[发明专利]适用于PIV的多层可拆卸恒温多孔介质渗流试验装置

说明书

本发明提供了一种适用于PIV的多层可拆卸恒温多孔介质渗流试验装置，包括渗流模型箱、恒温渗流加载系统、渗流测压系统以及水质监测系统。本发明试验装置具有恒温、可拆卸、制样取样灵活、可灭菌等优点。采用多层可拆卸制样取样，主要克服了传统的一体式一维土体渗流试验台中介质均匀单一、无法准确分段取样、试验环境温度不稳定的问题。同时配合适用于粒子图像测试技术的可拆卸透光箱体，解决常规试验装置由于圆柱状渗流柱柱体折射，导致不适用于粒子图像测速系统的弊端。本发明还提供了一种适用于PIV的多层可拆卸取样的恒温多孔介质渗流试验装置的测试方法。

技术领域

本发明涉及室内一维土柱渗流试验装置，尤其涉及适用于PIV的多层可拆卸恒温多孔介质渗流试验装置及测试方法。

背景技术

地下水资源的过度开采会导致地下水资源衰减、地面沉降、地表裂缝、岩溶坍塌、海水侵入、地下水水质成化以及地下水水质恶化等一系列环境地质问题。因此为保护地下水资源、缓解过度开采地下水带来的地质问题，必须采用合理可靠的手段进行地下水人工回灌，以维持地下水资源平衡。随着地下水回灌的应用逐渐增多，回灌井堵塞和溢出的问题逐渐显露，地下水回灌堵塞主要分为物理堵塞、生物堵塞以及化学堵塞。因此，如何科学地、贴近地下水回灌环境地开展室内一维土柱渗流试验，研究不同水体条件下土壤中颗粒物迁移、微生物迁移、生物膜生长变化规律对于理解和预防回灌井堵塞导致的回灌井失效具有重要意义。现有的土柱渗流实验手段和方法普遍较为传统且简陋，大部分渗流试验台试验对象为单一土体或单一多孔介质；同时渗透试验加载液体也较为单一，一般为室温条件下的未灭菌水溶液；并且非扰动的柱体内部渗流状态、颗粒分布状态、生物膜繁殖状态等很难观察。

一方面，传统室内一维渗流试验装置的加载条件较为简单，基本上以单一的水压加载为主，而且较落后的提高梯度水头进行水压加载的方法仍然被广泛应用，此类的加载方法的水压加载量程有限且难以调控，无法精确还原实际回灌条件下的水流状态。同时，未经灭菌处理的水溶液在进行多孔介质中生物膜生长试验时，将对试验结果产生巨大且不可逆转的危害。所以有必要发明一种可以实现精确控制入流速度、可控温并实现水溶液灭菌的土体渗流实验加载装置。

另一方面，考虑到实际土壤环境的复杂性，由于地质成因等因素影响，实际回灌井周围土壤也极少出现土样均匀一致的情况；特别地，目前室内一维渗流试验装置基本以一个完整的模型箱为试验对象，一体化的渗流柱是虽然具有造价低、密闭性好等优势，但其无法分段制样、分段取样的弊端也非常明显。即便人为地对多种尺寸土样或多孔介质进行分层堆叠，也无法控制试验过程中土样或介质随水体流动进行迁移。

此外，目前土样渗流试验或多孔介质渗流实验大多停留在宏观层面的现状与渗流试验台以及试验手段是密切相关的。粒子图像测速技术(Particle Image Velocimetry，后简称PIV)虽然可以对于柱体内部颗粒物流动状态进行图像捕捉，但传统渗流柱的圆柱形柱体会对激光产生干涉，影响拍摄效果并对镜头造成不可逆的损伤。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题看，本发明提供了一种适用于PIV的多层可拆卸恒温多孔介质渗流试验装置及测试方法。

本发明提供了一种适用于PIV的多层可拆卸恒温多孔介质渗流试验装置，包括恒温渗流加载系统、渗流模型箱、渗流测压系统、水质监测系统，所述渗流试验加载系统、渗流测压系统、水质监测系统分别与所述渗流模型箱连接；所述渗流试验模型箱中渗流试验柱从上至下，由入流箱室、第一渗流段箱室、第二渗流段箱室、第三渗流段箱室以及出流箱室组成，上下相邻箱室之间为可拆卸连接，可选择孔径的孔板以及滤网作为辅助间隔；所述渗流试验模型箱中适用于PIV的可拆卸透光箱体与渗流试验柱均固定在支架上，适用于PIV的可拆卸透光箱体固定于渗流试验柱外侧；所述恒温渗流加载系统与所述入流箱室连接，渗流测压系统(3)与所述渗流段箱室测压口连接，水质监测系统与所述渗流段箱室取样口以及所述出流箱室出流口连接。