專利名稱：一種用于土柱試驗(yàn)的電導(dǎo)率測量裝置及測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于土柱試驗(yàn)的電導(dǎo)率測量裝置及測量方法，屬于環(huán)境巖土工程的技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
由于工業(yè)污染、生活污水排放以及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)化肥過度使用等原因?qū)е峦寥篮偷叵滤馐車?yán)重污染，隨著降雨和地下水的流動(dòng)，許多污染成份隨之在土壤中遷移，并逐步侵蝕建筑物地基和基礎(chǔ)，對建筑物的安全造成了巨大威脅。因此，研究污染溶質(zhì)在土壤中的運(yùn)移成了環(huán)境巖土工程的重要課題，這對于如何采取相應(yīng)的防滲和防腐措施都具有重要指導(dǎo)意義。土柱試驗(yàn)是開展土壤溶質(zhì)運(yùn)移研究的主要方法，是獲得穿透曲線的重要手段。所謂土柱法，首先將土樣裝入土樣筒中，其次用去離子水飽和土樣，然后用示蹤劑溶液連續(xù)恒定注入土樣中，最后定量分析示蹤劑溶液在土樣中運(yùn)移時(shí)通過土樣筒出口截面的相對濃度與時(shí)間的關(guān)系曲線，此曲線即是穿透曲線。根據(jù)穿透曲線，可以得出溶質(zhì)運(yùn)移的關(guān)鍵參數(shù)(如彌散系數(shù)、孔隙水平均流速、延遲因子等)，這些參數(shù)是表征介質(zhì)水動(dòng)力學(xué)特征的綜合物理量， 是研究可溶性物質(zhì)在多孔介質(zhì)中遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律及預(yù)測評價(jià)污染物時(shí)空分布的基礎(chǔ)。因此， 獲得穿透曲線的關(guān)鍵就是獲得土樣筒出口截面的溶質(zhì)相對濃度，目前廣泛使用化學(xué)實(shí)驗(yàn)的方法得到相對濃度。這具有以下不足(1)化學(xué)實(shí)驗(yàn)受人為操作的影響較大，因此其精度較差；( 化學(xué)試驗(yàn)得到結(jié)果的時(shí)間明顯滯后，不能隨著溶質(zhì)運(yùn)移的過程同步觀測；C3)整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程根據(jù)不同時(shí)間需要化驗(yàn)較多的濃度，因此重復(fù)性的工作會(huì)花費(fèi)很多時(shí)間，效率很低，更增加了誤差的幾率；(4)長期接觸化學(xué)試劑不利于人體健康。因此，發(fā)明一種能夠適用于土柱實(shí)驗(yàn)、準(zhǔn)確、便捷、環(huán)保的測試裝置和使用方法具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的不足提供一種用于土柱試驗(yàn)的電導(dǎo)率測量裝置及測量方法。一種用于土柱試驗(yàn)的電導(dǎo)率測量裝置，包括土樣筒(1)、示蹤劑溶液流入端口 O)、示蹤劑溶液流出端口(3)、示蹤劑溶液流入端電導(dǎo)率傳感器G)、示蹤劑溶液流出端電導(dǎo)率傳感器(5)、通道選擇器(8)、電導(dǎo)率測試儀(9)和計(jì)算機(jī)(10)；示蹤劑溶液流入端電導(dǎo)率傳感器(4)和示蹤劑溶液流出端電導(dǎo)率傳感器( 分別由電纜(6)和電纜(7)與通道選擇器(8)連接，通道選擇器(8)通過電導(dǎo)率測試儀(9)和計(jì)算機(jī)(10)連接；通道選擇器 (8)可以自動(dòng)選擇示蹤劑溶液流入端電導(dǎo)率傳感器(4)或示蹤劑溶液流出端電導(dǎo)率傳感器
