一种基于干湿循环的竖向隔离工程屏障的模型装置及其使用方法与应用制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于干湿循环的竖向隔离工程屏障的模型装置及其使用方法与应用，包括模型箱、大水箱、小水箱、气压控制阀、空气压缩机、玻璃瓶、Whatman #42型滤纸等。该测试装置可以在深度方向对各类型的竖向隔离工程屏障在经历干湿循环后的实际总吸力、含水率、工程屏障的饱和渗透系数、有效扩散系数和阻滞因子性能进行测定。同时，本发明专利技术还提供了一种考虑干湿循环的用于阻滞污染物迁移的竖向隔离工程屏障的模型装置的测试方法，该测定方法简单易行，可以测定干湿循环后工程屏障的总吸力变化、含水率变化以及对工程屏障的饱和渗透系数、有效扩散系数和阻滞因子性能进行测定，为竖向隔离工程屏障设计方案提出科学的依据。

A model device of vertical isolation engineering barrier based on dry wet cycle and its application

【技术实现步骤摘要】
一种基于干湿循环的竖向隔离工程屏障的模型装置及其使用方法与应用
本专利技术涉及环境及岩土工程领域，具体涉及一种基于干湿循环的竖向隔离工程屏障的模型装置及使用方法与应用。
技术介绍
竖向隔离工程屏障是一种通过控制污染场地受污染地下水和土中污染物迁移的原位隔离技术。在竖向隔离工程屏障服役过程中，其与地下水直接接触。气候具有昼夜的、季节的、多年的变化规律，受其影响的地下水也形成相应的周期性变化，其中季节性变化对潜水的动态影响最为明显。我国的气候受季风的影响，降水集中在夏季，此时，降水补给显著增多。气温上升，空气相对湿度也增大，蒸发并不强烈，因此潜水水位升高。此时竖向隔离工程屏障大部分位于水位以下，呈饱和状态。雨季过后，补给急骤减小，排泄量相对增加，潜水位逐渐下降。到次年雨季之前，降水少，相对湿度小，蒸发强烈，径流排泄继续进行，故此时潜水位最低。此时，之前处于饱和状态的竖向隔离工程屏障会出现非饱和状态。全年潜水位出现一个峰值和一个谷值。所以，在竖向隔离工程屏障长期的服役过程中，由于气候因素导致地下水水位出现周期性升降，部分竖向隔离工程屏障会受到干湿循环的影响，从而影响其工程性能。目前尚未有通过模拟地下水水位周期性升降的手段观察干湿循环对竖向隔离工程屏障性能影响的规律，也未能够通过室内试验评价地下水水位升降对竖向隔离工程屏障的吸力影响范围。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种基于干湿循环的竖向隔离工程屏障的模型装置及使用方法与应用，该装置可实现对于在经历地下水水位升降引起的干湿循环后的各类竖向隔离工程屏障(包括注浆帷幕、水泥土搅拌墙、土-膨润土系竖向隔离墙、土-水泥-膨润土系竖向隔离墙)吸力变化的影响范围的模拟，测定饱和渗透系数、有效扩散系数以及阻滞因子，为评价干湿循环作用下竖向隔离工程屏障在运营过程中的性能提出科学的依据。一种基于干湿循环的竖向隔离工程屏障的模型装置，包括模型箱、大水箱、左侧小水箱和右侧小水箱，所述模型箱的宽高比小于1:10，所述模型箱的底部铺有素混凝土垫层，所述素混凝土垫层以上的空间由2块竖向挡板割成3个区域，按照从左向右的顺序3个区域分别为左侧分层土体区域，竖向隔离工程区域和右侧分层土体区域，所述左侧分层土体区域和右侧分层土体区域内按由下往上的方向分为N层，且每层对应的模型箱的前板上靠近竖向隔离工程区域的腰线上设有第一孔和第三孔，所述竖向隔离工程区域上对应的模型箱的前板设有第二孔，后板上设有第四孔，且第一孔、第二孔、第三孔和第四孔等高度，所述第二孔内嵌入塑料盖，所述塑料盖与玻璃瓶相连，所述玻璃瓶内设有Whatman#42型滤纸，所述第四孔内嵌入探针式TDR仪，所述探针式TDR仪与数据采集仪连接；所述左侧分层土壤区域与模型箱内侧面设有左侧多孔竖板，右侧分层土壤区域与模型箱内侧面设有右侧多孔竖板，所述模型箱的顶部按照由下往上的方向设有上多孔垫板和T型密封顶盖，所述上多孔垫板分为两块，分别位于左侧分层土体区域和右侧分层土体区域的顶部，且大小相等；T型密封顶盖突出部分的高度与上多孔垫板的厚度一致，且突出部分与竖向隔离工程屏障区域的顶部大小相同，所述左侧分层土体区域中的每一层通过管道汇总到左下双向阀后，再与左侧大水箱连通，大水箱左侧设置排水双向阀，所述模型箱通过左上双向阀与左侧小水箱连通，所述右侧分层土体区域中的每一层通过管道汇总到右上双向阀后，再与右侧小水箱连通，所述右侧小水箱的另一侧通过气压控制阀与空气压缩机相连，并通过气压控制阀控制和保持右侧小水箱中的水压。