[發明專利]一種采礦廢石堆體降雨入滲實驗裝置及方法

有效

• 申請號: 201310483203.6
• 申請日: 2013-10-15
• 公開（公告）號: CN103543095A
• 公開（公告）日: 2014-01-29
• 發明（設計）人: 姜利國;尹成薇;梁冰;董擎;鄭澤;趙穎;陳億軍;薛強;譚曉引
• 申請（專利權）人: 遼寧工程技術大學;中國科學院武漢巖土力學研究所
• 主分類號: G01N17/00
• 分類號: G01N17/00
• 代理公司: 沈陽東大專利代理有限公司 21109
• 代理人: 梁焱

技術領域

本發明屬于環境巖土工程領域，具體涉及一種采礦廢石堆體降雨入滲實驗裝置及方法。

背景技術

近年來，隨著我國工業化的迅速發展，礦產資源的需求與日俱增。在對煤炭及金屬礦產的開發利用過程中，會產生大量含有重金屬元素及其它有毒有害物質的廢石、廢渣及尾礦等固體廢棄物。這些固體廢棄物隨開采活動被運至地表后，通常所采用的處置方式為露天集中堆存，形成體積龐大的采礦廢石堆體。在自然降水的長期淋濾作用下，廢石中的有毒有害物質會發生溶解、遷移、沉淀等地球化學作用，從而對附近的土壤-水環境產生污染。

目前，從實驗角度對降雨淋濾作用的模擬主要采用土柱淋溶的方法，該方法主要是將原狀土或擾動土裝入具有一定長度的圓柱內，在圓柱頂部按照實際的降水條件設置不同的水頭高度來驅使水分通過圓柱體內的土壤，并通過在圓柱底部對淋溶液進行收集來研究水分對土壤所形成的淋濾作用。對于降雨在坡面上所形成的侵蝕作用的模擬主要采用坡面降雨侵蝕實驗的方法，該方法主要通過控制雨強和坡度來實現對各種坡度及雨強的降雨侵蝕實驗。

目前常用的土柱淋溶實驗裝置只能在垂直方向上模擬水分在介質中的入滲對廢石所產生的淋濾作用，無法模擬不同降雨條件對坡面所形成的侵蝕作用；而常用的坡面降雨侵蝕試驗系統只能模擬降水對坡面的侵蝕特性，無法對入滲至坡體內部的水分所形成的淋濾作用進行模擬分析。目前，針對降雨作用對采礦廢石堆體所產生的坡面侵蝕及坡體淋溶過程的本構關系還未真正建立起來，從而未能實現對降雨作用下采礦廢石堆體坡面產流、土壤侵蝕、坡體入滲及溶質遷移的過程進行有效的模擬和行為預測。

因此，研發能開展在不同降雨條件對具有不同坡面傾角、不同內部結構特征的采礦廢石堆體所產生的坡面侵蝕特性和淋濾特性的模擬系統，探討復雜工況下采礦廢石堆體所誘發的環境地質災害的發生機理和獲取相關試驗數據，為礦山企業對采礦廢石堆體進行生態修復提供必要的技術參數是亟待解決的問題。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提出一種采礦廢石堆體降雨入滲實驗裝置及方法，以實現在不同降雨強度、不同坡面傾角和不同坡體內部廢石結構特征情況下，模擬采礦廢石堆體降雨入滲的目的。

一種采礦廢石堆體降雨入滲實驗裝置，包括控制平臺、觀測裝置，還包括降雨裝置、自然風模擬裝置和模擬裝置，降雨裝置連接自然風模擬裝置，降雨裝置的下端設置有模擬裝置，模擬裝置的一側設置有觀測裝置，所述的控制平臺分別連接觀測裝置、降雨裝置、自然風模擬裝置和模擬裝置；其中，

所述的降雨裝置包括水箱、潛水泵、供水管網支架、水泵調壓裝置、噴嘴和降雨供水管網，其中，所述的潛水泵設置于水箱內，潛水泵通過供水管連接設置于水箱上方的水泵調壓裝置進水口，水泵調壓裝置的出水口連接設置于供水管網支架上的一個供水管，上述供水管連接設置于供水管網支架上端的降雨供水管網，所述的降雨供水管網上設置有噴嘴；

所述的自然風模擬裝置包括風扇支架、風扇、風速測定儀和風向測定儀，其中，所述的風扇通過風扇支架環繞設置于供水管網支架的上端；所述的風速測定儀和風向測定儀分別通過連接管連接于供水管網支架中心；

所述的模擬裝置包括模擬容器、徑流液收集器、徑流液貯存器、模擬容器支腿、淋溶液收集器、淋溶液收集管、液壓控制裝置、液壓升降桿支腿、雨滴動能測定儀托板、雨量筒托板、雨滴動能測定儀、雨量筒、模擬容器支架和液壓升降裝置，其中，所述的模擬容器下端一側設置有兩個模擬容器支腿，另一側設置有模擬容器支架，所述的模擬容器支架通過套筒與下端的液壓升降裝置連接，液壓升降裝置下端設置有液壓升降桿支腿，并且所述的液壓升降桿支腿通過液壓管與液壓控制裝置相連；所述的模擬容器底面上均勻設置有淋溶液收集孔，淋溶液收集孔通過淋溶液收集管連接淋溶液收集器；在所述的模擬容器上端的一側設置有用于固定雨量筒的雨量筒托板和用于固定滴動能測定儀的雨滴動能測定儀托板，另一側設置有徑流液收集器，所述的徑流液收集器通過徑流液收集管連接放置于模擬容器另一側的徑流液貯存器。

所述的模擬容器的一個側面上設置有傳感器導線孔，用于導出放置于模擬容器內部的傳感器的導線。