一种竖向防污隔离墙长期服役性能超重力模拟装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及环境岩土工程技术领域，具体涉及一种竖向防污隔离墙长期服役性能超重力模拟装置及方法

【技术实现步骤摘要】
一种竖向防污隔离墙长期服役性能超重力模拟装置及方法


[0001]本专利技术涉及环境岩土工程
，具体涉及一种竖向防污隔离墙长期服役性能超重力模拟装置及方法
。

技术介绍

[0002]我国土壤与地下水污染问题严重，污染场地修复工作越来越受到重视
。
竖向防污隔离墙可以将污染区域进行隔离，避免污染物向外扩散，在污染场地治理中有着广泛的应用
。
竖向防污隔离墙的服役寿命长达
50
年甚至上百年，竖向防污隔离墙长期服役性能是竖向防污隔离墙设计和运营过程中的关键问题
。
竖向防污隔离墙长期服役性能虽然可以通过理论或数值方法进行分析，但是理论或数值方法分析结果的可靠性需要物理模拟和现场监测数据来验证
。
然而，常重力条件下的物理模拟和现场监测均难以模拟数十年甚至上百年的迁移过程
。
在超重力环境下物理模拟具有缩时
、
缩尺效应，它利用土工离心机的高速旋转产生
N
倍的重力加速度
(g)
，使得模型尺寸可缩小
N
倍，污染物迁移速度提高
N
倍，迁移时间缩短
N2倍
。
例如，在
100g
重力加速度的土工离心机中开展模型试验，
50
年的迁移过程仅需
43.8h
即可完成；
30cm
高的模型墙可以还原实际工程中
30m
深的竖向防污隔离墙的应力状态
。
因此，超重力模拟是竖向防污隔离墙长期服役性能验证不可或缺的工具
。
[0003]竖向防污隔离墙长期服役性能超重力模拟的一个关键问题是实现污染物在竖向隔离墙中的长历时迁移
。
其中，竖向隔离墙上
、
下游水头差是污染迁移的主要驱动力，因此，上
、
下游水头差的控制又是关键问题中的关键
。
目前，对于竖向防污隔离墙的超重力模拟通常仅选取某一段墙进行模拟，导致模型墙与模型箱之间存在两种材料间不连续接触面
(
模型墙为土质材料
、
模型箱通常为有机玻璃材料或者钢材
)。
在不连续接触面的位置极易产生渗流优势通道，使得上游的溶液通过渗流优势通道进入下游，而不是通过竖向隔离墙进入下游，从而导致试验中实际发生的物理过程严重偏离试验目的，造成严重的试验误差
。
虽然可以采取一些措施减少不连续接触面位置渗流优势通道，如专利
《CN 112964610 A
一种模拟污染物在土
‑
膨润土竖向阻隔墙内运移的超重力模型试验装置及方法
》
：“为了土
‑
膨润土阻隔墙与模型箱侧壁的密闭性，在成墙区与模型箱壁连接位置，插入挡条，倒入干膨润土，形成
2cm
的膨润土条”，但是，不连续接触面位置毕竟是两种不同的材料，仍有产生渗流优势通道的风险
。
本专利技术采取在试验中设置一“圈”墙的方式，有效地避免了非连续接触面和渗流优势通道的产生
。