作为改进的是，所述左侧分层土体区域和右侧分层土体区域内按由下往上的方向分为三层。作为改进的是，所述素混凝土垫层为预制素混凝土板。作为改进的是，所述上多孔垫板和T型密封顶盖之间设有橡胶密封垫层，所述橡胶密封垫层的尺寸大于模型箱顶部的外径，且对应T型密封顶盖的突出部分为矩形开孔，保证T型密封顶盖与模型箱四周整体无空隙。作为改进的是，所述模型箱、上多孔垫板、左侧多孔竖板和右侧多孔竖板的材料均为聚四氟乙烯。作为改进的是，所述竖向隔离工程屏障为注浆帷幕、水泥土搅拌墙、土-膨润土系竖向隔离墙、土-水泥-膨润土系竖向隔离墙或钢板桩。作为改进的是，所述玻璃瓶与塑料盖之间设有O型密封垫圈。作为改进的是，所述第二孔与探针式TDR仪之间设有O型密封垫圈。上述基于干湿循环的竖向隔离工程屏障的模型装置的使用方法，包括以下步骤：步骤1，关闭左上双向阀、左下双向阀、排水双向阀和右侧双向阀，向模型箱底部放入素混凝土垫层，两侧装入左侧多孔垫板和右侧多孔垫板；步骤2，采用塞子塞住模型箱的第一孔，第二孔，第三孔和第四孔；步骤3，在模型箱内竖向隔离工程屏障设计部位的两侧分别设置竖向挡板，将竖向隔离工程屏障材料填筑入竖向挡板之间；步骤4，将各类型土体分层填筑在竖向隔离工程屏障两侧，填筑至模型箱顶部，其中，砂土采用雨砂法填筑，粘性土通过控制干密度和含水率填筑；步骤5，将步骤3中所设置的左侧竖向挡板抽出；步骤6，在大水箱中注入蒸馏水，打开左下双向阀，通过大水箱中水位高度控制左侧分层土体区域水头，使左侧分层土体区域饱和；步骤7，打开排水双向阀排出大水箱中的蒸馏水，以控制左侧分层土体水头，使左侧分层土体区域中水位下降，直至无水排出，关闭排水双向阀；步骤8，根据模拟地下水水位升降的次数，重复步骤6和步骤7；步骤9，关闭左下双向阀，移除第一孔，第二孔，第三孔和第四孔的塞子；步骤10，探针式TDR仪与数据采集仪标定和调式，并将探针式TDR仪嵌入第二孔进行固定和封闭；步骤11，将干燥的Whatman#42型滤纸置于玻璃瓶，并将玻璃瓶与塑料盖连接，嵌入第四孔，进行固定和封闭；步骤12，观察探针式TDR仪与第二孔以及塑料盖与第四孔是否出现渗水现象，若出现渗水现象，则重复步骤9和步骤10的密封工作，若无渗水现象则进行步骤13；步骤13，每隔一段时间，称量各whatman#42型滤纸的质量，根据Whatman#42型滤纸的吸力-含水率表记录竖向隔离工程屏障各深度的吸力变化，并通过探针式TDR仪对竖向隔离工程屏障各深度的含水率变化进行实时监测；步骤14，根据步骤12的结果得到土-水特征曲线，以评价地下水变动引起的干湿循环导致竖向隔离工程屏障吸力变化的影响范围与含水量的运移情况；步骤15，移除探针式TDR仪与塑料盖，采用塞子将第二孔和第四孔封闭；步骤16，将步骤3中所设置的右侧竖向挡板抽出；步骤17，在左侧分层土体和右侧分层土体顶部放置上多孔垫板，模型箱顶部通过T型密封顶盖封闭；步骤18，在大水箱中注入蒸馏水，打开左下双向阀，通过大水箱中水位高度控制左侧分层土体水头，使左侧分层土体饱和：步骤19，关闭左下双向阀，打开右侧双向阀和左上双向阀，通过调节气压控制阀设置装有污染液的右侧小水箱内的水压，使右侧分层土体饱和；步骤20，观察模型箱上部与T型密封顶盖是否出现渗水现象，若出现本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于干湿循环的竖向隔离工程屏障的模型装置，其特征在于，包括模型箱(1)、大水箱(2)、左侧小水箱(3)和右侧小水箱(4)，所述模型箱的宽高比小于1:10，所述模型箱(2)的底部铺有素混凝土垫层(5)，所述素混凝土垫层(