本實(shí)用新型屬于礦區(qū)環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于室內(nèi)土柱實(shí)驗的煤矸石淋濾液入滲模擬裝置。

背景技術(shù)：

降水主要是指降雨和降雪，水分以各種形式從大氣到達(dá)地面，其它形式的降水還包括露、霜、雹等。降水是水文循環(huán)的重要環(huán)節(jié)，也是人類用水的基本來源。降水資料是分析合理洪枯水情、流域旱情的基礎(chǔ)，也是水資源的開發(fā)利用如防洪、發(fā)電、灌溉等的規(guī)劃設(shè)計與管理運(yùn)用的基礎(chǔ)。降水入滲補(bǔ)給地下水的過程是大氣水到土壤水到地下水“三水”相互轉(zhuǎn)換關(guān)系中最基本的環(huán)節(jié)之一，降水入滲對地下水的補(bǔ)給量即為降水補(bǔ)給量，它是地下水的主要補(bǔ)給方式，同時，也是區(qū)域水均衡計算中的一個重要均衡要素。

煤矸石是一種混合物，一般將采煤過程和選煤廠生產(chǎn)過程中排出的碳質(zhì)巖、泥質(zhì)巖、砂質(zhì)巖、粉砂巖和少量石灰石稱為煤矸石，它是煤炭開采和加工過程中排放的廢棄物。目前我國煤矸石的處理方式主要是露天堆放，積存量已達(dá)41億噸以上，并且每年仍以億噸以上的速度遞增。煤矸石在雨水淋濾作用下形成酸性水，使大量的懸浮物、有機(jī)物對周圍水環(huán)境造成嚴(yán)重污染，是礦區(qū)環(huán)境污染的主要問題之一。淋濾液中的重金屬元素毒性很強(qiáng)、污染嚴(yán)重，對生物和人類健康均會造成危害，進(jìn)入土壤后可向淺層地下水遷移。煤矸石淋濾液入滲運(yùn)移過程是一個多種組分和多相滲流的問題。

土柱實(shí)驗被廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、林業(yè)、地質(zhì)、土木和環(huán)境等研究領(lǐng)域。應(yīng)用土柱實(shí)驗可以在實(shí)驗室內(nèi)模擬土壤水分和污染物遷移規(guī)律。土柱通常分為原狀土柱和擾動土柱兩種。原狀土柱能夠用來測試土體本身的結(jié)構(gòu)及其物理性質(zhì)；當(dāng)前土柱實(shí)驗一般采用擾動土柱，擾動土柱是經(jīng)過篩分形成，或者按照一定比例混合填裝所形成的，其不能用來測試土體本身的結(jié)構(gòu)特性。不管采用哪種土柱進(jìn)行試驗，都存在以下問題：①土柱實(shí)驗裝土構(gòu)件單節(jié)長度大，便捷性差，以至于土柱安裝困難，對儀器的清洗造成不便；②監(jiān)測設(shè)備安裝繁瑣，需要對土柱進(jìn)行鉆孔，破壞其結(jié)構(gòu)性；③監(jiān)測設(shè)備一般為人工觀測，使得實(shí)驗精度低、人為性強(qiáng)。

非飽和滲透系數(shù)與水動力彌散系數(shù)是描述非飽和土壤中水分運(yùn)移和溶質(zhì)輸送的重要函數(shù)關(guān)系，是分析降水條件下土坡穩(wěn)定性、固體廢物填埋場、地下污水的遷移和填土工程等問題的重要參數(shù)。由于在非飽和土中有基質(zhì)吸力的存在，確定煤矸石淋濾液入滲條件下的特征參數(shù)具有較大的難度。非飽和滲透系數(shù)和水動力彌散系數(shù)的測定既可在實(shí)驗室，也可在現(xiàn)場進(jìn)行。室內(nèi)實(shí)驗的優(yōu)點(diǎn)是可在設(shè)定的水力邊界條件下測試原狀試樣和重塑試樣的特征參數(shù)，同時與原位實(shí)測相比，室內(nèi)實(shí)驗周期短、經(jīng)濟(jì)且更成熟。但通常由于非飽和土的成分、結(jié)構(gòu)以及賦存環(huán)境的差異，導(dǎo)致了室內(nèi)實(shí)驗所用小試件難以代表真正土體的實(shí)際情況。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本實(shí)用新型的目的在于提供一種基于室內(nèi)土柱實(shí)驗的煤矸石淋濾液入滲模擬裝置，基于大直徑的原狀土柱進(jìn)行室內(nèi)實(shí)驗，采用多種形式的煤矸石淋濾液補(bǔ)給模擬裝置，模擬裝置裝土構(gòu)件為多個標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件且由計算機(jī)自動化控制，基于該裝置能夠?qū)崿F(xiàn)特征參數(shù)的測定，具有實(shí)用性強(qiáng)，使 用效果好，便于推廣使用的特點(diǎn)。

為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案為：

基于室內(nèi)土柱實(shí)驗的煤矸石淋濾液入滲模擬裝置，包括底部構(gòu)件(1)、連接在底部構(gòu)件(1)上的一個或多個串聯(lián)的土柱實(shí)驗標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件(4)以及土柱實(shí)驗標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件(4)頂部的多種形式煤矸石淋濾液補(bǔ)給模擬裝置(C)；

所述的底部構(gòu)件(1)包括位于最下方的底座(1-1)，底座(1-1)上的集水點(diǎn)通過塑料軟管(2)接入出滲量量杯(3)，塑料軟管(2)上設(shè)置有第三流量傳感器(3-1)，第三流量傳感器(3-1)接入計算機(jī)(7)；底座(1-1)的上方設(shè)置有承力柱(1-2)，承力柱(1-2)的上部設(shè)置有高進(jìn)氣值陶土板(1-3)，高進(jìn)氣值陶土板(1-3)的四周邊沿均與底部構(gòu)件(1)管件(1-7)的內(nèi)壁水平緊貼，高進(jìn)氣值陶土板(1-3)的頂部設(shè)置有濾紙(1-4)，濾紙(1-4)的上表面與原狀土樣(12)接觸；管件(1-7)的頂端設(shè)置有外螺紋連接段(1-6)，外螺紋連接段(1-6)通過法蘭(6)與土柱實(shí)驗標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件(4)連接；

所述土柱實(shí)驗標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件(4)由兩個相同的半圓柱體經(jīng)卡箍(4-30)通過土柱實(shí)驗標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件(4)管壁(4-1)的卡箍凹槽(4-3)處連接成一個圓柱體，土柱實(shí)驗標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件(4)的管壁(4-1)上設(shè)置有圓形小孔(4-4)，圓形小孔(4-4)與橡膠塞(5-7)配合使用；多個土柱實(shí)驗標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件(4)通過法蘭(6)將上下端的螺紋連接段(4-2)進(jìn)行連接；插入件(5)通過橡膠塞(5-7)插入原狀土樣(12)內(nèi)，插入件(5)內(nèi)傳感器所采集的數(shù)據(jù)都實(shí)時傳輸給計算機(jī)(7)；土壤熱傳導(dǎo)吸力探頭(4-7)經(jīng)圓形小孔(4-4)插入原狀土樣(12)內(nèi)，土壤熱傳導(dǎo)吸力探頭(4-7)內(nèi)傳感器所采集的數(shù)據(jù)都實(shí)時傳輸給計算機(jī)(7)；X射線熒光光譜探頭(4-8)經(jīng)圓形小孔(4-4)插入原狀土樣(12)內(nèi)，X射線熒光光譜探頭(4-8)所采集的數(shù)據(jù)都實(shí)時傳輸給計算機(jī)(7)；土柱實(shí)驗標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件(4)上固定有多個測壓管(4-9)，多個測壓管(4-9)的每個入水口經(jīng)圓形小孔(4-4)插入原狀土樣(12)內(nèi)；所述的插入件(5)在土柱上按照同一列布置，土壤熱傳導(dǎo)吸力探頭(4-7)在土柱上按照同一列布置，X射線熒光光譜探頭(4-8)在土柱上按照同一列布置，測壓管(4-9)在土柱上按照同一列布置；

所述的承力柱(1-2)包括承力柱支座(1-22)以及固定在其上的承力柱主體(1-21)，所述承力柱支座(1-22)與底座(1-1)為一體成型，承力柱支座(1-22)在土柱豎向投影按照“一個圓心+以底座(1-1)半徑1/2為半徑的圓周向五等份”方式布置；承力柱主體(1-21)長度不同使得底座(1-1)呈現(xiàn)坡度；

所述的底部構(gòu)件(1)、土柱實(shí)驗標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件(4)及圓柱構(gòu)件(10)均由耐高溫玻璃鋼制成；

所述的插入件(5)的最前端設(shè)置有插入針頭(5-6)，插入件(5)內(nèi)部管道的轉(zhuǎn)角處設(shè)置有橡膠墊片(5-1)，內(nèi)部管道中設(shè)置有彈出件(5-2)，彈出件(5-2)包括溫濕度傳感器探頭(4-5)或冷熱一體金屬元件(4-6)，彈出件(5-2)后端與導(dǎo)線(9)進(jìn)行連接，彈出件(5-2)的尾部套設(shè)有輕質(zhì)彈簧(5-4)，輕質(zhì)彈簧(5-4)的末端設(shè)置有探針控制器(5-5)，插入件(5)的外側(cè)中段設(shè)置有擋板(5-3)；

所述圓形小孔(4-4)形狀大小與橡膠塞(5-7)相一致且結(jié)合緊密，排布方式為：縱向上相隔排列且遵循上密下疏原則，橫向上繞土柱實(shí)驗標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件(4)外圓周長8等分排布；

