[发明专利]不同水力梯度下的氯离子垂直扩散系数的测定装置及方法

说明书

本发明涉及一种不同水力梯度下的氯离子垂直扩散系数的测定装置及方法，该装置包括伸缩支架、用于盛放试验土样的测定装置主体箱以及盛放氯离子溶液的供液箱，测定装置主体箱底部设有集液口，测定装置主体箱顶部设置密封顶盖，供液箱设置在伸缩支架上，供液箱通过软管连通测定装置主体箱；首先，在测定装置主体箱中填入试验土样并采用自来水淋滤，试验土样饱和后，在测定装置主体箱上盖上密封顶盖，将氯离子溶液注入供液箱，调节伸缩支架高度，从而达到设定的水力梯度，然后，通过软管向试验土样注入氯离子溶液，最后收集集液口的滤液进行分析确定该水利梯度下的氯离子垂直扩散系数。与现有技术相比，本发明结构简单、测量结果准确可靠。

技术领域

本发明涉及一种氯离子垂直扩散系数的测定装置及方法，尤其是涉及一种不同水力梯度下的氯离子垂直扩散系数的测定装置及方法。

背景技术

随着社会的发展，越来越多的越江海盾构隧道投入建设、使用，如上海长江隧道、渤海湾跨海通道、琼州海峡海底隧道等等。

隧道上覆土层冲刷、隧道渗漏等不利因素，都会使氯离子随着高压渗流水渗透到管片迎水土面，导致盾构隧道接头螺栓锈蚀、弹性密封垫及衬砌混凝土腐蚀等多种病害产生，严重影响隧道的使用性能，使隧道结构未达设计基准期即需大修，既浪费了大量资金，又影响隧道的正常使用，缩短了维护周期和使用寿命，严重时还会威胁隧道内行车安全。如果对隧道的病害不及时进行治理，会使衬砌结构造成进一步损坏，甚至使隧道报废。因此在设计和施工新建隧道时，如能掌握上覆土层中氯离子的运移规律，则能采取相应的防范措施，可减少此类病害的发生，提高结构安全性，减少维修费用。

区别于一般水底隧道，越江海隧道所处环境表现为高水压侵蚀环境，以琼州海峡为例，最大水深达到200m，当海底隧道埋深为10m，水力梯度达到20:1。根据达西定律，渗流水速率与水力梯度成正比，高水力梯度加速了氯离子运移，因此针对高水力梯度环境下盾构隧道上覆土层的氯离子运移规律研究迫在眉睫。

模型试验是解决复杂工程问题和研究科学理论问题必不可少的手段，通过对不同水力梯度下的氯离子运移规律进行研究，建立水力梯度与氯离子垂直弥散度的关系，为实际工程中不同工况条件下的氯离子运移规律提供参考依据。氯离子垂直扩散系数的测定是研究氯离子垂直运移规律的最有效方法之一。传统的氯离子垂直扩散装置截面和高度固定，溶液用量较大，且试验过程中水分易挥发，导致溶液溶度上升，从而对试验造成误差；同时装置侧壁与土样孔隙较大，易存在“短流”现象，溶液从侧壁孔隙处渗流与正常渗滤液混合，造成试验误差甚至试验失败。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种不同水力梯度下的氯离子垂直扩散系数的测定装置及方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种不同水力梯度下的氯离子垂直扩散系数的测定装置，该装置包括用于盛放试验土样的测定装置主体箱以及盛放氯离子溶液的供液箱，所述的测定装置主体箱底部设有集液口，该装置还包括伸缩支架，所述的测定装置主体箱顶部设置密封顶盖，所述的供液箱设置在伸缩支架上，所述的供液箱通过软管连通所述的测定装置主体箱，所述的软管穿过所述的密封顶盖设置；

首先，在测定装置主体箱中填入试验土样并采用自来水淋滤，试验土样饱和后，在测定装置主体箱上盖上密封顶盖，将氯离子溶液注入供液箱，调节伸缩支架高度，从而达到设定的水力梯度，然后，通过软管向试验土样注入氯离子溶液，最后收集集液口的滤液进行分析确定该水利梯度下的氯离子垂直扩散系数。

所述的测定装置主体箱为圆柱形筒体，所述的圆柱形筒体底部为双层腔体结构，其内腔为顺流槽，外腔为分流槽，所述的分流槽底部通过环状密封底盖进行密封，所述的分流槽侧壁设置分流口，所述的顺流槽底部设置多孔底盖，集液口设置在所述的顺流槽下方并与所述的顺流槽密封设置。

所述的集液口为漏斗状，集液口大口径端与所述的顺流槽密封连接。