專利名稱：土工離心機(jī)機(jī)載的滲流量和出流濃度實時監(jiān)測裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于土工測試技術(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時自動監(jiān)測裝置及方法。
背景技術(shù)：
固體廢棄物填埋場的底部和四周設(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擊穿防污屏障。防污屏障的擊穿時間及擊穿后出流量和出流濃度是重要的設(shè)計指標(biāo)。這些設(shè)計指標(biāo)雖然可通過理論分析或數(shù)值模擬確定，但其正確與否仍依賴于試驗或現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)驗證。然而，傳統(tǒng)的室內(nèi)土柱試驗和現(xiàn)場監(jiān)測均難以模擬長達(dá)數(shù)十年甚至上百年的遷移過程。土工離心機(jī)模型試驗具有縮時、縮尺效應(yīng)，可在短時間內(nèi)模擬長歷時的遷移過程。土工離心機(jī)的模擬原理是利用高速旋轉(zhuǎn)的長臂離心機(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，當(dāng)重力加速度(g)提高N倍，模型尺寸可縮小N倍，流體運移速度提高N倍，運移時間縮短N2倍，這樣長達(dá)數(shù)十年的污染物運移問題可以在土工離心機(jī)中用數(shù)天完成試驗?zāi)M。例如，在IOOg重力加速度的土工離心機(jī)中開展模型試驗，100年的遷移過程僅需3.65天即可完成。因此土工離心機(jī)是試驗?zāi)M污染物在防污屏障中長期遷移問題不可或缺的工具。污染物通過防污屏障遷移的離心模型試驗主要包括以下步驟:按照比尺(I:N)制備一個防污屏障模型(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)過一定時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)測設(shè)備實時測量。上述離心模型試驗的關(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)境中自動實時監(jiān)測滲流量和出流濃度?，F(xiàn)有的監(jiān)測方法主要有兩種:(I)全量量測及反分析，即用一個足夠大容器收集整個試驗過程中滲出液，等離心機(jī)停止后取下容器測量總的滲流量和累積濃度，然后根據(jù)這兩個數(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間變化曲線。(2)分時段收集和測量滲出液，該方法是在防污屏障模型下面安裝一個轉(zhuǎn)盤，在轉(zhuǎn)盤的圓周上按一定間距布置若干個開口容器，其中一個容器上口正好對準(zhǔn)屏障模型溢流口，轉(zhuǎn)盤與一臺步進(jìn)電機(jī)相連接。試驗開始后，步進(jìn)電機(jī)控制轉(zhuǎn)盤繞圓心轉(zhuǎn)動，每隔一段時間將一個容器轉(zhuǎn)到屏障模型溢流口位置接收滲出液，依次進(jìn)行直到試驗結(jié)束，離心機(jī)停止后取出所有容器測量其中滲出液的體積和濃度，即可得到每個容器收集時段所對應(yīng)的滲流量和濃度。上述第(I)種方法是非實時監(jiān)測方法，滲流量和出流濃度隨時間變化曲線是通過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，實際操作中難以達(dá)到以秒計的實時精度，因此也難以獲得準(zhǔn)確的擊穿時間
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時監(jiān)測裝置及方法。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時監(jiān)測裝置，包括量測筒，對照筒，電導(dǎo)電極，差壓傳感器，收集管路；量測筒和對照筒為一對連體的內(nèi)徑和高度均相同、上端開口的有機(jī)玻璃圓筒；在量測筒和對照筒的側(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筒底部。所述的收集管路與防污屏障模型相連。試驗時該監(jiān)測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。