所述的卡箍(4-30)由兩半圓環(huán)鋼圈(4-34)組成并通過一端的鉚釘(4-35)鉚接，卡箍(4-30)的另一端接頭(4-33)通過螺絲桿(4-31)和螺母(4-32)來調(diào)節(jié)卡箍(4-30)的松緊程度，使標(biāo)準(zhǔn)圓柱構(gòu)件緊密結(jié)合；

所述的法蘭(6)內(nèi)側(cè)設(shè)有法蘭螺紋(6-1)，法蘭(6)的兩端設(shè)置有轉(zhuǎn)動把手(6-2)；

所述的計算機(jī)(7)的信號端與微控制器(7-0)的信號端相連，微控制器(7-0)設(shè)置有溫度探測輸入端(7-1)、溫濕度探測輸出端(7-2)、基質(zhì)吸力探測輸出端(7-3)和重金屬離子濃度監(jiān)測值輸出端(7-4)；溫度探測輸入端(7-1)經(jīng)導(dǎo)線(9)連接冷熱一體金屬元件(4-6)，溫濕度探測輸出端(7-2)經(jīng)導(dǎo)線(9)連接溫濕度傳感器探頭(4-5)，基質(zhì)吸力探測輸出端(7-3)經(jīng)導(dǎo)線(9)連接土壤熱傳導(dǎo)吸力探頭(4-7)，重金屬離子濃度監(jiān)測值輸出端(7-4)經(jīng)導(dǎo)線(9)連接X射線熒光光譜探頭(4-8)；

所述的多種形式煤矸石淋濾液補(bǔ)給模擬裝置(C)包括低強(qiáng)度煤矸石淋濾液全入滲補(bǔ)給模擬裝置(16)、中強(qiáng)度煤矸石淋濾液有徑流入滲補(bǔ)給模擬裝置(17)和高強(qiáng)度煤矸石淋濾液穩(wěn)定入滲補(bǔ)給模擬裝置(14)、煤矸石淋濾液消融入滲補(bǔ)給模擬裝置(8)；

所述的低強(qiáng)度煤矸石淋濾液全入滲補(bǔ)給模擬裝置(16)包括外側(cè)刻有刻度的煤矸石淋濾液桶(16-1)，煤矸石淋濾液桶(16-1)的下方通過輸液管(16-12)與煤矸石淋濾液噴頭(16-9)連通，煤矸石淋濾液噴頭(16-9)設(shè)置于土柱實(shí)驗標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件(4)上部的圓柱構(gòu)件(10)頂部，圓柱構(gòu)件(10)內(nèi)高出原狀土樣(12)上表面2-5厘米處設(shè)置有抗水壓沖擊板(A)，抗水壓沖擊板(A)上設(shè)置有篩孔；U型水頭控制管(10-2)內(nèi)的液面上設(shè)置有輕質(zhì)塑料片(16-8)，所述輕質(zhì)塑料片(16-8)形式為薄圓片，所述輕質(zhì)塑料片(16-8)上方的圓形凹槽內(nèi)設(shè)置有永久磁鐵(16-7)，永久磁鐵(16-7)的正上方設(shè)置有拉線(16-3)吊掛的電線圈(16-6)，電線圈(16-6)外接有導(dǎo)線(9)，拉線(16-3)的上端纏于轉(zhuǎn)輪(16-2)上，轉(zhuǎn)輪(16-2)上設(shè)置有把手(16-4)，轉(zhuǎn)輪(16-2)上端用拉線(16-3)通過著力構(gòu)件(16-11)的小孔與止水閥(16-5)下部相連接，止水閥(16-5)下端設(shè)置有輕質(zhì)彈簧(16-10)，所述圓柱構(gòu)件(10)與U型水頭控制管(10-2)相連接，輕質(zhì)塑料片(16-8)、永久磁鐵(16-7)和電線圈(16-6)都在U型水頭控制管(10-2)的滑槽(16-13)內(nèi)運(yùn)動；所述滑槽(16-13)嵌于U型水頭控制管(10-2)內(nèi)壁，所述電線圈(16-6)按照邊沿處三等分設(shè)置有滑軌(16-14)，所述滑軌(16-14)可在滑槽(16-13)內(nèi)自由上下運(yùn)動；所述的低強(qiáng)度煤矸石淋濾液全入滲補(bǔ)給模擬裝置(16)控制原狀土樣(12)表面液體的液面高度低于1mm；

所述的中強(qiáng)度煤矸石淋濾液有徑流入滲補(bǔ)給模擬裝置(17)包括設(shè)置在圓柱構(gòu)件(10)內(nèi)的煤矸石淋濾液容器(17-9)和設(shè)置在煤矸石淋濾液容器(17-9)底部的圓形小孔(17-10)，圓柱構(gòu)件(10)內(nèi)高出原狀土樣(12)上表面2-5厘米處設(shè)置有抗水壓沖擊板(A)，抗水壓沖擊板(A)上設(shè)置有篩孔；所述煤矸石淋濾液容器(17-9)的頂部設(shè)置有壓力控制管(17-8)和與外部煤矸石淋濾液連接的進(jìn)液管(17-7)；所述進(jìn)液管(17-7)上設(shè)置有進(jìn)液電磁閥(17-2)、進(jìn)液泵(17-1)和用于對煤矸石淋濾液的量進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測的第一流量傳感器(17-3)；所述煤矸石淋濾液容器內(nèi)壓力控制管(17-8)上設(shè)置有壓力控制電磁閥(17-5)和壓力傳感器(17-6)，所述煤矸石淋濾液容器內(nèi)壓力控制管(17-8)的尾部連接有空氣壓縮機(jī)(17-4)；所述煤矸石淋濾液容器(17-9)的頂部內(nèi)壁上設(shè)置有用于對煤矸石淋濾液容器(17-9)內(nèi)液體的液面高度進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測的水位傳感器(17-11)；所述圓柱構(gòu)件(10)內(nèi)的原狀土樣(12)上表面外側(cè)開有出液口(10-1)，出液口(10-1)通過塑料軟管(2)接入徑流量量杯(13)，所述塑料軟管(2) 上設(shè)置有第二流量傳感器(13-1)，所述第二流量傳感器(13-1)通過導(dǎo)線(9)接入計算機(jī)(7)；

所述的高強(qiáng)度煤矸石淋濾液穩(wěn)定入滲補(bǔ)給模擬裝置(14)包括外側(cè)刻有刻度的煤矸石淋濾液桶(14-1)，煤矸石淋濾液桶(14-1)的下方通過輸液管(14-12)與煤矸石淋濾液噴頭(14-9)連通，煤矸石淋濾液噴頭(14-9)設(shè)置于土柱實(shí)驗標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件(4)上部的圓柱構(gòu)件(10)頂部，圓柱構(gòu)件(10)內(nèi)高出原狀土樣(12)上表面2-5厘米處設(shè)置有抗水壓沖擊板(A)，抗水壓沖擊板(A)上設(shè)置有篩孔；U型水頭控制管(10-2)內(nèi)的液面上設(shè)置有輕質(zhì)塑料片(14-8)，所述輕質(zhì)塑料片(14-8)形式為薄圓片，所述輕質(zhì)塑料片(14-8)上方的圓形凹槽內(nèi)設(shè)置有永久磁鐵(14-7)，永久磁鐵(14-7)的正上方設(shè)置有拉線(14-3)吊掛的電線圈(14-6)，電線圈(14-6)外接有導(dǎo)線(9)，拉線(14-3)的上端纏于轉(zhuǎn)輪(14-2)上，轉(zhuǎn)輪(14-2)上設(shè)置有把手(14-4)，轉(zhuǎn)輪(14-2)上端用拉線(14-3)通過著力構(gòu)件(14-11)的小孔與止水閥(14-5)下部相連接，止水閥(14-5)下端設(shè)置有輕質(zhì)彈簧(14-10)，所述圓柱構(gòu)件(10)與U型水頭控制管(10-2)相連接，輕質(zhì)塑料片(14-8)、永久磁鐵(14-7)和電線圈(14-6)都在U型水頭控制管(10-2)的滑槽(14-13)內(nèi)運(yùn)動；所述滑槽(14-13)嵌于U型水頭控制管(10-2)內(nèi)壁，所述電線圈(14-6)按照邊沿處三等分設(shè)置有滑軌(14-14)，所述滑軌(14-14)可在滑槽(14-13)內(nèi)自由上下運(yùn)動，所述的高強(qiáng)度煤矸石淋濾液穩(wěn)定入滲補(bǔ)給模擬裝置(14)控制原狀土樣(12)表面液體的液面高度高于1cm以上；

所述的煤矸石淋濾液消融入滲補(bǔ)給模擬裝置(8)包括設(shè)置在土柱外側(cè)的溫度控制器(8-1)以及通過導(dǎo)線(9)與其所連接的調(diào)溫元件(8-3)，所述調(diào)溫元件(8-3)位于頂蓋(8-2)下方，頂蓋(8-2)的頂部設(shè)置有超聲波測距傳感器(8-4)，頂蓋(8-2)位于土柱實(shí)驗標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件(4)上部的圓柱構(gòu)件(10)的上方且緊密接觸，圓柱構(gòu)件(10)內(nèi)的原狀土樣(12)上表面外側(cè)開有出液口(10-1)，所述出液口(10-1)通過塑料軟管(2)接入徑流量量杯(13)，塑料軟管(2)上設(shè)置有第二流量傳感器(13-1)，所述第二流量傳感器(13-1)通過導(dǎo)線(9)接入計算機(jī)(7)，原狀土樣(12)上設(shè)置有用煤矸石淋濾液制備的碎冰(11)。

本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)

