[發(fā)明專利]土工離心機(jī)機(jī)載的滲流量和出流濃度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)裝置及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310048649.6
• 申請(qǐng)日: 2013-02-07
• 公開（公告）號(hào): CN103091372A
• 公開（公告）日: 2013-05-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 詹良通;曾興;陳云敏;孔令剛;黃錦舒
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N27/02
• 分類號(hào): G01N27/02;G01F1/34
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 張法高

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于土工測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一套土工離心機(jī)機(jī)載的滲流量和出流濃度實(shí)時(shí)自動(dòng)監(jiān)測(cè)裝置及方法。

背景技術(shù)

固體廢棄物填埋場(chǎng)的底部和四周設(shè)置有防污屏障，以防止?jié)B濾液滲透與擴(kuò)散污染周邊地下水及土體。一個(gè)達(dá)標(biāo)的防污屏障滲透系數(shù)很低，污染物在其中遷移速度很慢，需經(jīng)數(shù)十年甚至上百年才會(huì)擊穿防污屏障。防污屏障的擊穿時(shí)間及擊穿后出流量和出流濃度是重要的設(shè)計(jì)指標(biāo)。這些設(shè)計(jì)指標(biāo)雖然可通過(guò)理論分析或數(shù)值模擬確定，但其正確與否仍依賴于試驗(yàn)或現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)驗(yàn)證。然而，傳統(tǒng)的室內(nèi)土柱試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)均難以模擬長(zhǎng)達(dá)數(shù)十年甚至上百年的遷移過(guò)程。土工離心機(jī)模型試驗(yàn)具有縮時(shí)、縮尺效應(yīng)，可在短時(shí)間內(nèi)模擬長(zhǎng)歷時(shí)的遷移過(guò)程。土工離心機(jī)的模擬原理是利用高速旋轉(zhuǎn)的長(zhǎng)臂離心機(jī),產(chǎn)生上百倍的重力加速度(g)，在小比尺物理模型上再現(xiàn)原型的重力場(chǎng)，當(dāng)重力加速度(g)提高N倍，模型尺寸可縮小N倍，流體運(yùn)移速度提高N倍，運(yùn)移時(shí)間縮短N(yùn)²倍，這樣長(zhǎng)達(dá)數(shù)十年的污染物運(yùn)移問(wèn)題可以在土工離心機(jī)中用數(shù)天完成試驗(yàn)?zāi)M。例如，在100g重力加速度的土工離心機(jī)中開展模型試驗(yàn)，100年的遷移過(guò)程僅需3.65天即可完成。因此土工離心機(jī)是試驗(yàn)?zāi)M污染物在防污屏障中長(zhǎng)期遷移問(wèn)題不可或缺的工具。

污染物通過(guò)防污屏障遷移的離心模型試驗(yàn)主要包括以下步驟：按照比尺（1：N）制備一個(gè)防污屏障模型（如圖1所示），在屏障模型的上游面施加一定高度和濃度的污染液，安裝并連接好所需的監(jiān)測(cè)設(shè)備，然后開啟離心機(jī)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頭和濃度梯度作用向下遷移，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間后從屏障模型的下游面滲出，滲出的流體體積和濃度由監(jiān)測(cè)設(shè)備實(shí)時(shí)測(cè)量。上述離心模型試驗(yàn)的關(guān)鍵技術(shù)難題之一是如何在高速旋轉(zhuǎn)的離心機(jī)環(huán)境中自動(dòng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)滲流量和出流濃度。現(xiàn)有的監(jiān)測(cè)方法主要有兩種：（1）全量量測(cè)及反分析，即用一個(gè)足夠大容器收集整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中滲出液，等離心機(jī)停止后取下容器測(cè)量總的滲流量和累積濃度，然后根據(jù)這兩個(gè)數(shù)據(jù)利用有關(guān)理論進(jìn)行反分析得到防污屏障的滲流量和出流濃度隨時(shí)間變化曲線。（2）分時(shí)段收集和測(cè)量滲出液，該方法是在防污屏障模型下面安裝一個(gè)轉(zhuǎn)盤，在轉(zhuǎn)盤的圓周上按一定間距布置若干個(gè)開口容器，其中一個(gè)容器上口正好對(duì)準(zhǔn)屏障模型溢流口，轉(zhuǎn)盤與一臺(tái)步進(jìn)電機(jī)相連接。試驗(yàn)開始后，步進(jìn)電機(jī)控制轉(zhuǎn)盤繞圓心轉(zhuǎn)動(dòng)，每隔一段時(shí)間將一個(gè)容器轉(zhuǎn)到屏障模型溢流口位置接收滲出液，依次進(jìn)行直到試驗(yàn)結(jié)束，離心機(jī)停止后取出所有容器測(cè)量其中滲出液的體積和濃度，即可得到每個(gè)容器收集時(shí)段所對(duì)應(yīng)的滲流量和濃度。上述第（1）種方法是非實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)方法，滲流量和出流濃度隨時(shí)間變化曲線是通過(guò)理論反分析間接獲得。第（2）種方法比第（2）種有所改進(jìn)，但其測(cè)試精度取決于容器的數(shù)量和步進(jìn)電機(jī)的控制精度，實(shí)際操作中難以達(dá)到以秒計(jì)的實(shí)時(shí)精度，因此也難以獲得準(zhǔn)確的擊穿時(shí)間。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種土工離心機(jī)機(jī)載的滲流量和出流濃度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)裝置及方法。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

土工離心機(jī)機(jī)載的滲流量和濃度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)裝置，包括量測(cè)筒，對(duì)照筒，電導(dǎo)電極，差壓傳感器，收集管路；量測(cè)筒和對(duì)照筒為一對(duì)連體的內(nèi)徑和高度均相同、上端開口的有機(jī)玻璃圓筒；在量測(cè)筒和對(duì)照筒的側(cè)壁靠近底部的地方各開一螺紋孔，分別用軟管接差壓傳感器的兩端；在量測(cè)筒底面開一孔，反向安裝電導(dǎo)電極；收集管路向下一直延伸至量測(cè)筒底部。

所述的收集管路與防污屏障模型相連。

試驗(yàn)時(shí)該監(jiān)測(cè)裝置與防污屏障模型一起安裝在土工離心機(jī)的吊籃中。

所述的電導(dǎo)電極和差壓傳感器的數(shù)據(jù)傳輸線與土工離心機(jī)數(shù)采系統(tǒng)的端口相連。