束，离心机停止后取出所有容器测量其中渗出液的体积和浓度，即可得到每个容器收集时段所对应的渗流量和浓度。上述第（1）种方法是非实时监测方法，渗流量和出流浓度随时间变化曲线是通过理论反分析间接获得。第（2）种方法比第（2）种有所改进，但其测试精度取决于容器的数量和步进电机的控制精度，实际操作中难以达到以秒计的实时精度，因此也难以获得准确的击穿时间。

发明内容

本发明的目的在于提供一种土工离心机机载的渗流量和出流浓度实时监测装置及方法。

本发明采用的技术方案是：

土工离心机机载的渗流量和浓度实时监测装置，包括量测筒，对照筒，电导电极，差压传感器，收集管路；量测筒和对照筒为一对连体的内径和高度均相同、上端开口的有机玻璃圆筒；在量测筒和对照筒的侧壁靠近底部的地方各开一螺纹孔，分别用软管接差压传感器的两端；在量测筒底面开一孔，反向安装电导电极；收集管路向下一直延伸至量测筒底部。

所述的收集管路与防污屏障模型相连。

试验时该监测装置与防污屏障模型一起安装在土工离心机的吊篮中。

所述的电导电极和差压传感器的数据传输线与土工离心机数采系统的端口相连。