1.本實(shí)用新型的土柱實(shí)驗標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件(4)由兩個相同的半圓柱體連接成一個圓柱體，可以方便地進(jìn)行原狀樣和重塑樣的實(shí)驗，同時方便實(shí)驗儀器的清洗工作，克服目前土柱實(shí)驗難以采用原狀樣進(jìn)行實(shí)驗以及后期清洗工作復(fù)雜的缺陷。

2.橡膠塞(5-7)與插入件(5)的配合使用，克服現(xiàn)有土柱實(shí)驗測試元件插入時溢水及水分虧損的缺陷，具有測試結(jié)果精確、可靠性高、可重復(fù)使用的優(yōu)點(diǎn)。

3.土柱實(shí)驗標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件(4)可根據(jù)實(shí)驗要求多個串聯(lián)，克服了現(xiàn)有技術(shù)中土柱實(shí)驗中裝土部件單節(jié)長度大、操作不便的缺陷；且整個系統(tǒng)的各部件采用標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件，使得實(shí)驗標(biāo)準(zhǔn)化，實(shí)驗效率大大提高。

4.將模擬裝置與計算機(jī)連接，實(shí)現(xiàn)自動化控制，具有精確性、標(biāo)準(zhǔn)性高的特點(diǎn)，克服了現(xiàn)階段大部分的儀器設(shè)備人工操作容易出現(xiàn)誤差的缺陷。

5.本實(shí)用新型提出了多種形式煤矸石淋濾液入滲補(bǔ)給模擬裝置(C)，涉及多種強(qiáng)度煤矸石淋濾液入滲補(bǔ)給模擬裝置和煤矸石淋濾液消融入滲補(bǔ)給模擬裝置；多種強(qiáng)度煤矸石淋濾液入滲補(bǔ)給模擬裝置包括低強(qiáng)度煤矸石淋濾液全入滲補(bǔ)給模擬裝置(16)、中強(qiáng)度煤矸石淋濾液有徑流入滲補(bǔ)給模擬裝置(17)和高強(qiáng)度煤矸石淋濾液穩(wěn)定入滲補(bǔ)給裝置(14)；低強(qiáng)度煤矸石淋濾液全入滲補(bǔ)給模擬裝 置(16)和高強(qiáng)度煤矸石淋濾液穩(wěn)定入滲補(bǔ)給裝置(14)利用永久磁鐵和電線圈磁性相斥的原理，從而控制煤矸石淋濾液的補(bǔ)給速度；中強(qiáng)度煤矸石淋濾液有徑流入滲補(bǔ)給模擬裝置(17)通過空壓機(jī)實(shí)現(xiàn)了煤矸石淋濾液的補(bǔ)給速度的控制；煤矸石淋濾液消融入滲補(bǔ)給模擬裝置(8)通過調(diào)溫元件(8-3)和冷熱一體金屬元件(4-6)實(shí)現(xiàn)煤矸石淋濾液消融低溫入滲模擬過程。

6、基于室內(nèi)土柱實(shí)驗的煤矸石淋濾液入滲模擬裝置實(shí)現(xiàn)特征參數(shù)的測定，具有實(shí)用性強(qiáng)，使用效果好，便于推廣使用的特點(diǎn)。

7、本實(shí)用新型基于大直徑(不小于50cm)的原狀土柱進(jìn)行室內(nèi)實(shí)驗，與傳統(tǒng)的室內(nèi)實(shí)驗小試件相比，能夠更好地代表真正土體的實(shí)際情況；與原位實(shí)測相比，本實(shí)用新型的大直徑原狀土柱實(shí)驗也具備周期短、花費(fèi)少、技術(shù)手段成熟的特點(diǎn)。

8、本實(shí)用新型首次提出多種形式下的基于室內(nèi)土柱實(shí)驗的煤矸石淋濾液入滲模擬裝置，本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)新穎合理，能夠有效模擬煤矸石淋濾液入滲的多種工況，具有準(zhǔn)確度高、可靠性強(qiáng)。

附圖說明

圖1A是基于低強(qiáng)度煤矸石淋濾液全入滲補(bǔ)給模擬裝置的系統(tǒng)總圖。

圖1B是低強(qiáng)度煤矸石淋濾液全入滲補(bǔ)給模擬裝置(16)的示意圖。

圖1C是圖1B中B處放大圖。

圖2A是基于中強(qiáng)度煤矸石淋濾液有徑流入滲補(bǔ)給模擬裝置的系統(tǒng)總圖。

圖2B是中強(qiáng)度煤矸石淋濾液有徑流入滲補(bǔ)給模擬裝置(17)的示意圖。

圖3A是基于高強(qiáng)度煤矸石淋濾液穩(wěn)定入滲補(bǔ)給裝置的系統(tǒng)總圖。

圖3B是高強(qiáng)度煤矸石淋濾液穩(wěn)定入滲補(bǔ)給裝置(14)的示意圖。

圖3C是圖3B中B處放大圖。

圖4A是基于煤矸石淋濾液消融入滲補(bǔ)給模擬裝置的系統(tǒng)總圖。

圖4B是煤矸石淋濾液消融入滲補(bǔ)給模擬裝置(8)的示意圖。

圖5是土柱實(shí)驗標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件(4)與底部構(gòu)件(1)的裝配圖。

圖6是土柱實(shí)驗標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件(4)中管壁(4-1)示意圖，其中圖6A是主視圖，

圖6B是后視圖。

圖7是圖5中A處的放大圖。

圖8是底座(1-1)的俯視圖。

圖9是插入件(5)的示意圖。

圖10是插入件(5)中橡膠塞(5-7)的示意圖。

圖11是本發(fā)明的卡箍(4-30)的拆分示意圖。

圖12是法蘭(6)的示意圖。

圖13是本發(fā)明煤矸石淋濾液入滲土柱模擬系統(tǒng)總的示意圖。

具體實(shí)施方式

下面參照附圖對本實(shí)用新型做詳細(xì)敘述。

參照圖13，基于室內(nèi)土柱實(shí)驗的煤矸石淋濾液入滲模擬裝置，包括底部構(gòu)件(1)、連接在底部構(gòu)件(1)上的一個或多個串聯(lián)的土柱實(shí)驗標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件(4)以及土柱實(shí)驗標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件(4)頂部的多種形式煤矸石淋濾液補(bǔ)給模擬裝置(C)；所述的多種形式煤矸石淋濾液補(bǔ)給模擬裝置(C)包括低強(qiáng)度煤矸石淋濾液全入滲補(bǔ)給模擬裝置(16)、中強(qiáng)度煤矸石淋濾液有徑流入滲補(bǔ)給模擬裝置(17)和高強(qiáng)度煤矸石淋濾液穩(wěn)定入滲補(bǔ)給模擬裝置(14)、煤矸石淋濾液消融入滲補(bǔ)給模擬裝置(8)；

參照圖5，所述的底部構(gòu)件(1)包括位于最下方的底座(1-1)，底座(1-1)上的集水點(diǎn)通過塑料軟管(2)接入出滲量量杯(3)，塑料軟管(2)上設(shè)置有第三流量傳感器(3-1)，第三流量傳感器(3-1)接入計算機(jī)(7)；底座(1-1)的上方設(shè)置有承力柱(1-2)，承力柱(1-2)的上部設(shè)置有高進(jìn)氣值陶土板(1-3)，高進(jìn)氣值陶土板(1-3)的四周邊沿均與底部構(gòu)件(1)管件(1-7)的內(nèi)壁水平緊貼，高進(jìn)氣值陶土板(1-3)的頂部設(shè)置有濾紙(1-4)，濾紙(1-4)的上表面與原狀土樣(12)接觸；管件(1-7)的頂端設(shè)置有外螺紋連接段(1-6)，外螺紋連接段(1-6)通過法蘭(6)與土柱實(shí)驗標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件(4)連接；

參照圖6，所述土柱實(shí)驗標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件(4)由兩個相同的半圓柱體經(jīng)卡箍(4-30)通過土柱實(shí)驗標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件(4)管壁(4-1)的卡箍凹槽(4-3)處連接成一個圓柱體，土柱實(shí)驗標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件(4)的管壁(4-1)上設(shè)置有圓形小孔(4-4)，圓形小孔(4-4)與橡膠塞(5-7)配合使用；多個土柱實(shí)驗標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件(4)通過法蘭(6)將上下端的螺紋連接段(4-2)進(jìn)行連接；插入件(5)通過橡膠塞(5-7)插入原狀土樣(12)內(nèi)，插入件(5)內(nèi)傳感器所采集的數(shù)據(jù)都實(shí)時傳輸給計算機(jī)(7)；土壤熱傳導(dǎo)吸力探頭(4-7)經(jīng)圓形小孔(4-4)插入原狀土樣(12)內(nèi)，土壤熱傳導(dǎo)吸力探頭(4-7)內(nèi)傳感器所采集的數(shù)據(jù)都實(shí)時傳輸給計算機(jī)(7)；X射線熒光光譜探頭(4-8)經(jīng)圓形小孔(4-4)插入原狀土樣(12)內(nèi)，X射線熒光光譜探頭(4-8)所采集的數(shù)據(jù)都實(shí)時傳輸給計算機(jī)(7)；土柱實(shí)驗標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件(4)上固定有多個測壓管(4-9)，多個測壓管(4-9)的每個入水口經(jīng)圓形小孔(4-4)插入原狀土樣(12)內(nèi)；所述的插入件(5)在土柱上按照同一列布置，土壤熱傳導(dǎo)吸力探頭(4-7)在土柱上按照同一列布置，X射線熒光光譜探頭(4-8)在土柱上按照同一列布置，測壓管(4-9)在土柱上按照同一列布置；

