一種非飽和裂隙巖體中污染物遷移的測試裝置及測試方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種非飽和裂隙巖體中污染物遷移的測試裝置及測試方法，它由測試探針、電線和數(shù)字萬用表順序連接，測試探針與試驗裝置相連，構(gòu)成一個閉合回路。當(dāng)污染物通過測試探針位置時，數(shù)字萬用表能夠記錄其電阻的大小，并隨污染物濃度的變化而實時改變。利用電學(xué)原理，可以將所測電阻換算成污染物的濃度值。實時測量污染物的電阻隨時間的變化，從而可以確定污染物遷移過程中濃度的變化規(guī)律?？梢圆挥萌?，直接測試污染物濃度隨時間的變化，減少人為因素的影響，測試裝置結(jié)構(gòu)簡單，原理明晰，方便快捷。
【專利說明】一種非飽和裂隙巖體中污染物遷移的測試裝置及測試方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種非飽和裂隙巖體中污染物遷移的測試裝置及測試方法，屬于儀器測試【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]飽和裂隙巖體是指地下水位線以下部分巖體，其裂隙和孔隙全部被地下水充滿，由于巖體飽和，試驗過程中污染物遷移速度快，取樣方便。目前，飽和裂隙巖體中污染物測試方法主要為電導(dǎo)率法，紫外分光光度計法和數(shù)字圖像識別法。電導(dǎo)率法，水的電導(dǎo)率與水中所含物質(zhì)的量有一定的關(guān)系，電導(dǎo)率隨著水中所含物質(zhì)的濃度增加而增大，通過測定樣品的電導(dǎo)率，可以計算污染物的濃度。紫外分光光度計法，在紫外可見光范圍內(nèi)，某物質(zhì)的特征波長下，紫外光被吸收的程度正比于試樣中該物質(zhì)的濃度。根據(jù)吸收程度與已知濃度的標(biāo)樣的比較，確定污染物的濃度。這兩種方法都需要在試驗過程中取樣，適合于飽和裂隙巖體中污染物濃度變化的分析，但取樣會改變試驗中原有的流場和濃度場的分布，而且樣品的測試過程中，需要花費大量的人力和時間。數(shù)字圖像識別法，試驗過程中加入顯色示蹤齊|J(如亮藍(lán))，通過顯色示蹤劑顏色的深淺來確定污染物的濃度。隨著高像素的數(shù)碼相機的普及，能夠獲得越來越清晰的數(shù)碼照片，這是一種比較先進(jìn)的方法，但對相機和拍攝的要求較高，后期對圖片的處理需要一定的經(jīng)驗，且對圖片顏色的判斷具有一定的人為性。
[0003]非飽和裂隙巖體是指地下水位線以上部分巖體，其裂隙和孔隙部分有水，另一部分被空氣占據(jù)，污染物在其中遷移較慢，且在遷移過程中部分污染物會先驅(qū)潛裂隙和孔隙中的空氣和水，不易取樣，因此原位監(jiān)測是比較理想的測試方法。對于非飽和裂隙巖體中遷移的污染物，由于污染物量少很難獲得樣品。目前還沒有針對非飽和裂隙巖體中污染物遷移的測試方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了克服現(xiàn)有污染物測試方法的取樣難、分析復(fù)雜、圖像處理具有人為性等方面的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種在非飽和裂隙巖體中污染物遷移的測試裝置，該裝置結(jié)構(gòu)簡單，不需要取樣，測試簡單快捷。
[0005]本發(fā)明的另一目的是提供一種非飽和裂隙巖體中污染物遷移的測試方法。
[0006]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)手段為:一種非飽和裂隙巖體中污染物遷移的測試裝置，該裝置由測試探針、試驗裝置和數(shù)字萬用表組成，測試探針一端與試驗裝置相連，另一端通過電線與數(shù)字萬用表相連形成一個閉合回路；所述測試探針由銅芯和絕緣外殼組成。
[0007]所述銅芯長度為5_8cm，直徑為0.1-0.3cm ;所述絕緣外殼長l_2cm，厚度為0.2—0.4cm。
[0008]所述試驗裝置可以采用2塊有機玻璃板(亞力克架構(gòu))組成，其大小與所研究的模型或試樣有關(guān)(如長X寬X厚為30cmX20cmX5cm)，天然試樣不規(guī)則，可以到石材加工廠加工成需要的模型。亞力克架構(gòu)側(cè)面用玻璃膠縫合，同時在內(nèi)側(cè)用透明的玻璃膠將試樣與有機玻璃之間的縫隙填充，目的是防止溶液從試樣外側(cè)壁滲漏。保留亞力克架構(gòu)的一面作為活動面，用于拆卸安裝試樣，在放入試樣后用螺母將其固定在亞力克架構(gòu)上，并用玻璃膠密封結(jié)合處。
[0009]利用上述測試裝置測定非飽和裂隙巖體中污染物遷移的測試方法，在試驗裝置的兩側(cè)間隔3-5cm布置一個直徑0.1-0.3cm測試孔，將測試探針的銅芯一端伸入試驗裝置，伸入深度為0.5-0.8cm,當(dāng)污染物通過測試探針時，數(shù)字萬用表記錄下污染物的電阻，根據(jù)電學(xué)原理，電阻率等于導(dǎo)體電阻和橫截面積與其長度的比值，因此，利用所測電阻可以計算電阻率，而電阻率與電導(dǎo)率互為倒數(shù)關(guān)系，從而獲得污染物的電導(dǎo)率，根據(jù)電導(dǎo)率與濃度的關(guān)系可以確定污染物的濃度。
