[發明專利]污染土體吸力及孔隙溶液濃度測定方法及裝置

有效

• 申請號: 202010330695.5
• 申請日: 2020-04-24
• 公開（公告）號: CN111487297B
• 公開（公告）日: 2021-03-30
• 發明（設計）人: 賀勇;胡廣;朱考飛;張可能;薛生國;李建中
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: G01N27/22
• 分類號: G01N27/22;G01N27/06;G01N15/08;G01N13/04
• 代理公司: 長沙軒榮專利代理有限公司 43235
• 代理人: 李喆

1.一種污染土體吸力及孔隙溶液濃度測定方法，其特征在于，包括：

步驟一，制備標準試樣，將預設量不同濃度的化學溶液與試樣均勻混合，分別配制預設體積含水量范圍內的若干標準試樣，并將標準試樣送入測定裝置內部；

步驟二，進行標定試驗，測試標準試樣的介電常數ε和電阻抗Z_L，結合標準試樣的電阻抗計算試樣電導率值σ_s，測試標準試樣實測含水量θ以及孔隙溶液電導率值σ_w；

步驟三，標定擬合曲線，將介電常數ε與標準試樣實測含水量θ進行擬合，得到ε-θ標定擬合曲線，試樣電導率值σ_s與實測孔隙液電導率值σ_w進行線性擬合，得到σ_s-σ_w標定擬合曲線；

步驟四，制備試樣并控制試樣吸力，制備測定用的試樣，將試樣送入測定裝置內部，利用試驗裝置控制試樣吸力，直到試樣土體內部達到平衡；

步驟五，記錄并分析數據，讀取并記錄試驗數據，得到ε和σ_s測定值，利用ε-θ和σ_s-σ_w標定擬合曲線計算試樣對應的體積含水量θ和孔隙溶液電導率σ_w；

步驟六，計算試樣吸力及孔隙溶液濃度，根據孔隙溶液濃度C和孔隙溶液電導率σ_w的對應關系，計算孔隙溶液濃度C；結合試樣體積含水量θ和試樣土水特征曲線，計算試樣總吸力基質吸力和滲透吸力π。

2.根據權利要求1所述的污染土體吸力及孔隙溶液濃度測定方法，其特征在于，在步驟一中，采用0.01mol/L或0.03mol/L或0.05mol/L濃度的KCl溶液，與土樣混合均勻后壓實制成多個試驗標準試樣，并保持標準試樣的體積含水量在0.3-0.6之間。

3.根據權利要求1所述的污染土體吸力及孔隙溶液濃度測定方法，其特征在于，在步驟二中，通過TDR探頭測試試樣的介電常數ε和電阻抗Z_L，通過經驗公式，結合標準試樣的電阻抗計算試樣電導率σ_s，用烘干法測試標準試樣實測含水量θ，采用電導率儀實測土中孔隙溶液電導率σ_w。

4.根據權利要求1所述的污染土體吸力及孔隙溶液濃度測定方法，其特征在于，在步驟四中，采用滲析法或氣相法控制試樣吸力；采用滲析法控制試樣吸力時，利用試驗裝置向試樣泵送測試溶液；采用氣相法控制試樣吸力時，利用試驗裝置向試樣通入具有預設吸力值的氣體。

5.根據權利要求4所述的污染土體吸力及孔隙溶液濃度測定方法，其特征在于，向試樣泵送測試溶液采用0.005mol/L-0.05mol/L的KCl溶液、CaCl₂溶液或500mg/L的COD/BOD溶液；向試樣通入具有預設吸力值的氣體利用K₂SO₄、ZnSO₄、NaCl、K₂CO₃或LiCl的飽和鹽溶液控制不同吸力值的氣體。

6.根據權利要求1-5任一項所述的污染土體吸力及孔隙溶液濃度測定方法，其特征在于，本方法通過一種污染土體吸力及孔隙溶液濃度測定裝置進行測定操作，所述污染土體吸力及孔隙溶液濃度測定裝置包括：頂蓋、土柱腔室、基座、化學溶液循環系統、氣體循環系統和數據采集系統；

所述頂蓋設置在所述土柱腔室的上端，所述基座設置在所述土柱腔室的下端，所述頂蓋、土柱腔室和基座相配合形成了密閉空間，所述密閉空間用于放置試樣；所述頂蓋開設有氣體入口和氣體出口，所述氣體循環系統通過所述氣體入口和氣體出口與所述土柱腔室的內部連通，所述氣體循環系統用于向所述土柱腔室的內部提供不同吸力值的氣體；所述基座開設有溶液入口和溶液出口，所述化學溶液循環系統通過所述溶液入口和溶液出口與所述土柱腔室的內部連通，所述化學溶液循環系統用于向所述土柱腔室的內部提供不同測試溶液；所述土柱腔室的外壁均勻開設有多個預制孔，所述數據采集系統設置有多個TDR探頭，所述TDR探頭通過所述預制孔埋設在所述試樣內，所述數據采集系統用于測試所述試樣的各項參數；

所述頂蓋底部設置有圓形凸臺，所述氣體出口和氣體入口均從所述頂蓋的頂面連通至所述圓形凸臺的底面，所述圓形凸臺的直徑與所述土柱腔室的內徑相同，所述圓形凸臺緊密插設在所述土柱腔室的內部；所述基座為豎直設置的碗狀結構，所述基座的凹槽內徑與所述土柱腔室的外徑相同，所述土柱腔室緊密插設在所述基座內，所述溶液入口和溶液出口均從所述基座的底面連通至基座的凹槽底面；

所述試樣與圓形凸臺和基座之間均設置有透水石，所述試樣與基座之間還設置有半透膜；

所述化學溶液循環系統設置有溶液瓶和蠕動泵，所述溶液瓶內放置有所述測試溶液，所述溶液瓶內設置有溶液輸入蠕動管和溶液輸出蠕動管，所述溶液輸入蠕動管的一端管口設置在所述測試溶液的液面上，所述溶液輸入蠕動管的另一端管口用于連接所述溶液出口，所述溶液輸出蠕動管的一端管口設置在所述測試溶液的液面之下，所述溶液輸出蠕動管的另一端管口設置有一閥門并用于連通所述溶液入口，所述蠕動泵設置在所述溶液輸出蠕動管的中部用于提供溶液循環動力；

所述氣體循環系統設置有干燥皿和氣動泵，所述干燥皿內設置有飽和鹽溶液，所述干燥皿內部設置有氣體輸出管和氣體輸入管，所述干燥皿整體密封通過所述氣體輸出管和氣體輸入管與外界連通，所述氣體輸出管的一端穿過所述干燥皿的外壁設置在所述飽和鹽溶液的液面之上，所述氣體輸出管的另一端接通所述氣體入口，所述氣體輸入管的一端接通所述氣體出口，所述氣體輸入管的另一端穿過所述干燥皿的外壁設置在所述飽和鹽溶液的液面下，所述氣體輸入管的中部接入所述氣動泵用于提供氣體動力。