參照圖7、圖8，所述的承力柱(1-2)包括承力柱支座(1-22)以及固定在其上的承力柱主體(1-21)，所述承力柱支座(1-22)與底座(1-1)為一體成型，承力柱支座(1-22)在土柱豎向投影按照“一個圓心+以底座(1-1)半徑1/2為半徑的圓周向五等份”方式布置；承力柱主體(1-21)長度不同使得底座(1-1)呈現(xiàn)坡度；

所述的底部構(gòu)件(1)、土柱實(shí)驗標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件(4)及圓柱構(gòu)件(10)均由耐高溫玻璃鋼制成；

參照圖9、圖10，所述的插入件(5)的最前端設(shè)置有插入針頭(5-6)，插入件(5)內(nèi)部管道的轉(zhuǎn)角處設(shè)置有橡膠墊片(5-1)，內(nèi)部管道中設(shè)置有彈出件(5-2)，彈出件(5-2)包括溫濕度傳感器探頭(4-5)或冷熱一體金屬元件(4-6)，彈出件(5-2)后端與導(dǎo)線(9)進(jìn)行連接，彈出件(5-2)的尾部套設(shè)有輕質(zhì)彈簧(5-4)，輕質(zhì)彈簧(5-4)的末端設(shè)置有探針控制器(5-5)，插入件(5)的外側(cè)中段設(shè)置有擋板(5-3)；

所述圓形小孔(4-4)形狀大小與橡膠塞(5-7)相一致且結(jié)合緊密，排布方式為：縱向上相隔排列且遵循上密下疏原則，橫向上繞土柱實(shí)驗標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件(4)外圓周長8等分排布；

參照圖11，所述的卡箍(4-30)由兩半圓環(huán)鋼圈(4-34)組成并通過一端的鉚釘(4-35)鉚接，卡箍(4-30)的另一端接頭(4-33)通過螺絲桿(4-31)和螺母(4-32)來調(diào)節(jié)卡箍(4-30)的松緊程度，使標(biāo)準(zhǔn)圓柱構(gòu)件緊密結(jié)合；

參照圖12，所述的法蘭(6)內(nèi)側(cè)設(shè)有法蘭螺紋(6-1)，法蘭(6)的兩端設(shè)置有轉(zhuǎn)動把手(6-2)；

所述的計算機(jī)(7)的信號端與微控制器(7-0)的信號端相連，微控制器(7-0) 設(shè)置有溫度探測輸入端(7-1)、溫濕度探測輸出端(7-2)、基質(zhì)吸力探測輸出端(7-3)和重金屬離子濃度監(jiān)測值輸出端(7-4)；溫度探測輸入端(7-1)經(jīng)導(dǎo)線(9)連接冷熱一體金屬元件(4-6)，溫濕度探測輸出端(7-2)經(jīng)導(dǎo)線(9)連接溫濕度傳感器探頭(4-5)，基質(zhì)吸力探測輸出端(7-3)經(jīng)導(dǎo)線(9)連接土壤熱傳導(dǎo)吸力探頭(4-7)，重金屬離子濃度監(jiān)測值輸出端(7-4)經(jīng)導(dǎo)線(9)連接X射線熒光光譜探頭(4-8)。

實(shí)施例一

本實(shí)施例中與本實(shí)用新型配套使用的多種形式煤矸石淋濾液補(bǔ)給模擬裝置(C)是低強(qiáng)度煤矸石淋濾液全入滲補(bǔ)給模擬裝置(16)；

參照圖1，所述的低強(qiáng)度煤矸石淋濾液全入滲補(bǔ)給模擬裝置(16)包括外側(cè)刻有刻度的煤矸石淋濾液桶(16-1)，煤矸石淋濾液桶(16-1)的下方通過輸液管(16-12)與煤矸石淋濾液噴頭(16-9)連通，煤矸石淋濾液噴頭(16-9)設(shè)置于土柱實(shí)驗標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件(4)上部的圓柱構(gòu)件(10)頂部，圓柱構(gòu)件(10)內(nèi)高出原狀土樣(12)上表面2-5厘米處設(shè)置有抗水壓沖擊板(A)，抗水壓沖擊板(A)上設(shè)置有篩孔；U型水頭控制管(10-2)內(nèi)的液面上設(shè)置有輕質(zhì)塑料片(16-8)，所述輕質(zhì)塑料片(16-8)形式為薄圓片，所述輕質(zhì)塑料片(16-8)上方的圓形凹槽內(nèi)設(shè)置有永久磁鐵(16-7)，永久磁鐵(16-7)的正上方設(shè)置有拉線(16-3)吊掛的電線圈(16-6)，電線圈(16-6)外接有導(dǎo)線(9)，拉線(16-3)的上端纏于轉(zhuǎn)輪(16-2)上，轉(zhuǎn)輪(16-2)上設(shè)置有把手(16-4)，轉(zhuǎn)輪(16-2)上端用拉線(16-3)通過著力構(gòu)件(16-11)的小孔與止水閥(16-5)下部相連接，止水閥(16-5)下端設(shè)置有輕質(zhì)彈簧(16-10)，所述圓柱構(gòu)件(10)與U型水頭控制管(10-2)相連接，輕質(zhì)塑料片(16-8)、永久磁鐵(16-7)和電線圈(16-6)都在U型水頭控制管(10-2)的滑槽(16-13)內(nèi)運(yùn)動；所述滑槽(16-13)嵌于U型水頭控制管(10-2)內(nèi)壁，所述電線圈(16-6)按照邊沿處三等分設(shè)置有滑軌(16-14)，所述滑軌(16-14)可在滑槽(16-13)內(nèi)自由上下運(yùn)動；所述的低強(qiáng)度煤矸石淋濾液全入滲補(bǔ)給模擬裝置(16)控制原狀土樣(12)表面液體的液面高度低于1mm。

本實(shí)施例的工作原理包括以下步驟：

步驟一、組裝土柱實(shí)驗標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件

分別對土柱實(shí)驗標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件(4)的兩塊半圓柱體管壁(4-1)進(jìn)行拼接，對土柱實(shí)驗標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件(4)的接縫進(jìn)行密封及防水處理，然后把卡箍(4-30)套在卡箍凹槽(4-3)上，并通過扳手上緊套在螺絲桿件(4-31)上的螺母(4-32)，使卡箍(4-30)牢固地套在卡箍凹槽(4-3)上，然后將多個土柱實(shí)驗標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件(4)通過法蘭(6)串聯(lián)實(shí)現(xiàn)縱向拼接；

步驟二、安裝原狀土樣

選取預(yù)先準(zhǔn)備好的原狀土樣(12)，將原狀土樣(12)豎立在地面上，將已經(jīng)連接好的多個土柱實(shí)驗標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件(4)套住原狀土樣(12)，將原狀土樣(12)與土柱實(shí)驗標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件(4)之間密封及防水處理保證后續(xù)實(shí)驗時煤矸石淋濾液不從縫隙直接流下；

步驟三、組裝土柱實(shí)驗儀器設(shè)備

先將底座(1-1)放置于水平地面上，然后將承力柱主體(1-21)套放在對應(yīng)的承力柱支座(1-22)上，將高進(jìn)氣值陶土板(1-3)水平放置于承力柱主體(1-21)上方，所述高進(jìn)氣值陶土板(1-3)上表面鋪設(shè)有濾紙(1-4)，所述承力柱主體(1-21)、高進(jìn)氣值陶土板(1-3)、濾紙(1-4)均位于管件(1-7)內(nèi) 部；在集水處最低位置設(shè)置一個出液孔外接塑料軟管(2)，將所述塑料軟管(2)的另一端接入出滲量量杯(3)，其中所述塑料軟管(2)上安裝第三流量傳感器(3-1)，所述第三流量傳感器(3-1)通過導(dǎo)線(9)接入計算機(jī)(7)，然后將法蘭(6)的法蘭螺紋(6-1)對準(zhǔn)外螺紋連接段(1-6)，通過轉(zhuǎn)動把手(6-2)將法蘭(6)緊密地安裝在底部構(gòu)件(1)上方，然后將拼接組裝而成的土柱實(shí)驗標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件連同其套住的原狀土樣(12)通過土柱實(shí)驗標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件(4)的底部螺紋連接段(4-2)與所述底部構(gòu)件(1)上端的法蘭(6)的法蘭螺紋(6-1)進(jìn)行組裝，使拼接組裝而成的土柱實(shí)驗標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件連同其套住的原狀土樣(12)位于底部構(gòu)件(1)濾紙(1-4)的正上方，最后通過法蘭(6)將圓柱構(gòu)件(10)進(jìn)行連接；

步驟四、測定原狀土樣的初始狀態(tài)

原狀土樣(12)的初始含水率：多個溫濕度傳感器探頭(4-5)分別對原狀土樣(12)的濕度進(jìn)行一次監(jiān)測，并將監(jiān)測到的信號傳給微控制器(7-0)，微控制器(7-0)將監(jiān)測信號通過串口通信電路實(shí)時傳輸給計算機(jī)(7)，計算機(jī)(7)接收并記錄多個測試點(diǎn)處原狀土樣(12)的濕度信號，并將各個測試點(diǎn)處原狀土樣(12)的濕度信號記錄為各個測試點(diǎn)處原狀土樣(12)的初始含水率θ_c；

原狀土樣(12)的初始溫度：多個溫濕度傳感器探頭(4-5)分別對原狀土樣(12)的溫度進(jìn)行一次監(jiān)測，并將監(jiān)測到的信號傳給微控制器(7-0)，微控制器(7-0)將監(jiān)測信號通過串口通信電路實(shí)時傳輸給計算機(jī)(7)，計算機(jī)(7)接收并記錄多個測試點(diǎn)處原狀土樣(12)的溫度信號，并將各個測試點(diǎn)處原狀土樣(12)的溫度信號記錄為各個測試點(diǎn)處原狀土樣(12)的初始溫度T_c；