技术实现思路

[0004]专利技术目的：为了克服
技术介绍
的不足，本专利技术第一目的是公开一种竖向防污隔离墙长期服役性能超重力模拟装置；第二目的是公开利用该装置的试验方法；本专利技术能够实现在超重力环境下竖向防污隔离墙由泥浆固结成型，且模型墙与模型箱之间不存在非连续接触面
。
该装置可用于开展污染物在竖向防污隔离墙中长历时迁移的离心模型试验，为竖向防污隔离墙长期服役性能的验证提供有效工具
。
[0005]技术方案：本专利技术所公开的竖向防污隔离墙长期服役性能超重力模拟装置，包括：
[0006]模型箱，所述模型箱设有内圈环形透水石和外圈环形透水石；
[0007]模型箱盖板，所述模型箱盖板上设有导槽，盖板与模型箱之间设有橡胶垫，盖板与模型箱采用螺栓连接；
[0008]固定水头补水装置，所述固定水头补水装置采用马氏瓶
(Mariotte flash)
，通过连接管路与模型箱相连接，连接处设有反滤层；
[0009]出流收集装置，所述出流收集装置通过连接管路与模型箱相连接；
[0010]模型墙，所述模型墙设于内圈环形透水石和外圈环形透水石之间；
[0011]上游地基土，所述上游地基土设于内圈环形透水石的内侧；
[0012]下游地基土，所述下游地基土设于外圈环形透水石的外侧
。
[0013]进一步地，所述模型箱盖板上设有导槽，模型箱盖板与模型箱之间通过螺栓孔对准，试验时在导槽内加入泥浆，泥浆在超重力环境下由泥浆固结形成模型墙
。
[0014]进一步地，所述出流收集装置内设有液位传感器和离子浓度传感器，实时监测出流收集装置内水位高度和离子浓度
。
[0015]进一步地，所述下游地基土内水位高度由出水口的高度来确定
。
[0016]进一步地，所述上游地基土底部与固定水头补水装置相连，上游地基土与管路连接处设有反滤层；上游地基土内水位高度可通过调节固定水头补水装置的高度来实现，亦即实现模型墙上
、
下游之间水头差大小可调节
。
[0017]进一步地，所述试验装置固定安装于土工离心机内
。
[0018]上述竖向防污隔离墙长期服役性能超重力模拟装置的试验方法，包括以下步骤：
[0019]S1、
在导槽内的加入泥浆，在超重力环境下对泥浆进行固结，直至出流收集装置中液位稳定；
[0020]S2、
在固定水头补水装置加入重金属污染物溶液，调整固定水头补水装置的位置高度，使得上游地基土与下游地基土之间的水头差为试验设计值；
[0021]S3、
开展长历时超重力离心模型试验，模拟重金属污染物在竖向防污隔离墙中的迁移过程，实时监测出流收集装置内离子浓度变化；
[0022]S4、
计算竖向防污隔离墙平均渗透系数，计算公式为：
[0023][0024]其中，
[0025]式中，
k
s
为竖向防污隔离墙平均渗透系数；
h
为出流收集装置内液位高度；
A
s
为出流收集装置的底面积；
A
为模型墙的过水面立面面积
(
宽
*
高
)
；
i
为模型墙上
、
下游的水力梯度；
Δ
H
为模型墙上
、
下游的水头差；
H
为模型墙的厚度
。
[0026]S5、
计算模型墙外侧实际出流浓度，计算公式为：
[0027][0028]式中：
C0(t)
为
t...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种竖向防污隔离墙长期服役性能超重力模拟装置，其特征在于，包括：模型箱
(1)
，所述模型箱
(1)
设有内圈环形透水石
(8)
和外圈环形透水石
(9)
；模型箱盖板
(2)
，所述模型箱盖板
(2)
上设有导槽
(3)
，模型箱盖板
(2)
与模型箱
(1)
之间设有橡胶垫
(7)
，模型箱盖板
(2)
与模型箱
(1)
采用螺栓连接
(6)
；固定水头补水装置
(4)
，所述固定水头补水装置
(4)
采用马氏瓶
(Mariotte flash)
，通过连接管路
(13)
与模型箱
(1)
相连接，连接处设有反滤层
(17)
；出流收集装置
(5)
，所述出流收集装置
(5)
通过连接管路
(13)
与模型箱
(1)
相连接；模型墙
(10)
，所述模型墙
(10)
设于内圈环形透水石
(8)
和外圈环形透水石
(9)
之间；上游地基土
(11)
，所述上游地基土
(11)
设于内圈环形透水石
(8)
的内侧；下游地基土
(12)
，所述下游地基土
(12)
设于外圈环形透水石
(9)
的外侧
。2.
根据权利要求1所述的竖向防污隔离墙长期服役性能超重力模拟装置，其特征在于：所述模型箱盖板
(2)
上设有导槽
(3)
，试验时在导槽
(3)
内加入泥浆，泥浆在超重力环境下由泥浆固结形成模型墙
(10)。3.
根据权利要求1所述的竖向防污隔离墙长期服役性能超重力模拟装置，其特征在于：出流收集装置
(5)
内设有液位传感器
(15)
和离子浓度传感器
(16)
，实时监测出流收集装置内水位高度和离子浓度
。4.
根据权利要求1所述的竖向防污隔离墙长期服役性能超重力模拟装置，其特征在于：下游地基土
(12)
内水位高度由出水口
(18)
的高度来确定
。5.
根据权利要求1所述的竖向防污隔离墙长期服役性能超重力模拟装置，其特征在于：上游地基土
(11)
底部与固定水头补水装置
(4)
相连，上游地基土
(11)
与管路连接处设有反滤层
(17)
；上游地基土
(11)
内水位高度可通过调节固定水头补水装置
(4)
的高度来实现
。6.
根据权利要求1所述的竖向防污隔离墙长期服役性能超重力...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈成，詹良通，李育超，柯瀚，丁智，张世民，胡英涛，
申请(专利权)人：浙大城市学院，
类型：发明
国别省市：