(5)與電導(dǎo)率測試儀(9)連接。所述的電導(dǎo)率測量裝置，所述土樣筒(1)是一個(gè)空腔圓柱筒體，示蹤劑溶液從示蹤劑溶液流入端口( 流入土樣筒，從示蹤劑溶液流出端口(；3)流出土樣筒，示蹤劑溶液流入端電導(dǎo)率傳感器(4)置于土樣筒(1)的上端，示蹤劑溶液流出端電導(dǎo)率傳感器( 置于土樣筒(1)的下端。所述的電導(dǎo)率測量裝置，所述示蹤劑溶液流入端電導(dǎo)率傳感器由兩個(gè)流入端電流電極(11)、(14)和兩個(gè)流入端電壓電極(12)、(13)，示蹤劑溶液流出端電導(dǎo)率傳感器由兩個(gè)流出端電流電極(1幻、(1 和兩個(gè)流出端電壓電極(16)、(17)組成；電導(dǎo)率傳感器土樣筒由有機(jī)玻璃制作；電極(11) (18)均由不銹鋼制作成扇形，嵌入土樣筒⑴中并與其內(nèi)表面平齊，電極內(nèi)表面光滑。一種土柱試驗(yàn)電導(dǎo)率的測量方法，包括以下步驟Al 將土壤裝入土樣筒(1)后，從示蹤劑溶液流入端口( 注入去離子水使土樣飽和，此時(shí)示蹤劑溶液流入端電導(dǎo)率傳感器(4)測得土樣的電流和電壓值，通過通道選擇器 (8)把電壓和電流值傳遞給電導(dǎo)率測試儀(9)，得到土樣的最小電導(dǎo)率值omin，Qmin存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中等待運(yùn)算；A2 從示蹤劑溶液流入端口( 注入示蹤劑溶液，示蹤劑溶液從上往下流動(dòng)，逐漸從從示蹤劑溶液流出端口流出，隨著時(shí)刻t的增加，示蹤劑溶液流出端口 C3)的示蹤劑溶液濃度逐漸增大，示蹤劑溶液流出端電導(dǎo)率傳感器( 測得土樣在時(shí)刻t的電流和電壓值，通過通道選擇器( 把電壓和電流值傳遞給電導(dǎo)率測試儀(9)，得到土樣在時(shí)刻t的電導(dǎo)率值 ot, ot存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)(10)中等待運(yùn)算；A3:隨著示蹤劑溶液從上往下流動(dòng)，示蹤劑溶液流出端口的示蹤劑溶液濃度達(dá)到最大值并趨于穩(wěn)定，示蹤劑溶液流出端電導(dǎo)率傳感器( 測得土樣對應(yīng)的電流和電壓值， 通過通道選擇器(8)把電壓和電流值傳遞給電導(dǎo)率測試儀(9)，得到土樣的最大電導(dǎo)率值 offlax, Qmax存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)(10)中等待運(yùn)算；A4 根據(jù)下式便可以計(jì)算時(shí)刻t的土樣筒⑴出口截面示蹤劑溶液的相對濃度，進(jìn)一步畫出穿透曲線
權(quán)利要求
1.一種用于土柱試驗(yàn)的電導(dǎo)率測量裝置，其特征在于，包括土樣筒(1)、示蹤劑溶液流入端口 O)、示蹤劑溶液流出端口(3)、示蹤劑溶液流入端電導(dǎo)率傳感器G)、示蹤劑溶液流出端電導(dǎo)率傳感器(5)、通道選擇器(8)、電導(dǎo)率測試儀(9)和計(jì)算機(jī)(10)；示蹤劑溶液流入端電導(dǎo)率傳感器(4)和示蹤劑溶液流出端電導(dǎo)率傳感器( 分別由電纜(6)和電纜(7) 與通道選擇器(8)連接，通道選擇器(8)通過電導(dǎo)率測試儀(9)和計(jì)算機(jī)(10)連接；通道選擇器(8)可以自動(dòng)選擇示蹤劑溶液流入端電導(dǎo)率傳感器(4)或示蹤劑溶液流出端電導(dǎo)率傳感器( 與電導(dǎo)率測試儀(9)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電導(dǎo)率測量裝置，其特征在于，所述土樣筒(1)是一個(gè)空腔圓柱筒體，示蹤劑溶液從示蹤劑溶液流入端口( 流入土樣筒，從示蹤劑溶液流出端口(3) 流出土樣筒，示蹤劑溶液流入端電導(dǎo)率傳感器(4)置于土樣筒(1)的上端，示蹤劑溶液流出端電導(dǎo)率傳感器( 置于土樣筒(1)的下端。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電導(dǎo)率測量裝置，其特征在于，所述示蹤劑溶液流入端電導(dǎo)率傳感器⑷由兩個(gè)流入端電流電極(11)、(14)和兩個(gè)流入端電壓電極(12)、(13)，示蹤劑溶液流出端電導(dǎo)率傳感器由兩個(gè)流出端電流電極(1幻、(1幻和兩個(gè)流出端電壓電極(16)、 (17)組成；電導(dǎo)率傳感器土樣筒由有機(jī)玻璃制作；電極(11) (18)均由不銹鋼制作成扇形，嵌入土樣筒(1)中并與其內(nèi)表面平齊，電極內(nèi)表面光滑。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電導(dǎo)率測量裝置，其特征在于，所述示蹤劑溶液流入端口(2) 和示蹤劑溶液流出端口( 之間不僅局限于僅有示蹤劑溶液流入端電導(dǎo)率傳感器(4)和示蹤劑溶液流出端電導(dǎo)率傳感器( 兩層，還可以有若干層電導(dǎo)率傳感器。