原狀土樣(12)的基質(zhì)吸力：多個土壤熱傳導(dǎo)吸力探頭(4-7)分別對原狀土樣(12)的基質(zhì)吸力進(jìn)行一次監(jiān)測，并將監(jiān)測到的信號傳給微控制器(7-0)，微控制器(7-0)將監(jiān)測信號通過串口通信電路實(shí)時傳輸給計算機(jī)(7)，計算機(jī)(7)接收并記錄多個測試點(diǎn)處原狀土樣(12)的基質(zhì)吸力信號，并將各個測試點(diǎn)處原狀土樣(12)的基質(zhì)吸力信號記錄為各個測試點(diǎn)處原狀土樣(12)的初始基質(zhì)吸力F_ac；

原狀土樣(12)的重金屬離子濃度本底值：多個X射線熒光光譜探頭(4-8)分別對初始狀態(tài)的原狀土樣(12)重金屬離子濃度進(jìn)行監(jiān)測，將監(jiān)測到的重金屬離子濃度信號傳給微控制器(7-0)，微控制器(7-0)將監(jiān)測信號通過串口通信電路實(shí)時傳輸給計算機(jī)(7)，計算機(jī)(7)接收并記錄多個測試點(diǎn)處原狀土樣(12)的重金屬離子濃度信號，并將各個測試點(diǎn)處原狀土樣(12)的重金屬離子濃度信號記錄為各個測試點(diǎn)重金屬離子濃度本底值c；

原狀土樣(12)的水頭高度：多個測壓管(4-9)分別對原狀土樣(12)的水頭高度進(jìn)行監(jiān)測得到各個測試點(diǎn)初始階段對應(yīng)的水頭高度h_c；

原狀土樣(12)的飽和含水率：將原狀土樣(12)的取樣地點(diǎn)帶回的其它土樣進(jìn)行飽和含水率測定，作為原狀土樣(12)的飽和含水率；取土樣放入稱量盒內(nèi)，為其注水直至水面浸沒土樣，浸沒10分鐘之后將多余的水清除，稱質(zhì)量為m，之后將土樣和稱量盒放入烘箱內(nèi)，進(jìn)行烘干，之后將其置于天平上進(jìn)行稱重得質(zhì)量為m_s，之后利用公式計算求得原狀土樣(12)的飽和含水率θ_sat；

步驟五、模擬低強(qiáng)度煤矸石淋濾液全入滲

(1)、向煤矸石淋濾液桶(16-1)內(nèi)加煤矸石淋濾液(15)，此時使止水閥 (16-5)處于關(guān)閉狀態(tài)，然后打開止水閥(16-5)，煤矸石淋濾液(15)經(jīng)輸液管(16-12)從煤矸石淋濾液噴頭(16-9)流至圓柱構(gòu)件(10)內(nèi)的抗水壓沖擊板(A)上，再到達(dá)原狀土樣(12)的上表面，所述抗水壓沖擊板(A)起到保護(hù)原狀土樣(12)不受煤矸石淋濾液沖擊侵蝕的作用；位于U型水頭控制管(10-2)內(nèi)的輕質(zhì)塑料片(16-8)與其上方的永久磁鐵(16-7)在煤矸石淋濾液(15)的浮力作用下上升，達(dá)到與圓柱構(gòu)件(10)內(nèi)液體的液面高度相同，當(dāng)上部的圓柱構(gòu)件(10)內(nèi)液體的液面高度上升到高出原狀土樣(12)1mm時，通過導(dǎo)線(9)給電線圈(16-6)供電形成電磁鐵，同時通過把手(16-4)帶動轉(zhuǎn)輪(16-2)轉(zhuǎn)動，所述轉(zhuǎn)輪(16-2)上纏有拉線(16-3)，所述電線圈(16-6)隨著拉線(16-3)在滑槽(16-13)內(nèi)垂直運(yùn)動，轉(zhuǎn)動把手(16-4)調(diào)整拉線(16-3)長度使止水閥(16-5)在輕質(zhì)彈簧(16-10)的作用下接近于關(guān)閉狀態(tài)來進(jìn)行粗調(diào)，然后改變電線圈(16-6)的外部導(dǎo)線(9)所接電源電壓的大小來進(jìn)行精調(diào)，使此時止水閥(16-5)剛好處于關(guān)閉狀態(tài)；當(dāng)U型水頭控制管(10-2)內(nèi)的液體的液面高度隨著上部的圓柱構(gòu)件(10)內(nèi)的液體的液面高度下降時，所述輕質(zhì)塑料片(16-8)和永久磁鐵(16-7)也隨之下降，永久磁鐵(16-7)與電線圈(16-6)之間的磁力減小，所述輕質(zhì)彈簧(16-10)受到的荷載增加產(chǎn)生壓縮形變，位于輕質(zhì)彈簧(16-10)上的止水閥(16-5)打開，煤矸石淋濾液(15)繼續(xù)經(jīng)輸液管(16-12)從煤矸石淋濾液噴頭(16-9)流入圓柱構(gòu)件(10)內(nèi)進(jìn)行補(bǔ)給；當(dāng)補(bǔ)給到圓柱構(gòu)件(10)內(nèi)液體的液面高度再次上升到高出原狀土樣(12)1mm時，止水閥(16-5)就會處于關(guān)閉狀態(tài)，反之則止水閥(16-5)打開繼續(xù)補(bǔ)給，模擬出了低強(qiáng)度煤矸石淋濾液全入滲邊界條件；

(2)、在模擬低強(qiáng)度煤矸石淋濾液全入滲過程中，滲出原狀土樣(12)內(nèi)的煤矸石淋濾液從通水孔(1-5)內(nèi)流出并經(jīng)過塑料軟管(2)流入出滲量測量量杯(3)內(nèi)；在低強(qiáng)度降雨全入滲過程中，觀測到煤矸石淋濾液桶(16-1)的補(bǔ)水間隔為2小時以上時，說明達(dá)到入滲穩(wěn)定，關(guān)閉煤矸石淋濾液補(bǔ)給系統(tǒng)，停止實(shí)驗；此時，煤矸石淋濾液桶(16-1)內(nèi)煤矸石淋濾液(15)的損失量與圓柱構(gòu)件(10)內(nèi)淋濾液未滲入量之差記錄為煤矸石淋濾液總降入量Q_z，在低強(qiáng)度煤矸石淋濾液全入滲條件下，煤矸石淋濾液總降入量Q_z數(shù)值上等于煤矸石淋濾液入滲量Q_r；此時，查看出滲量測量量杯(3)內(nèi)滲出原狀土樣(12)的煤矸石淋濾液的量，并將該讀數(shù)記錄為煤矸石淋濾液出滲量Q_c；

步驟六、模擬過程中的各參數(shù)監(jiān)測

多個溫濕度傳感器探頭(4-5)分別對模擬過程中的原狀土樣(12)的溫濕度進(jìn)行監(jiān)測，并將監(jiān)測到的信號傳給微控制器(7-0)，微控制器(7-0)將監(jiān)測信號通過串口通信電路實(shí)時傳輸給計算機(jī)(7)，計算機(jī)(7)接收并記錄多個測試點(diǎn)處原狀土樣(12)的溫度、濕度信號，并將各個測試點(diǎn)處原狀土樣(12)的溫度、濕度信號記錄為各個測試點(diǎn)記錄時刻對應(yīng)的溫度T_i、含水率θ_i；多個土壤熱傳導(dǎo)吸力探頭(4-7)分別對模擬過程中的原狀土樣(12)的基質(zhì)吸力進(jìn)行監(jiān)測，將監(jiān)測到的基質(zhì)吸力信號傳給微控制器(7-0)，微控制器(7-0)將監(jiān)測信號通過串口通信電路實(shí)時傳輸給計算機(jī)(7)，計算機(jī)(7)接收并記錄多個測試點(diǎn)處原狀土樣(12)的基質(zhì)吸力信號，并將各個測試點(diǎn)處原狀土樣(12)的基質(zhì) 吸力信號記錄為各個測試點(diǎn)記錄時刻對應(yīng)的基質(zhì)吸力F_a；多個X射線熒光光譜探頭(4-8)分別對模擬過程中的原狀土樣(12)的重金屬離子濃度進(jìn)行監(jiān)測，將監(jiān)測到的重金屬離子濃度信號傳給微控制器(7-0)，微控制器(7-0)將監(jiān)測信號通過串口通信電路實(shí)時傳輸給計算機(jī)(7)，計算機(jī)(7)接收并記錄多個測試點(diǎn)處原狀土樣(12)的重金屬離子濃度信號，并將各個測試點(diǎn)處原狀土樣(12)的重金屬離子濃度信號記錄為各個測試點(diǎn)記錄時刻對應(yīng)的重金屬離子濃度c_i；多個測壓管(4-9)分別對原狀土樣(12)的水頭高度進(jìn)行監(jiān)測得到各個測試點(diǎn)記錄時刻對應(yīng)的水頭高度h_i；

上述所有的監(jiān)測，其監(jiān)測時間頻率設(shè)置如下：煤矸石淋濾液入滲5分鐘內(nèi)，記錄時間間隔為5秒，煤矸石淋濾液入滲5-15分鐘內(nèi)，記錄時間間隔為10秒，煤矸石淋濾液入滲15-30分鐘內(nèi)，記錄時間間隔為15秒，煤矸石淋濾液入滲30-60分鐘內(nèi)，記錄時間間隔為20秒，煤矸石淋濾液入滲60分鐘以后記錄時間間隔為60秒，直到實(shí)驗達(dá)到穩(wěn)定后2-4小時以上；