5)以上的空间由2块竖向挡板(6)分割成3个区域，按照从左向右的顺序3个区域分别为左侧分层土体区域(7)，竖向隔离工程区域(22)和右侧分层土体区域(8)，所述左侧分层土体区域(7)和右侧分层土体区域(8)内土层按由下往上的方向分为N层，且每层对应的模型箱的前板上靠近竖向隔离工程区域的腰线上设有第一孔(9)和第三孔(10)，所述竖向隔离工程区域上对应的模型箱的前板设有第二孔(11)，后板上设有第四孔(12)，且第一孔(9)、第二孔(11)、第三孔(10)和第四孔(12)等高度，所述第二孔(11)内嵌入塑料盖(13)，所述塑料盖(13)与玻璃瓶(14)相连，所述玻璃瓶(14)内设有Whatman#42型滤纸(15)，所述第四孔(12)内嵌入探针式TDR仪(16)，所述探针式TDR仪(16)与数据采集仪(17)连接；所述左侧分层土壤区域(7)与模型箱内侧面设有左侧多孔竖板(18)，右侧分层土壤区域(8)与模型箱内侧面设有右侧多孔竖板(19)，所述模型箱(1)的顶部按照由下往上的方向设有上多孔垫板(20)和T型密封顶盖(21)，所述上多孔垫板(20)分为两块，分别位于左侧分层土体区域(7)和右侧分层土体区域(8)的顶部，且大小相等；T型密封顶盖(21)突出部分的高度与上多孔垫板(20)的厚度一致，且突出部分与竖向隔离工程屏障区域(22)的顶部大小相同，所述左侧分层土体区域(7)中的每一层通过管道汇总到左下双向阀(23)后，再与左侧大水箱(2)连通，大水箱(2)左侧设置排水双向阀(29)，所述模型箱(1)通过左上双向阀(24)与左侧小水箱(3)连通，所述右侧分层土体区域(8)中的每一层通过管道汇总到右上双向阀(25)后，再与右侧小水箱(4)连通，所述右侧小水箱(4)的另一侧通过气压控制阀(26)与空气压缩机(27)相连，并通过气压控制阀(26)控制和保持右侧小水箱(4)中的水压。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于干湿循环的竖向隔离工程屏障的模型装置，其特征在于，包括模型箱(1)、大水箱(2)、左侧小水箱(3)和右侧小水箱(4)，所述模型箱的宽高比小于1:10，所述模型箱(2)的底部铺有素混凝土垫层(5)，所述素混凝土垫层(5)以上的空间由2块竖向挡板(6)分割成3个区域，按照从左向右的顺序3个区域分别为左侧分层土体区域(7)，竖向隔离工程区域(22)和右侧分层土体区域(8)，所述左侧分层土体区域(7)和右侧分层土体区域(8)内土层按由下往上的方向分为N层，且每层对应的模型箱的前板上靠近竖向隔离工程区域的腰线上设有第一孔(9)和第三孔(10)，所述竖向隔离工程区域上对应的模型箱的前板设有第二孔(11)，后板上设有第四孔(12)，且第一孔(9)、第二孔(11)、第三孔(10)和第四孔(12)等高度，所述第二孔(11)内嵌入塑料盖(13)，所述塑料盖(13)与玻璃瓶(14)相连，所述玻璃瓶(14)内设有Whatman#42型滤纸(15)，所述第四孔(12)内嵌入探针式TDR仪(16)，所述探针式TDR仪(16)与数据采集仪(17)连接；所述左侧分层土壤区域(7)与模型箱内侧面设有左侧多孔竖板(18)，右侧分层土壤区域(8)与模型箱内侧面设有右侧多孔竖板(19)，所述模型箱(1)的顶部按照由下往上的方向设有上多孔垫板(20)和T型密封顶盖(21)，所述上多孔垫板(20)分为两块，分别位于左侧分层土体区域(7)和右侧分层土体区域(8)的顶部，且大小相等；T型密封顶盖(21)突出部分的高度与上多孔垫板(20)的厚度一致，且突出部分与竖向隔离工程屏障区域(22)的顶部大小相同，所述左侧分层土体区域(7)中的每一层通过管道汇总到左下双向阀(23)后，再与左侧大水箱(2)连通，大水箱(2)左侧设置排水双向阀(29)，所述模型箱(1)通过左上双向阀(24)与左侧小水箱(3)连通，所述右侧分层土体区域(8)中的每一层通过管道汇总到右上双向阀(25)后，再与右侧小水箱(4)连通，所述右侧小水箱(4)的另一侧通过气压控制阀(26)与空气压缩机(27)相连，并通过气压控制阀(26)控制和保持右侧小水箱(4)中的水压。


