[发明专利]一种饱和土层中溶质垂直有效扩散系数的测定装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种垂直扩散系数的测定装置及方法，尤其是涉及一种饱和土层中溶质垂直有效扩散系数的测定装置及方法。

背景技术

目前大多数国家对固体废弃物的处置仍以填埋为主，废弃物的简单填埋是地下水资源的污染源。污染源随着雨水冲刷，产生的污染物在饱和土层中通过垂直扩散，迁移至深层土层，进而污染了地下水资源。因此掌握饱和土层中污染物的垂直扩散规律有助于对污染物的隔离。

此外，随着社会的发展，越来越多的地下建筑投入使用，而工业、农业、生活废弃物的排放，都会使溶质在饱和土层中扩散到地下结构，导致地下结构混凝土腐蚀等多种病害产生，严重影响地下结构的使用性能，使地下结构未达设计基准期即需大修，既浪费了大量资金，又影响地下结构的正常使用，缩短了维护周期和使用寿命。因此在设计和施工新建地下结构时，如能掌握饱和土层中污染源的扩散规律，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。因此针对饱和土层中溶质垂直扩散规律研究迫在眉睫。

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，通过对饱和土层中溶质垂直扩散规律进行研究，为实际工程饱和土层中溶质垂直扩散运移规律提供参考依据。饱和土层中溶质垂直扩散系数的测定是研究饱和土层中溶质垂直扩散规律的最有效方法之一。传统的饱和土层中溶质垂直扩散装置单一，通过提取试验土样、加酸萃取等复杂工序得到溶质浓度，提取试验土样过程易出差错，由此产生的误差较大；另外，传统方法试验开始前难以确保试样土样饱和，导致试验过程中存在溶液渗流现象，从而加速了溶质迁移造成试验误差；其次，试验过程中溶液水分易挥发，导致溶液浓度上升，从而对试验造成误差；同时传统的饱和土层中溶质垂直扩散装置侧壁与土样孔隙较大，侧壁处溶质浓度上升，溶质从侧壁扩散，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饱和土层中溶质垂直有效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：

一种饱和土层中溶质垂直有效扩散系数的测定装置，该装置包括测定装置主体箱，所述的测定装置主体箱内由下而上依次为水槽、试验土样区和溶液区，所述的水槽内填充石英砂，所述的试验土样区填充试验土样，所述的试验土样区均匀设有取样管，所述的取样管垂直穿过测定装置主体箱并伸入至试验土样中；

进行测定试验时，首先，在测定装置主体箱中依次填充石英砂和试验土样，密封取样管，向溶液区加入自来水直至土样饱和，然后，将溶液区自来水置换为相同液位高度的溶液，最后，打开取样管获取滤液并分析确定饱和土层中溶质垂直有效扩散系数。

该装置还包括用于确定土样饱和的测水压管，所述的测水压管沿垂直方向设置，测水压管下端连通至所述的水槽，所述的测水压管上设有止回阀；

向溶液区加入自来水，测水压管中的自来水与溶液区的自来水齐平后确定土样饱和。

所述的试验土样区上部设有挡水凸缘，所述的挡水凸缘固定于测定装置主体箱内侧壁并向箱体中心位置凸出。

所述的取样管为注射器状，取样管伸入试验土样的一端设有滤网，取样管活动设置活塞。

所述的测定装置主体箱为圆柱形箱体，测定装置主体箱上下端分别设有用于密封的密封顶盖和密封底盖。

所述的石英砂和试验土样之间设有用于将两者分隔的土工织物。

在进行测定试验时，溶液上方还设置一层油层。

一种采用上述饱和土层中溶质垂直有效扩散系数的测定装置的测定方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

(1)在取样管前端放置滤网，密封取样管；

(2)在水槽内填满石英砂，在石英砂上铺设土工织物；

(3)将试验土样分层填入测定装置主体箱中的土工织物上方，并在试验土样上方放入一定高度的自来水；

(4)自来水经渗流填满水槽，确认试验土样饱和后将试验土样上方自来水置换为相同液位高度的溶液，并在溶液上方覆盖油层；

(5)封闭测定装置主体箱，待试验土样浸泡至预定时间后，打开取样管收集滤液，对滤液进行分析得到饱和土层中溶质垂直有效扩散系数。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

(1)本发明通过设置取样管，直接从饱和土层中收集滤液，减少了提取试验土样、加酸萃取等复杂工序，且避免了由此产生的误差，试验简单、快捷，误差较小；