步驟七、模擬過程中監(jiān)測結(jié)果分析

對所記錄的某一時刻的溫度T_i、基質(zhì)吸力F_a和重金屬離子濃度c_i監(jiān)測數(shù)據(jù)做插值處理，得到某一時刻原狀土樣(12)所對應(yīng)的溫度云圖、基質(zhì)吸力云圖和重金屬離子濃度云圖；同時對所記錄的某一時刻原狀土樣(12)所對應(yīng)的含水率θ_i監(jiān)測數(shù)據(jù)做插值處理，得到某一時刻原狀土樣(12)對應(yīng)的含水率云圖；

依據(jù)含水率云圖的變化規(guī)律，找出每個時刻所對應(yīng)的濕潤前鋒的位置，所述濕潤前鋒的位置指的是濕潤帶的邊緣，與下部未濕潤帶之間含水率存在明顯突變的部分，各位置連線形成濕潤前鋒線，從而觀察濕潤前鋒位置隨時間t的變化規(guī)律；根據(jù)含水率云圖，依據(jù)含水率的大小，找出每個時刻所對應(yīng)的飽和含水率θ_sat的等值線，從而確定完全飽和帶，所述完全飽和帶定義是土柱上表面以下一定深度內(nèi)出現(xiàn)水分完全飽和的部分；當(dāng)濕潤前鋒與完全飽和帶在同一監(jiān)測時刻出現(xiàn)時，所述濕潤前鋒線與飽和含水率θ_sat等值線之間的區(qū)域被定義為煤矸石淋濾液入滲過渡帶；

繪制基質(zhì)吸力F_a和含水率θ_i的關(guān)系圖，從而分別得到各土層的土-水特征曲線；

步驟八、煤矸石淋濾液入滲系數(shù)計算

根據(jù)公式Q_r＝Q_z-Q_j，計算得到煤矸石淋濾液入滲量Q_r，單位為cm³；其中Q_z為煤矸石淋濾液總量，單位為cm³；Q_j為煤矸石淋濾液徑流量，單位為cm³；

根據(jù)公式△S＝Q_r-Q_c，計算得到煤矸石淋濾液入滲的虧損量△S，單位為cm³；其中Q_r為煤矸石淋濾液入滲量，單位為cm³；Q_c為煤矸石淋濾液出滲量，單位為cm³；

根據(jù)公式V_r＝Q_r/t計算得到煤矸石淋濾液入滲率V_r，單位為cm³/s；其中Q_r 為煤矸石淋濾液入滲量，單位為cm³；t為實(shí)驗測試時間，單位為s；

根據(jù)公式V_c＝Q_c/t計算得到煤矸石淋濾液出滲率V_c，單位為cm³/s；其中Q_c為煤矸石淋濾液出滲量，單位為cm³；t為實(shí)驗測試時間，單位為s；

根據(jù)公式α＝Q_c/Q_z計算得到煤矸石淋濾液入滲系數(shù)α，單位為無量綱；其中Q_c為煤矸石淋濾液出滲量，單位為cm³；Q_z為煤矸石淋濾液總量；

步驟九、非飽和滲透系數(shù)計算

基于土柱實(shí)驗的煤矸石淋濾液入滲，可以概化為一維垂向入滲，其數(shù)學(xué)模型如下

將Darcy定律代入以上方程(1)得

對于非飽和土，滲透系數(shù)k與含水率存在函數(shù)關(guān)系，所以方程(2)可化為下式

根據(jù)Fredlund&Morgenstern所提出的理論，試樣所受的法向應(yīng)力(σ-u_a)和基質(zhì)吸力值的變化將會引起體積含水率θ_w的變化，即

式中：σ——總應(yīng)力；

m₁^w——與法向應(yīng)力(σ-u_a)變化有關(guān)的水的體積變化系數(shù)；

——與基質(zhì)吸力(u_a-u_w)變化有關(guān)的水的體積變化系數(shù)；

將方程(4)對時間微分，同時，在非穩(wěn)定滲流過程中土體單元上并沒有外荷載作用，假定在非飽和區(qū)氣相連續(xù)不變，得

其中：即土-水特征曲線的斜率；

由(3)、(5)式可得

其中：k為非飽和滲透系數(shù)，單位為無量綱；h為總水頭高度，單位為cm；y為土柱測點(diǎn)高度，單位為cm；γ_w為水的重度，單位為N/m³；為土-水特征曲線的斜率，單位為無量綱；t為時間，單位為s；

依據(jù)方程(6)求得任意時刻土柱任意高度處的非飽和滲透系數(shù)k，利用插值法繪制其分布圖；

步驟十、水動力彌散系數(shù)計算

由水量均衡原理，土柱上任意截面y處的水分通量q_y，可表示為：

式中：q_y為任意截面y處的水分通量，cm/d；q₀為土柱頂部的進(jìn)水量，cm/d；θ為體積含水率，cm³/cm³；Δt為時段，Δt＝t₂-t₁，d；k為時段數(shù)；

土柱上任意截面y處的溶質(zhì)通量J_y由質(zhì)量守恒原理得

式中：J_y為任意截面y處的溶質(zhì)通量，g/(cm²·d)；J₀為土柱頂部的溶質(zhì)通量，g/(cm²·d)；c_i為土壤溶液濃度，g/cm³；θ為體積含水率，cm³/cm³；Δt為時段，Δt＝t₂-t₁，d；k為時段數(shù)；

根據(jù)水動力彌散原理，溶質(zhì)通量等于水動力彌散通量與對流通量之和，即

式中：D_sh為水動力彌散系數(shù)，cm²/d；其余符號同前；

將前面計算出的和代入上式即可計算水動力彌散系數(shù)D_sh，若取一系列y斷面則可計算出一系列D_sh，從而將D_sh和對應(yīng)的非飽和滲透系數(shù)k或孔隙流速v擬合成經(jīng)驗公式。

實(shí)施例二

本實(shí)施例中與本實(shí)用新型配套使用的多種形式煤矸石淋濾液補(bǔ)給模擬裝置(C)是中強(qiáng)度煤矸石淋濾液有徑流入滲補(bǔ)給模擬裝置(17)；

參照圖2，所述的中強(qiáng)度煤矸石淋濾液有徑流入滲補(bǔ)給模擬裝置(17)包括設(shè)置在圓柱構(gòu)件(10)內(nèi)的煤矸石淋濾液容器(17-9)和設(shè)置在煤矸石淋濾液容器(17-9)底部的圓形小孔(17-10)，圓柱構(gòu)件(10)內(nèi)高出原狀土樣(12)上表面2-5厘米處設(shè)置有抗水壓沖擊板(A)，抗水壓沖擊板(A)上設(shè)置有篩孔；所述煤矸石淋濾液容器(17-9)的頂部設(shè)置有壓力控制管(17-8)和與外部煤矸石淋濾液連接的進(jìn)液管(17-7)；所述進(jìn)液管(17-7)上設(shè)置有進(jìn)液電磁閥(17-2)、進(jìn)液泵(17-1)和用于對煤矸石淋濾液的量進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測的第一流量傳感器 (17-3)；所述煤矸石淋濾液容器內(nèi)壓力控制管(17-8)上設(shè)置有壓力控制電磁閥(17-5)和壓力傳感器(17-6)，所述煤矸石淋濾液容器內(nèi)壓力控制管(17-8)的尾部連接有空氣壓縮機(jī)(17-4)；所述煤矸石淋濾液容器(17-9)的頂部內(nèi)壁上設(shè)置有用于對煤矸石淋濾液容器(17-9)內(nèi)液體的液面高度進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測的水位傳感器(17-11)；所述圓柱構(gòu)件(10)內(nèi)的原狀土樣(12)上表面外側(cè)開有出液口(10-1)，出液口(10-1)通過塑料軟管(2)接入徑流量量杯(13)，所述塑料軟管(2)上設(shè)置有第二流量傳感器(13-1)，所述第二流量傳感器(13-1)通過導(dǎo)線(9)接入計算機(jī)(7)。

本實(shí)施例的工作原理包括以下步驟：

步驟一、組裝土柱實(shí)驗標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件

具體步驟同實(shí)施例一；

步驟二、安裝原狀土樣

具體步驟同實(shí)施例一；

步驟三、組裝土柱實(shí)驗儀器設(shè)備

具體步驟同實(shí)施例一；

步驟四、測定原狀土樣的初始狀態(tài)