5.一種土柱試驗(yàn)電導(dǎo)率的測量方法，其特征在于，包括以下步驟Al 將土壤裝入土樣筒(1)后，從示蹤劑溶液流入端口( 注入去離子水使土樣飽和， 此時(shí)示蹤劑溶液流入端電導(dǎo)率傳感器(4)測得土樣的電流和電壓值，通過通道選擇器(8) 把電壓和電流值傳遞給電導(dǎo)率測試儀(9)，得到土樣的最小電導(dǎo)率值omin，Qmin存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中等待運(yùn)算；A2 從示蹤劑溶液流入端口( 注入示蹤劑溶液，示蹤劑溶液從上往下流動(dòng)，逐漸從從示蹤劑溶液流出端口流出，隨著時(shí)刻t的增加，示蹤劑溶液流出端口 C3)的示蹤劑溶液濃度逐漸增大，示蹤劑溶液流出端電導(dǎo)率傳感器( 測得土樣在時(shí)刻t的電流和電壓值，通過通道選擇器( 把電壓和電流值傳遞給電導(dǎo)率測試儀(9)，得到土樣在時(shí)刻t的電導(dǎo)率值σ t， ο t存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)(10)中等待運(yùn)算；A3 隨著示蹤劑溶液從上往下流動(dòng)，示蹤劑溶液流出端口的示蹤劑溶液濃度達(dá)到最大值并趨于穩(wěn)定，示蹤劑溶液流出端電導(dǎo)率傳感器( 測得土樣對應(yīng)的電流和電壓值，通過通道選擇器(8)把電壓和電流值傳遞給電導(dǎo)率測試儀(9)，得到土樣的最大電導(dǎo)率值omax， Omax存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)(10)中等待運(yùn)算；A4 根據(jù)下式便可以計(jì)算時(shí)刻t的土樣筒⑴出口截面示蹤劑溶液的相對濃度，進(jìn)一步畫出穿透曲線相對濃度=H= ^7min其中ct為t時(shí)刻示蹤劑溶液流出土樣筒(1)出口截面時(shí)的濃度，C0為示蹤劑溶液的初始濃度，Ci為土樣孔隙水的原始濃度；ο t為t時(shí)刻示蹤劑溶液流出土樣筒(1)出口截面時(shí)土樣的電導(dǎo)率(與Ct對應(yīng))，為土樣的最大電導(dǎo)率(與Ctl對應(yīng))，Qmin為土樣的最小電導(dǎo)率(與Ci對應(yīng))。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于土柱試驗(yàn)的電導(dǎo)率測量裝置，包括土樣筒(1)、示蹤劑溶液流入端口(2)、示蹤劑溶液流出端口(3)、示蹤劑溶液流入端電導(dǎo)率傳感器(4)、示蹤劑溶液流出端電導(dǎo)率傳感器(5)、通道選擇器(8)、電導(dǎo)率測試儀(9)和計(jì)算機(jī)(10)；示蹤劑溶液流入端電導(dǎo)率傳感器(4)和示蹤劑溶液流出端電導(dǎo)率傳感器(5)分別由電纜(6)和電纜(7)與通道選擇器(8)連接，通道選擇器(8)通過電導(dǎo)率測試儀(9)和計(jì)算機(jī)(10)連接；通道選擇器(8)可以自動(dòng)選擇示蹤劑溶液流入端電導(dǎo)率傳感器(4)或示蹤劑溶液流出端電導(dǎo)率傳感器(5)與電導(dǎo)率測試儀(9)連接。同時(shí)提供了該裝置的使用方法，其具有準(zhǔn)確、便捷、環(huán)保的特點(diǎn)，廣泛適用于環(huán)境巖土工程的技術(shù)領(lǐng)域。
文檔編號(hào)G01N27/06GK102305815SQ201110210019
公開日2012年1月4日 申請日期2011年7月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月26日
發(fā)明者楊國輝, 白曉紅, 董曉強(qiáng), 韓鵬舉 申請人:太原理工大學(xué)