[发明专利]一种可调节充填裂隙倾斜角的溶质运移试验装置及方法

权利要求书

1.一种可调节充填裂隙倾斜角的溶质运移试验装置，其特征在于，包括底座(14)、进水系统、裂隙模型、出水系统、监测系统、角度调节系统；

进水系统包含恒压进水槽(1)、进水缓冲箱(2)；

出水系统包含恒压出水槽(8)、出水缓冲箱(7)；

裂隙模型(5)的两端底部分别设有溶质注入口(3)及取样口(6)，所述裂隙模型(5)通过溶质主入口(3)注入有已知浓度的NaCl溶液；

所述监测系统包括电极(4)、DT85G数据采集仪、电脑，所述电极(4)包括参考电极(401)以及六个测量电极(402)；

所述裂隙模型(5)靠近溶质注入口(3)的一端通过导管依次连接进水缓冲箱(2)、恒压进水槽(1)；所述裂隙模型(5)靠近取样口(6)的一端通过导管依次连接出水缓冲箱(7)、恒压出水槽(8)；所述参考电极(401)设置于进水缓冲箱(2)内，所述六个测量电极(402)依次间距150mm布置于裂隙模型(5)内；所述六个测量电(402)以及参考电极(401)均通过导线与DT85G数据采集仪相连，所述DT85G数据采集仪将获取的数据传输并储存到电脑上；

所述角度调节系统包括载物板(11)、上固定装置(9)、下固定装置(10)、锯齿形螺杆(12)以及量角尺(13)，置于裂隙模型(5)下端载物板(11)之上，所述裂隙模型(5)的两端分别通过上固定装置(9)、下固定装置(10)限位在载物板(11)上，所述载物板(11)的一端通过转轴连接在底座(14)上一端，另一端通过锯齿形螺杆(12)定位固定；载物板(11)、锯齿形螺杆(12)与底座(14)之间形成三角形稳定结构；所述转轴的轴心处设有量角尺(13)。

2.根据权利要求1所述的可调节充填裂隙倾斜角的溶质运移试验装置，其特征在于，所述裂隙模型(5)尺寸为：长1200mm×宽200mm×隙宽5mm，可根据试验的需要调整隙宽；裂隙模型内等间距的六个测量电极(402)记为1#测量电极、2#测量电极、3#测量电极、4#测量电极、5#测量电极以及6#测量电极，1#测量电极设置在距溶质注入口(3)100mm处。

3.根据权利要求1所述的可调节充填裂隙倾斜角的溶质运移试验装置，其特征在于，所述电极(4)为直径2mm的铜棒。

4.根据权利要求1所述的可调节充填裂隙倾斜角的溶质运移试验装置，其特征在于，所述裂隙模型(5)内充填河砂。

5.根据权利要求1所述的可调节充填裂隙倾斜角的溶质运移试验装置，其特征在于，所述锯齿形螺杆(12)可根据需要调节在载物板(11)和底座(14)上的相对位置。

6.根据权利要求1所述的可调节充填裂隙倾斜角的溶质运移试验装置，其特征在于，所述量角尺(12)平行于底座。

7.一种可调节充填裂隙倾斜角的溶质运移试验方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、水流试验：调节好试验裂隙角度，利用备好的砂样填充裂隙模型，调节上、下游水箱，通过改变上下游水位差调整水流速度；试验时，在出水口处采用体积法测得流量，计算出水流平均流速，开展了平均流速为0.202mm/s-2.652mm/s范围内充填裂隙水流试验；

S2、溶质运移试验：选取水流平均流速u为0.247mm/s、0.431mm/s和0.661mm/s，开展充填裂隙溶质运移试验；试验过程中，溶质注入后，立即在取样口处取样，采用电导率仪(DDS-307)测试其电导率，计算NaCl溶液浓度，绘制穿透曲线(BTC)；

S3、自然电位监测：设置参考电极于进水缓冲箱内，测量电极于充填裂隙模型内，利用监测系统动态采集溶质运移试验过程中自然电位响应数据，采集频率为5s/次；试验用水为实验室内自来水，试验过程中室温基本稳定在25℃。

8.根据权利要求7所述的可调节充填裂隙倾斜角的溶质运移试验方法，其特征在于，在所述步骤S2中：溶质运移试验开始前，保持裂隙模型系统内水流稳定，首先进行示踪剂运移预试验，以确定溶质初始和最后到达时间，作为取样与监测时间间隔依据；连续两次溶质运移试验之间，充填裂隙用试验用水冲洗足够长时间，直至测得NaCl浓度低于检出限。