具體步驟同實(shí)施例一；

步驟五、模擬中強(qiáng)度煤矸石淋濾液有徑流入滲

(1)、計算機(jī)(7)發(fā)出信號接通空氣壓縮機(jī)(17-4)的供電回路，然后驅(qū)動壓力控制電磁閥(17-5)打開，空氣壓縮機(jī)(17-4)啟動，產(chǎn)生的壓縮空氣經(jīng)過壓力控制電磁閥(17-5)調(diào)節(jié)壓力后通過煤矸石淋濾液容器內(nèi)壓力控制管(17-8)進(jìn)入煤矸石淋濾液容器(17-9)內(nèi)，將煤矸石淋濾液容器(17-9)內(nèi)的煤矸石淋濾液從圓形小孔(17-10)中噴出，之后到達(dá)圓柱構(gòu)件(10)內(nèi)的抗水壓沖擊板(A)上，再到原狀土樣(12)的上表面，所述抗水壓沖擊板(A)起到保護(hù)原狀土樣(12)不受煤矸石淋濾液沖擊侵蝕的作用，模擬出了中強(qiáng)度煤矸石淋濾液有徑流入滲邊界條件；中強(qiáng)度煤矸石淋濾液有徑流入滲模擬過程中，壓力傳感器(17-6)對經(jīng)過煤矸石淋濾液容器(17-9)內(nèi)壓力控制管(17-8)的壓縮空氣壓力進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測并將監(jiān)測到的信號輸出給計算機(jī)(7)，計算機(jī)(7)將其接收到的壓力監(jiān)測值與實(shí)驗設(shè)定的壓力閾值進(jìn)行比對，當(dāng)壓力監(jiān)測值小于壓力閾值時，計算機(jī)(7)驅(qū)動壓力控制電磁閥(17-5)打開的開度增大，當(dāng)壓力監(jiān)測值大于壓力閾值時，計算機(jī)(7)驅(qū)動壓力控制電磁閥(17-5)打開的開度減小，從而使經(jīng)過煤矸石淋濾液容器(17-9)內(nèi)壓力控制管(17-8)的壓縮空氣壓力維持在壓力閾值范圍內(nèi)；同時，所述水位傳感器(17-11)對煤矸石淋濾液容器(17-9)內(nèi)液體的液面高度進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測并將監(jiān)測到的信號輸出給計算機(jī)(7)，計算機(jī)(7)將其接收到的液體的液面高度監(jiān)測值與實(shí)驗設(shè)定的液體的液面高度設(shè)定值進(jìn)行比對，當(dāng)液體的液面高度監(jiān)測值小于液體的液面高度設(shè)定值時，計算機(jī)(7)控制接通進(jìn)液泵(17-1)的供電回路，并驅(qū)動進(jìn)液電磁閥(17-2)打開，外部煤矸石淋濾液通過進(jìn)液管(17-7)流入煤矸石淋濾液容器(17-9)內(nèi)，當(dāng)液體的液面高度監(jiān)測值大于液體的液面高度設(shè)定值時，計算機(jī)(7)控制斷開進(jìn)液泵(17-1)的供電回路，并驅(qū)動進(jìn)液電磁閥(17-2)關(guān)閉，停止往煤矸石淋濾液容器(17-9)內(nèi)注入煤矸石淋濾液，從而使煤矸石淋濾液容器(17-9)內(nèi)液體的液面高度維持穩(wěn)定，保證了煤矸石淋濾液入滲過程的持續(xù)進(jìn)行；

(2)、在模擬中強(qiáng)度煤矸石淋濾液有徑流入滲過程中，未滲入原狀土樣(12)內(nèi)的煤矸石淋濾液從出液口(10-1)內(nèi)流出并經(jīng)過塑料軟管(2)流入徑流量量 杯(13)；滲出原狀土樣(12)內(nèi)的煤矸石淋濾液從通水孔(1-5)內(nèi)流出并經(jīng)過塑料軟管(2)流入出滲量測量量杯(3)，模擬中強(qiáng)度煤矸石淋濾液入滲過程中，徑流量量杯(13)對未滲入原狀土樣(12)內(nèi)的煤矸石淋濾液的量進(jìn)行監(jiān)測并記錄，當(dāng)相鄰的兩個采樣時刻的未滲入原狀土樣(12)內(nèi)的煤矸石淋濾液的量的差值小于等于1cm³時，說明達(dá)到了入滲穩(wěn)定，關(guān)閉煤矸石淋濾液補(bǔ)給系統(tǒng)，停止實(shí)驗；此時，第一流量傳感器(17-3)對煤矸石淋濾液入滲量進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測并將監(jiān)測到的信號實(shí)時輸出給計算機(jī)(7)，計算機(jī)(7)記錄為煤矸石淋濾液總降入量Q_z；此時，查看徑流量測量量杯(13)內(nèi)未滲入原狀土樣(12)內(nèi)的煤矸石淋濾液的量，并將該讀數(shù)記錄為煤矸石淋濾液徑流量Q_j；查看出滲量測量量杯(3)內(nèi)滲出原狀土樣(12)的煤矸石淋濾液的量，并將該讀數(shù)記錄為煤矸石淋濾液出滲量Q_c；

步驟六、模擬過程中的各參數(shù)監(jiān)測

具體步驟同實(shí)施例一；

步驟七、模擬過程中監(jiān)測結(jié)果分析

具體步驟同實(shí)施例一；

步驟八、入滲系數(shù)計算

具體步驟同實(shí)施例一；

步驟九、非飽和滲透系數(shù)計算

具體步驟同實(shí)施例一；

步驟十、水動力彌散系數(shù)計算

具體步驟同實(shí)施例一。

實(shí)施例三

本實(shí)施例中與本實(shí)用新型配套使用的多種形式煤矸石淋濾液補(bǔ)給模擬裝置(C)是高強(qiáng)度煤矸石淋濾液穩(wěn)定入滲補(bǔ)給模擬裝置(14)；

參照圖3，所述的高強(qiáng)度煤矸石淋濾液穩(wěn)定入滲補(bǔ)給模擬裝置(14)包括外側(cè)刻有刻度的煤矸石淋濾液桶(14-1)，煤矸石淋濾液桶(14-1)的下方通過輸液管(14-12)與煤矸石淋濾液噴頭(14-9)連通，煤矸石淋濾液噴頭(14-9)設(shè)置于土柱實(shí)驗標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件(4)上部的圓柱構(gòu)件(10)頂部，圓柱構(gòu)件(10)內(nèi)高出原狀土樣(12)上表面2-5厘米處設(shè)置有抗水壓沖擊板(A)，抗水壓沖擊板(A)上設(shè)置有篩孔；U型水頭控制管(10-2)內(nèi)的液面上設(shè)置有輕質(zhì)塑料片(14-8)，所述輕質(zhì)塑料片(14-8)形式為薄圓片，所述輕質(zhì)塑料片(14-8)上方的圓形凹槽內(nèi)設(shè)置有永久磁鐵(14-7)，永久磁鐵(14-7)的正上方設(shè)置有拉線(14-3)吊掛的電線圈(14-6)，電線圈(14-6)外接有導(dǎo)線(9)，拉線(14-3)的上端纏于轉(zhuǎn)輪(14-2)上，轉(zhuǎn)輪(14-2)上設(shè)置有把手(14-4)，轉(zhuǎn)輪(14-2)上端用拉線(14-3)通過著力構(gòu)件(14-11)的小孔與止水閥(14-5)下部相連接，止水閥(14-5)下端設(shè)置有輕質(zhì)彈簧(14-10)，所述圓柱構(gòu)件(10)與U型水頭控制管(10-2)相連接，輕質(zhì)塑料片(14-8)、永久磁鐵(14-7)和電線圈(14-6)都在U型水頭控制管(10-2)的滑槽(14-13)內(nèi)運(yùn)動；所述滑槽(14-13)嵌于U型水頭控制管(10-2)內(nèi)壁，所述電線圈(14-6)按照邊沿處三等分設(shè)置有滑軌(14-14)，所述滑軌(14-14)可在滑槽(14-13)內(nèi)自由上下運(yùn)動，所述 的高強(qiáng)度煤矸石淋濾液穩(wěn)定入滲補(bǔ)給模擬裝置(14)控制原狀土樣(12)表面液體的液面高度高于1cm以上。

本實(shí)施例的工作原理包括以下步驟：

步驟一、組裝土柱實(shí)驗標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件

具體步驟同實(shí)施例一；

步驟二、安裝原狀土樣

具體步驟同實(shí)施例一；

步驟三、組裝土柱實(shí)驗儀器設(shè)備

具體步驟同實(shí)施例一；

步驟四、測定原狀土樣的初始狀態(tài)

具體步驟同實(shí)施例一；

步驟五、模擬高強(qiáng)度煤矸石淋濾液穩(wěn)定入滲

(1)、向煤矸石淋濾液桶(14-1)內(nèi)加煤矸石淋濾液(15)，此時使止水閥(14-5)處于關(guān)閉狀態(tài)，然后打開止水閥(14-5)，所述煤矸石淋濾液(15)經(jīng)輸液管(14-12)從煤矸石淋濾液噴頭(14-9)流至圓柱構(gòu)件(10)內(nèi)的抗水壓沖擊板(A)上，再到達(dá)原狀土樣(12)的上表面，所述抗水壓沖擊板(A)起到保護(hù)原狀土樣(12)不受煤矸石淋濾液沖擊侵蝕的作用；位于U型水頭控制管(10-2)內(nèi)的輕質(zhì)塑料片(14-8)與其上方的永久磁鐵(14-7)在煤矸石淋濾液(15)的浮力作用下上升，達(dá)到與圓柱構(gòu)件(10)內(nèi)液體的液面高度相同，當(dāng)上部的圓柱構(gòu)件(10)內(nèi)液體的液面高度上升到實(shí)驗預(yù)設(shè)高度時，通過導(dǎo)線(9)給電線圈(14-6)供電形成電磁鐵，同時通過把手(14-4)帶動轉(zhuǎn)輪(14-2)轉(zhuǎn)動，所述轉(zhuǎn)輪(14-2)上纏有拉線(14-3)，所述電線圈(14-6)隨著拉線(14-3)在滑槽(14-13)內(nèi)垂直運(yùn)動，轉(zhuǎn)動把手(14-4)調(diào)整拉線(14-3)長度使止水閥(14-5)在輕質(zhì)彈簧(14-10)的作用下接近于關(guān)閉狀態(tài)來進(jìn)行粗調(diào)，然后改變電線圈(14-6)的外部導(dǎo)線(9)所接電源電壓的大小來進(jìn)行精調(diào)，使此時止水閥(14-5)剛好處于關(guān)閉狀態(tài)；當(dāng)U型水頭控制管(10-2)內(nèi)液體的液面高度隨著上部的圓柱構(gòu)件(10)內(nèi)液體的液面高度下降時，所述輕質(zhì)塑料片(14-8)和永久磁鐵(14-7)也隨之下降，永久磁鐵(14-7)與電線圈(14-6)之間的磁力減小，所述輕質(zhì)彈簧(14-10)受到的荷載增加產(chǎn)生壓縮形變，位于輕質(zhì)彈簧(14-10)上的止水閥(14-5)打開，煤矸石淋濾液(15)繼續(xù)經(jīng)輸液管(14-12)從煤矸石淋濾液噴頭(14-9)流入圓柱構(gòu)件(10)內(nèi)進(jìn)行補(bǔ)給；當(dāng)補(bǔ)給到圓柱構(gòu)件(10)內(nèi)液體的液面高度再次上升到高出原狀土樣(12)預(yù)設(shè)實(shí)驗高度時，止水閥(14-5)就會處于關(guān)閉狀態(tài)，反之則止水閥(14-5)打開繼續(xù)補(bǔ)給，模擬出了高強(qiáng)度煤矸石淋濾液穩(wěn)定入滲邊界條件；