一種所述的裝置的滲流量和濃度實時監(jiān)測方法，步驟如下:差壓傳感器安裝時，兩端接口必須飽和，管道內(nèi)無氣泡，然后將收集管路插入量測筒內(nèi)，接著往量測筒和對照筒中加入設(shè)定高度的去離子水，最后用保鮮膜將量測筒和對照筒的頂部封住，留一個針孔通氣，防止水分蒸發(fā)；打開土工離心機(jī)數(shù)采系統(tǒng)，采集數(shù)據(jù)，啟動土工離心機(jī)進(jìn)行試驗和監(jiān)測；土工離心機(jī)運行過程中，從防污屏障模型下游面的滲出`溶液通過收集管路連續(xù)地匯到量測筒內(nèi)，量測筒內(nèi)液位逐漸上升，濃度逐漸增大；差壓傳感器實時測量量測筒和對照筒內(nèi)的液壓差ΛΡ，電導(dǎo)電極實時測量量測筒內(nèi)溶液的電導(dǎo)率值S ;由實時液壓差ΛΡ，得到實時液位差ΛΗ，根據(jù)實時液位差ΛΗ乘以量測筒內(nèi)液位面面積得到實時液體體積增量AV，即實時滲流量Q ;根據(jù)實時測量的電導(dǎo)率值S隨時間變化圖得到電導(dǎo)率值S開始增加的那個時刻，即為污染物擊穿防污屏障的時間T ;根據(jù)事先標(biāo)定的電導(dǎo)率與濃度的關(guān)系，可將電導(dǎo)電極實時測量的電導(dǎo)率值S轉(zhuǎn)換為濃度值Ca，這個濃度Ca為累積濃度，結(jié)合實時滲流量Q，可得實時出流濃度C ;累積濃度Ca和實時出流濃度C滿足如下關(guān)系:
權(quán)利要求
1.一種土工離心機(jī)機(jī)載的滲流量和出流濃度實時監(jiān)測裝置，其特征在于，它包括量測筒(1)，對照筒(2)，電導(dǎo)電極(3)，差壓傳感器(4)，收集管路(5);量測筒(I)和對照筒(2)為一對連體的內(nèi)徑和高度均相同、上端開口的有機(jī)玻璃圓筒；在量測筒(I)和對照筒(2)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(4)的兩端；在量測筒(I)底面開一孔，反向安裝電導(dǎo)電極⑶；收集管路(5)向下一直延伸至量測筒⑴底部。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述的收集管路(5)與防污屏障模型(7)相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，試驗時該監(jiān)測裝置與防污屏障模型(7)—起安裝在土工離心機(jī)的吊籃中。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述的電導(dǎo)電極(3)和差壓傳感器⑷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。
5.一種根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項所述的裝置的滲流量和出流濃度實時監(jiān)測方法，其特征在于，步驟如下:差壓傳感器(4)安裝時，兩端接口必須飽和，管道內(nèi)無氣泡，然后將收集管路(5)插入量測筒(I)內(nèi)，接著往量測筒(I)和對照筒(2)中加入設(shè)定高度的去離子水，最后用保鮮膜將量測筒(I)和對照筒(2)的頂部封住，留一個針孔通氣；打開土工離心機(jī)數(shù)采系統(tǒng)，采集數(shù)據(jù)，啟動土工離心機(jī)進(jìn)行試驗和監(jiān)測；土工離心機(jī)運行過程中，從防污屏障模型滲出的出流溶液通過收集管路(5)連續(xù)地匯到量測筒(I)內(nèi)，量測筒(I)內(nèi)液位逐漸上升，濃度逐漸增大；差壓傳感器實時反映量測筒(I)和對照筒(2)內(nèi)的液壓差ΛΡ，電導(dǎo)電極(3)實時測量量測筒(I)內(nèi)溶液的電導(dǎo)率值S ;由實時液壓差ΛΡ，得到實時液位差ΛΗ，根據(jù)實時液位差ΛΗ乘以量測筒內(nèi)(I)液位面面積得到實時液體體積增量AV，即實時滲流量Q ;根據(jù)實時測量的電導(dǎo)率值S隨時間變化圖確定電導(dǎo)率值S開始增加的那個時亥IJ，即為污染物擊穿防污屏障模型的時間T ;根據(jù)事先標(biāo)定的電導(dǎo)率與濃度的關(guān)系，可將電導(dǎo)電極(3)實時測量的電導(dǎo)率值S轉(zhuǎn)換為濃度值Ca，這個濃度Ca為累積濃度，結(jié)合實時滲流量Q，可得實時出流濃度C ; 累積濃度Ca和實時出流濃度C滿足如下關(guān)系:
全文摘要
本發(fā)明公開了一套土工離心機(jī)機(jī)載的滲流量和出流濃度實時自動監(jiān)測裝置及方法，包括量測筒，對照筒，電導(dǎo)電極，差壓傳感器，收集管路等；其結(jié)構(gòu)如下量測筒和對照筒為一對連體的內(nèi)徑和高度均相同、上端開口的有機(jī)玻璃圓筒；在量測筒和對照筒的側(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；在量測筒底部反向安裝有一支電導(dǎo)電極；從防污屏障模型下游面的出流孔引出收集管路，收集管路向下一直延伸至量測筒底部。該裝置能夠?qū)崟r自動監(jiān)測試驗過程中從防污屏障下游面滲出的滲流量與出流濃度。該裝置可用于離子型污染物通過防污屏障中長期遷移的離心模型試驗，為防污屏障的長期服役性能研究提供了有效的工具。
文檔編號G01F1/34GK103091372SQ201310048649
公開日2013年5月8日 申請日期2013年2月7日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月7日
發(fā)明者詹良通, 曾興, 陳云敏, 孔令剛, 黃錦舒 申請人:浙江大學(xué)