[0010]有益效果
本發(fā)明通過在裂隙巖體試驗裝置中布置測試探針，實時測量污染物的電阻隨時間的變化，利用電學(xué)原理，計算裂隙巖體中不同位置污染物的濃度，可以不用取樣，直接測試污染物濃度隨時間的變化，減少人為因素的影響，測試裝置結(jié)構(gòu)簡單，原理明晰，方便快捷。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1非飽和裂隙巖體中污染物遷移的測試裝置示意圖；
圖2測試探針構(gòu)造圖；
圖3圖1中A-A’剖面圖；
圖4測試電阻隨時間的變化；
圖5NaCl濃度與電導(dǎo)率關(guān)系圖；
圖6NaCl在非飽和裂隙巖體中遷移的濃度穿透曲線；
其中:1-銅芯，2-測試探針，3-試驗裝置，4-絕緣外殼，5-電線，6-數(shù)字萬用表，7-污染物入口，8-污染物出口。
【具體實施方式】
[0012]實施例1
非飽和裂隙巖體中污染物遷移的測試裝置，如圖1所示，該裝置由測試探針2、試驗裝置3和數(shù)字萬用表6組成，測試探針2 —端與試驗裝置3相連，另一端通過電線5與數(shù)字萬用表6相連形成一個閉合回路；所述測試探針2由銅芯I和絕緣外殼4組成，銅芯I被絕緣外殼4包裹，如圖2所示，銅芯一端插入試驗裝置中，另一端與連接數(shù)字萬用表的電線相連。整個銅芯長度為5cm，直徑為0.1cm ;絕緣外殼長1cm，厚度為0.2cm。
[0013]萬用表中電阻檔位的選擇可以事先通過配制的污染物溶液確定，當(dāng)污染物沒有遷移至測試探針位置時，電阻較大，一旦污染物前鋒遷移至測試探針處，電阻迅速降低，通過數(shù)字萬用表可以直接讀取某時刻污染物的電阻數(shù)據(jù)。
[0014]利用上述測試裝置測定非飽和裂隙巖體中污染物遷移的測試方法，該實驗測定了南京湖山地區(qū)砂巖中的污染物遷移情況，所述試驗裝置采用2塊有機玻璃板(亞力克架構(gòu))組成，長X寬X厚為30cmX20cmX5cm，亞力克架構(gòu)側(cè)面用玻璃膠縫合，同時在內(nèi)側(cè)用透明的玻璃膠將試樣與有機玻璃之間的縫隙填充，目的是防止溶液從試樣外側(cè)壁滲漏。保留亞力克架構(gòu)的一面作為活動面，用于拆卸安裝試樣，在放入試樣后用螺母將其固定在亞力克架構(gòu)上，并用玻璃膠密封結(jié)合處。在試驗裝置(3)的兩側(cè)間隔5cm布置一個直徑為0.1cm測試孔，兩側(cè)各5個呈對稱分布，共10個探針，將測試探針的銅芯一端伸入試驗裝置，伸入深度為0.5cm。當(dāng)污染物通過測試探針時，數(shù)字萬用表記錄下污染物的電阻，結(jié)果見圖4，模本實施例中共布設(shè)了 5個探針，圖4結(jié)果主要展示的是第I和第3探針測試結(jié)果，其中第I探針距離試樣頂端5cm，第3探針距離試樣頂端15cm。
[0015]電導(dǎo)率與濃度的關(guān)系
電導(dǎo)率的測定:配制不同濃度的NaCl標(biāo)準(zhǔn)溶液，分別為0.03g/L、0.06 g/L、0.lg/L、0.5 g/L、l g/L、10 g/L、50 g/L、100g/L、120 g/L、150 g/L，采用全自動電位滴定儀測定其在室溫下的電導(dǎo)率，并繪制了 NaCl溶液濃度與電導(dǎo)率關(guān)系圖(圖5)，得出電導(dǎo)率與濃度的經(jīng)驗關(guān)系式為:
K=1.460C(I)
式中，#為電導(dǎo)率(單位ms/cm)，C為NaCl溶液濃度(單位g/L)。
[0016]電阻率的確定
【權(quán)利要求】
1.一種非飽和裂隙巖體中污染物遷移的測試裝置，其特征在于:該裝置由測試探針(2)、試驗裝置(3)和數(shù)字萬用表(6)組成，測試探針(2) —端與試驗裝置(3)相連，另一端通過電線(5)與數(shù)字萬用表(6)相連形成一個閉合回路；所述測試探針(2)由銅芯(I)和絕緣外殼(4)組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非飽和裂隙巖體中污染物遷移的測試裝置，其特征在于:所述銅芯(I)長度為5-8cm，直徑為0.1-0.3cm ;所述絕緣外殼(4)長l_2cm，厚度為.0.2—0.4cm。
3.利用權(quán)利要求f2中任意一項測試裝置測定非飽和裂隙巖體中污染物遷移的測試方法，其特征在于:在裂隙巖體試驗裝置(3)中布置測試探針(2)，將測試探針(2)的銅芯(I) 一端伸入試驗裝置(3)，伸入深度為0.5-0.8cm,當(dāng)污染物通過測試探針時，數(shù)字萬用表(6)記錄下污染物的電阻，利用所測電阻可以計算電導(dǎo)率，然后根據(jù)電導(dǎo)率與濃度的關(guān)系可以確定污染物的濃度。
【文檔編號】G01N27/04GK103901077SQ201410056258
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2014年2月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月19日
【發(fā)明者】黃勇, 周志芳, 王錦國, 傅志敏, 湯俁周 申請人:河海大學(xué)