(2)、在模擬高強(qiáng)度煤矸石淋濾液穩(wěn)定入滲過程中，滲出原狀土樣(12)內(nèi)的煤矸石淋濾液從通水孔(1-5)內(nèi)流出并經(jīng)過塑料軟管(2)流入出滲量測量量杯(3)；在高強(qiáng)度煤矸石淋濾液穩(wěn)定入滲過程中，觀測到煤矸石淋濾液桶(14-1)的補(bǔ)水間隔為2小時以上時，說明達(dá)到入滲穩(wěn)定，關(guān)閉煤矸石淋濾液補(bǔ)給系統(tǒng)，停止實(shí)驗；此時，煤矸石淋濾液桶(14-1)內(nèi)煤矸石淋濾液(15)的損失量記錄為煤矸石淋濾液總降入量Q_z，同時，將煤矸石淋濾液桶(14-1)內(nèi)煤矸石淋濾液(15)的損失量與圓柱構(gòu)件(10)內(nèi)未滲入的煤矸石淋濾液的量之差記錄為煤矸石淋濾液入滲量Q_r，查看出滲量測量量杯(3)內(nèi)滲出原狀土樣(12)的煤矸 石淋濾液的量，并將該讀數(shù)記錄為煤矸石淋濾液出滲量Q_c；

步驟六、模擬過程中的各參數(shù)監(jiān)測

具體步驟同實(shí)施例一；

步驟七、模擬過程中監(jiān)測結(jié)果分析

具體步驟同實(shí)施例一；

步驟八、入滲系數(shù)計算

具體步驟同實(shí)施例一；

步驟九、非飽和滲透系數(shù)計算

具體步驟同實(shí)施例一；

步驟十、水動力彌散系數(shù)計算

具體步驟同實(shí)施例一。

實(shí)施例四

本實(shí)施例中與本實(shí)用新型配套使用的多種形式煤矸石淋濾液補(bǔ)給模擬裝置(C)是煤矸石淋濾液消融入滲補(bǔ)給模擬裝置(8)；

參照圖4，所述的煤矸石淋濾液消融入滲補(bǔ)給模擬裝置(8)包括設(shè)置在土柱外側(cè)的溫度控制器(8-1)以及通過導(dǎo)線(9)與其所連接的調(diào)溫元件(8-3)，所述調(diào)溫元件(8-3)位于頂蓋(8-2)下方，頂蓋(8-2)的頂部設(shè)置有超聲波測距傳感器(8-4)，頂蓋(8-2)位于土柱實(shí)驗標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件(4)上部的圓柱構(gòu)件(10)的上方且緊密接觸，圓柱構(gòu)件(10)內(nèi)的原狀土樣(12)上表面外側(cè)開有出液口(10-1)，所述出液口(10-1)通過塑料軟管(2)接入徑流量量杯(13)，塑料軟管(2)上設(shè)置有第二流量傳感器(13-1)，所述第二流量傳感器(13-1)通過導(dǎo)線(9)接入計算機(jī)(7)，原狀土樣(12)上設(shè)置有用煤矸石淋濾液制備的碎冰(11)。

本實(shí)施例的工作原理包括以下步驟：

步驟一、組裝土柱實(shí)驗標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件

具體步驟同實(shí)施例一；

步驟二、安裝原狀土樣

具體步驟同實(shí)施例一；

步驟三、組裝土柱實(shí)驗儀器設(shè)備

具體步驟同實(shí)施例一；

步驟四、測定原狀土樣的初始狀態(tài)

具體步驟同實(shí)施例一；

步驟五、模擬煤矸石淋濾液消融入滲

(1)、計算機(jī)(7)發(fā)出信號接通溫度控制器(8-1)的供電回路，從而控制調(diào)溫元件(8-3)加熱到預(yù)設(shè)實(shí)驗溫度T₁，溫度控制器(8-1)對調(diào)溫元件(8-3)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測并將監(jiān)測到的信號實(shí)時傳輸給計算機(jī)(7)，計算機(jī)(7)將其接收到的監(jiān)測值與調(diào)溫元件(8-3)預(yù)設(shè)實(shí)驗溫度T₁相比對，當(dāng)監(jiān)測值達(dá)到調(diào)溫元件(8-3)預(yù)設(shè)實(shí)驗溫度T₁時，計算機(jī)(7)向溫度控制器(8-1)發(fā)出信號斷開調(diào)溫元件(8-3)的供電回路，調(diào)溫元件(8-3)停止加熱，當(dāng)監(jiān)測值低于調(diào)溫元件(8-3)預(yù)設(shè)實(shí)驗溫度T₁時，計算機(jī)(7)經(jīng)微控制器(7-0)向溫度控制器(8-1)發(fā)出信號接通調(diào)溫元件(8-3)的供電回路，調(diào)溫元件(8-3)開始加熱，從而使調(diào)溫元件(8-3)保持為預(yù)設(shè)實(shí)驗溫度T₁；預(yù)設(shè)實(shí)驗溫度T₁的范圍為0℃～80℃。

(2)、計算機(jī)(7)發(fā)出信號經(jīng)微控制器(7-0)從溫度探測輸入端(7-1) 經(jīng)導(dǎo)線(9)到達(dá)冷熱一體金屬元件(4-6)，控制冷熱一體金屬元件(4-6)開始工作，使原狀土樣(12)達(dá)到預(yù)設(shè)實(shí)驗溫度T₂；煤矸石淋濾液消融入滲模擬過程中，埋置于原狀土樣(12)的溫濕度傳感器探頭(4-5)對附近土壤的溫度進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測并將監(jiān)測到的信號經(jīng)導(dǎo)線(9)通過微控制器(7-0)的溫濕度輸出端(7-2)實(shí)時傳輸給計算機(jī)(7)，計算機(jī)(7)將其接收到的溫度監(jiān)測值與冷熱一體金屬元件(4-6)預(yù)設(shè)實(shí)驗溫度T₂相比對，當(dāng)溫度監(jiān)測值高于冷熱一體金屬元件(4-6)預(yù)設(shè)實(shí)驗溫度T₂時，計算機(jī)(7)經(jīng)微控制器(7-0)向溫度探測輸入端(7-1)發(fā)出信號控制冷熱一體金屬元件(4-6)開始制冷，當(dāng)溫度監(jiān)測值低于冷熱一體金屬元件(4-6)預(yù)設(shè)實(shí)驗溫度T₂時，計算機(jī)(7)經(jīng)微控制器(7-0)向溫度探測輸入端(7-1)發(fā)出信號控制冷熱一體金屬元件(4-6)開始加熱，從而使冷熱一體金屬元件(4-6)的溫度保持為預(yù)設(shè)實(shí)驗溫度T₂，模擬出了煤矸石淋濾液消融低溫入滲條件；預(yù)設(shè)實(shí)驗溫度T₂的范圍為-20℃～20℃。

(3)、在模擬煤矸石淋濾液消融入滲的過程中，未滲入原狀土樣(12)內(nèi)的煤矸石淋濾液從所述出液口(10-1)內(nèi)流出并經(jīng)過塑料軟管(2)流入徑流量量杯(13)；滲出原狀土樣(12)內(nèi)的煤矸石淋濾液從所述通液孔(1-5)內(nèi)流出并經(jīng)過塑料軟管(2)流入出滲量測量量杯(3)；在煤矸石淋濾液消融入滲過程中，當(dāng)相鄰的兩個采樣時刻的未滲入原狀土樣(12)內(nèi)的煤矸石淋濾液的量的差值小于等于1cm³時，說明達(dá)到了煤矸石淋濾液消融入滲穩(wěn)定，停止實(shí)驗；此時，查看徑流量測量量杯(13)內(nèi)未滲入原狀土樣(12)內(nèi)的煤矸石淋濾液的量，并將該讀數(shù)記錄為煤矸石淋濾液消融徑流量Q_j；查看出滲量測量量杯(3)內(nèi)滲出原狀土樣(12)的煤矸石淋濾液的量，并將該讀數(shù)記錄為煤矸石淋濾液消融出滲量Q_c；根據(jù)原狀土樣(12)入滲穩(wěn)定時上表層處的含水率θ，結(jié)合原狀土樣(12)上表層處的初始含水率θ_c，從而換算出煤矸石淋濾液消融入滲量Q_r；煤矸石淋濾液消融入滲量Q_r與煤矸石淋濾液消融徑流量Q_j的和即為煤矸石淋濾液總消融量Q_z；

步驟六、模擬過程中的各參數(shù)監(jiān)測

具體步驟同實(shí)施例一；

步驟七、模擬過程中監(jiān)測結(jié)果分析

具體步驟同實(shí)施例一；

步驟八、入滲系數(shù)計算

具體步驟同實(shí)施例一；

步驟九、非飽和滲透系數(shù)計算

具體步驟同實(shí)施例一；

步驟十、水動力彌散系數(shù)計算

具體步驟同實(shí)施例一。