2.按照权利要求1所述的基于干湿循环的竖向隔离工程屏障的模型装置，其特征在于，所述左侧分层土体区域(7)和右侧分层土体区域(8)内按由下往上的方向分为三层。


3.按照权利要求1所述的基于干湿循环的竖向隔离工程屏障的模型装置，其特征在于，所述素混凝土垫层(5)为预制素混凝土板。


4.按照权利要求1所述的基于干湿循环的竖向隔离工程屏障的模型装置，其特征在于，所述上多孔垫板(20)和T型密封顶盖(21)之间设有橡胶密封垫层(28)，所述橡胶密封垫层(28)的尺寸大于模型箱(1)顶部的外径，且对应T型密封顶盖(21)的突出部分为矩形开孔，保证T型密封顶盖(21)与模型箱(1)四周整体无空隙。


5.按照权利要求1所述的基于干湿循环的竖向隔离工程屏障的模型装置，其特征在于，所述模型箱(1)、上多孔垫板(20)、左侧多孔竖板(18)和右侧多孔竖板(19)的材料均为聚四氟乙烯。


6.按照权利要求1所述的基于干湿循环的竖向隔离工程屏障的模型装置，其特征在于，所述竖向隔离工程屏障(22)为注浆帷幕、水泥土搅拌墙、土-膨润土系竖向隔离墙、土-水泥-膨润土系竖向隔离墙或钢板桩。


7.按照权利要求1所述的基于干湿循环的竖向隔离工程屏障的模型装置，其特征在于，所述玻璃瓶(14)与塑料盖(13)之间设有O型密封垫圈(30)；所述第二孔(10)与探针式TDR仪(16)之间设有O型密封垫圈(30)。


8.基于权利要求1所述的基于干湿循环的竖向隔离工程屏障的模型装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，关闭左上双向阀(24)、左下双向阀(23)、排水双向阀(29)和右侧双向阀(25)，向模型箱(1)底部放入素混凝土垫层(5)，两侧装入左侧多孔垫板(18)和右侧多孔垫板(19)；
步骤2，采用塞子塞住模型箱(1)的第一孔(9)，第二孔(11)，第三孔(10)和第四孔(12)；
步骤3，在模型箱(1)内竖向隔离工程屏障(22)设计部位的两侧...

【专利技术属性】
技术研发人员：傅贤雷，杜延军，范日东，姜哲元，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32