基于室内土柱实验的煤矸石淋滤液入渗模拟装置

摘要

基于室内土柱实验的煤矸石淋滤液入渗模拟装置，包括底部构件、连接在底部构件上的一个或多个串联的土柱实验标准构件以及土柱实验标准构件顶部的多种形式煤矸石淋滤液补给模拟装置；模拟系统装土构件为多个标准构件且由计算机自动化控制，并且基于该装置实现特征参数的测定，定时采用大直径的原状土柱进行室内实验，运用多种形式煤矸石淋滤液补给模拟装置模拟四种水力边界条件，即低强度煤矸石淋滤液全入渗边界条件、中强度煤矸石淋滤液有径流入渗边界条件、高强度煤矸石淋滤液稳定入渗边界条件和煤矸石淋滤液消融入渗边界条件；本实用新型具有实用性强，使用效果好，便于推广使用的特点。

主权项

基于室内土柱实验的煤矸石淋滤液入渗模拟装置，其特征在于，包括底部构件(1)、连接在底部构件(1)上的一个或多个串联的土柱实验标准构件(4)以及土柱实验标准构件(4)顶部的多种形式煤矸石淋滤液补给模拟装置(C)；所述的底部构件(1)包括位于最下方的底座(1‑1)，底座(1‑1)上的集水点通过塑料软管(2)接入出渗量量杯(3)，塑料软管(2)上设置有第三流量传感器(3‑1)，第三流量传感器(3‑1)接入计算机(7)；底座(1‑1)的上方设置有承力柱(1‑2)，承力柱(1‑2)的上部设置有高进气值陶土板(1‑3)，高进气值陶土板(1‑3)的四周边沿均与底部构件(1)管件(1‑7)的内壁水平紧贴，高进气值陶土板(1‑3)的顶部设置有滤纸(1‑4)，滤纸(1‑4)的上表面与原状土样(12)接触；管件(1‑7)的顶端设置有外螺纹连接段(1‑6)，外螺纹连接段(1‑6)通过法兰(6)与土柱实验标准构件(4)连接；所述土柱实验标准构件(4)由两个相同的半圆柱体经卡箍(4‑30)通过土柱实验标准构件(4)管壁(4‑1)的卡箍凹槽(4‑3)处连接成一个圆柱体，土柱实验标准构件(4)的管壁(4‑1)上设置有圆形小孔(4‑4)，圆形小孔(4‑4)与橡胶塞(5‑7)配合使用；多个土柱实验标准构件(4)通过法兰(6)将上下端的螺纹连接段(4‑2)进行连接；插入件(5)通过橡胶塞(5‑7)插入原状土样(12)内，插入件(5)内传感器所采集的数据都实时传输给计算机(7)；土壤热传导吸力探头(4‑7)经圆形小孔(4‑4)插入原状土样(12)内，土壤热传导吸力探头(4‑7)内传感器所采集的数据都实时传输给计算机(7)；X射线荧光光谱探头(4‑8)经圆形小孔(4‑4)插入原状土样(12)内，X射线荧光光谱探头(4‑8)所采集的数据都实时传输给计算机(7)；土柱实验标准构件(4)上固定有多个测压管(4‑9)，多个测压管(4‑9)的每个入水口经圆形小孔(4‑4)插入原状土样(12)内；所述的插入件(5)在土柱上按照同一列布置，土壤热传导吸力探头(4‑7)在土柱上按照同一列布置，X射线荧光光谱探头(4‑8)在土柱上按照同一列布置，测压管(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体(1‑21)，所述承力柱支座(1‑22)与底座(1‑1)为一体成型，承力柱支座(1‑22)在土柱竖向投影按照“一个圆心+以底座(1‑1)半径1/2为半径的圆周向五等份”方式布置；所述的多种形式煤矸石淋滤液补给模拟装置(C)包括低强度煤矸石淋滤液全入渗补给模拟装置(16)、中强度煤矸石淋滤液有径流入渗补给模拟装置(17)和高强度煤矸石淋滤液稳定入渗补给模拟装置(14)、煤矸石淋滤液消融入渗补给模拟装置(8)；所述的低强度煤矸石淋滤液全入渗补给模拟装置(16)包括外侧刻有刻度的煤矸石淋滤液桶(16‑1)，煤矸石淋滤液桶(16‑1)的下方通过输液管(16‑12)与煤矸石淋滤液喷头(16‑9)连通，煤矸石淋滤液喷头(16‑9)设置于土柱实验标准构件(4)上部的圆柱构件(10)顶部，圆柱构件(10)内高出原状土样(12)上表面2‑5厘米处设置有抗水压冲击板(A)，抗水压冲击板(A)上设置有筛孔；U型水头控制管(10‑2)内的液面上设置有轻质塑料片(16‑8)，所述轻质塑料片(16‑8)形式为薄圆片，所述轻质塑料片(16‑8)上方的圆形凹槽内设置有永久磁铁(16‑7)，永久磁铁(16‑7)的正上方设置有拉线(16‑3)吊挂的电线圈 (16‑6)，电线圈(16‑6)外接有导线(9)，拉线(16‑3)的上端缠于转轮(16‑2)上，转轮(16‑2)上设置有把手(16‑4)，转轮(16‑2)上端用拉线(16‑3)通过着力构件(16‑11)的小孔与止水阀(16‑5)下部相连接，止水阀(16‑5)下端设置有轻质弹簧(16‑10)，所述圆柱构件(10)与U型水头控制管(10‑2)相连接，轻质塑料片(16‑8)、永久磁铁(16‑7)和电线圈(16‑6)都在U型水头控制管(10‑2)的滑槽(16‑13)内运动；所述滑槽(16‑13)嵌于U型水头控制管(10‑2)内壁，所述电线圈(16‑6)按照边沿处三等分设置有滑轨(16‑14)，所述滑轨(16‑14)可在滑槽(16‑13)内自由上下运动；所述的低强度煤矸石淋滤液全入渗补给模拟装置(16)控制原状土样(12)表面液体的液面高度低于1mm；所述的中强度煤矸石淋滤液有径流入渗补给模拟装置(17)包括设置在圆柱构件(10)内的煤矸石淋滤液容器(17‑9)和设置在煤矸石淋滤液容器(17‑9)底部的圆形小孔(17‑10)，圆柱构件(10)内高出原状土样(12)上表面2‑5厘米处设置有抗水压冲击板(A)，抗水压冲击板(A)上设置有筛孔；所述煤矸石淋滤液容器(17‑9)的顶部设置有压力控制管(17‑8)和与外部煤矸石淋滤液连接的进液管(17‑7)；所述进液管(17‑7)上设置有进液电磁阀(17‑2)、进液泵(17‑1)和用于对煤矸石淋滤液的量进行实时监测的第一流量传感器(17‑3)；所述煤矸石淋滤液容器内压力控制管(17‑8)上设置有压力控制电磁阀(17‑5)和压力传感器(17‑6)，所述煤矸石淋滤液容器内压力控制管(17‑8)的尾部连接有空气压缩机(17‑4)；所述煤矸石淋滤液容器(17‑9)的顶部内壁上设置有用于对煤矸石淋滤液容器(17‑9)内液体的液面高度进行实时监测的水位传感器(17‑11)；所述圆柱构件(10)内的原状土样(12)上表面外侧开有出液口(10‑1)，出液口(10‑1)通过塑料软管(2)接入径流量量杯(13)，所述塑料软管(2)上设置有第二流量传感器(13‑1)，所述第二流量传感器(13‑1)通过导线(9)接入计算机(7)；所述的高强度煤矸石淋滤液稳定入渗补给模拟装置(14)包括外侧刻有刻度的煤矸石淋滤液桶(14‑1)，煤矸石淋滤液桶(14‑1)的下方通过输液管(14‑12)与煤矸石淋滤液喷头(14‑9)连通，煤矸石淋滤液喷头(14‑9)设置于土柱实验标准构件(4)上部的圆柱构件(10)顶部，圆柱构件(10)内高出原状土样(12)上表面2‑5厘米处设置有抗水压冲击板(A)，抗水压冲击板(A)上设置有筛孔；U型水头控制管(10‑2)内的液面上设置有轻质塑料片(14‑8)，所述轻质塑料片(14‑8)形式为薄圆片，所述轻质塑料片(14‑8)上方的圆形凹槽内设置有永久磁铁(14‑7)，永久磁铁(14‑7)的正上方设置有拉线(14‑3)吊挂的电线圈(14‑6)，电线圈(14‑6)外接有导线(9)，拉线(14‑3)的上端缠于转轮(14‑2)上，转轮(14‑2)上设置有把手(14‑4)，转轮(14‑2)上端用拉线(14‑3)通过着力构件(14‑11)的小孔与止水阀(14‑5)下部相连接，止水阀(14‑5)下端设置有轻质弹簧(14‑10)，所述圆柱构件(10)与U型水头控制管(10‑2)相连接，轻质塑料片(14‑8)、永久磁铁(14‑7)和电线圈(14‑6)都在U型水头控制管(10‑2)的滑槽(14‑13)内运动；所述滑槽(14‑13)嵌于U型水头控制管(10‑2)内壁，所述电线圈(14‑6)按照边沿处三等分设置有滑轨(14‑14)，所述滑轨(14‑14)可在滑槽(14‑13)内自由上下运动，所述的高强度煤矸石淋滤液稳定入渗补给模拟装置(14)控制原状土样(12)表面液体的液面高度高于1cm以上；所述的煤矸石淋滤液消融入渗补给模拟装置(8)包括设置在土柱外侧的温 度控制器(8‑1)以及通过导线(9)与其所连接的调温元件(8‑3)，所述调温元件(8‑3)位于顶盖(8‑2)下方，顶盖(8‑2)的顶部设置有超声波测距传感器(8‑4)，顶盖(8‑2)位于土柱实验标准构件(4)上部的圆柱构件(10)的上方且紧密接触，圆柱构件(10)内的原状土样(12)上表面外侧开有出液口(10‑1)，所述出液口(10‑1)通过塑料软管(2)接入径流量量杯(13)，塑料软管(2)上设置有第二流量传感器(13‑1)，所述第二流量传感器(13‑1)通过导线(9)接入计算机(7)，原状土样(12)上设置有用煤矸石淋滤液制备的碎冰(11)。