一种污染泥土孔隙率及渗透率试验装置及其测试方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及环境岩土工程技术领域，特别涉及污染泥土孔隙率及渗透率试验装置 及其测试方法。
【背景技术】
[0002] 2014年4月发布的《全国土壤污染状况调查公报》（简称《公报》）公布了首次全 国土壤普查结果。《公报》指出，我国"部分地区土壤污染较重，耕地土壤环境质量堪忧，工 矿业废弃地土壤环境问题突出。"土壤污染来源广泛，大气污染物沉降、工业废水和生活污 水排放、农药化肥施用等都可能造成土壤的污染。而其中，尤以生活垃圾、废弃矿渣、污泥淤 泥等污染泥土的任意堆放、不恰当处理等造成的土壤污染最为突出。
[0003] 污染泥土的污染途径多，危害对象广，涉及领域宽，污染泥土带来的环境危害和健 康影响已成为国际社会关注的焦点。污染泥土安全处理与资源化利用涉及资源、能源的可 持续发展，直接关系国民经济和社会发展，我国已将污染泥土处置作为"十二五"规划的重 点整治对象。
[0004] 孔隙率和渗透率是污染土体重要的工程性质指标。孔隙率是表征污染泥土孔径 分布的一个宏观指标，是应力状态、屈服状态和应力水平等影响因素的最终反映，孔隙率是 影响多孔介质内流体传输性能的重要参数，渗透率是描述污染泥土中污染物迀移的基本参 数。
[0005] 但目前，有关污染泥土的专利较少，大部分是关于污染泥土现场处置或资源化处 理利用，而关于污染泥土的室内测试技术和方法的报道较少，且尚无仪器设备用于测定污 染泥土的孔隙率及渗透率，因此亟需研制一种能测定污染泥土孔隙率及渗透率的试验装置 以填补空缺。
【发明内容】
[0006] 针对上述存在的问题，本发明的目的在于提供一种污染泥土孔隙率及渗透率的试 验装置及其测试方法。
[0007] 本发明采用的技术方案是：
[0008] 一种污染泥土孔隙率及渗透率试验装置，包括：框架、加压气缸、气体质量流量计、 位移传感器、试样筒、六通阀及供气装置；所述加压气缸包括：缸体及活塞杆；所述缸体竖 直固定在所述框架的顶部；所述活塞杆端部的活塞头连通出气管；所述出气管上设置气体 质量流量计；所述活塞杆上设置位移传感器；所述试样筒设置在所述活塞杆下方，所述试 样筒的轴线与所述活塞杆的轴线重合；所述试样筒通过固定座固定在框架的底部，试样筒 与固定座螺纹固连，固定座通过螺栓固定在框架的底面，所述试样筒底部连通进气管；所述 进气管与排气管、第一接管的一端通过三通相连；所述排气管上设置有排气管阀门；所述 第一接管的另一端与所述六通阀的第一阀口相连；所述六通阀的第二阀口与所述压力传感 器连通；所述六通阀的第三阀口通过第二接管与气体标准室相连；所述六通阀的第四阀口 通过第一输气管连通供气装置；所述第一输气管上设置有第一调压阀。
[0009] 作为优选，所述试验装置还包括气缸驱动装置，所述气缸驱动装置包括：高纯氮 气瓶、第二调压阀及电磁阀；所述高纯氮气瓶通过第二输气管与所述缸体的气室连通；所 述第二调压阀设置在所述第二输气管上；所述电磁阀设置在所述的第二调压阀与所述缸体 之间。
[0010] 作为优选，所述试验装置还包括电控箱；所述电控箱包括：第一调节旋钮、第二调 节旋钮、第三调节旋钮、处理器及显示屏；所述第一调节旋钮通过逻辑电路与所述第一调压 阀连通；所述第二调节旋钮通过逻辑电路与所述第二调压阀连通；所述第三调节旋钮通过 逻辑电路与所述流量调节阀连通；所述处理器通过逻辑电路与所述位移传感器、压力传感 器及气体质量流量计连通；所述显示屏与所述处理器连通，用于显示所述第一处理单元以 及第二处理单元的输出信息；
[0011] 所述处理器包括：第一处理单元及第二处理单元；所述第一处理单元接收所述位 移传感器的位移信息，生成所述试样的长度信息；所述第一处理单元接收所述压力传感器 获得的第一设定值信息及所述试验后的压力值信息；运用波义耳定律生成所述试样的孔隙 体积信息；根据所述试样的总体积信息及所述试样的孔隙体积信息生成所述孔隙率的值信 息；
[0012] 所述第二处理单元接收所述位移传感器的位移信息，生成所述试样的长度信息； 所述第二处理单元接收所述压力传感器获得的第二设定值信息及所述气体质量流量计获 得的所述流量值信息；所述第二处理单元根据所述试样的长度信息及截面积信息、所述出 气管内压力值信息、气体粘滞系数信息、所述第二设定值信息及所述流量值信息，运用所述 渗透率计算公式生成所述试样的渗透率值信息。
[0013] 所述一种污染泥土孔隙率及渗透率测试方法包括如下步骤：
[0014] Sl :按照设计的试验方案制备试样，充分拌匀；
[0015] S2:在所述试样筒内壁涂抹一层凡士林，将试样分层填装到所述试样筒内，调节第 二调节旋钮使所述加压气缸将试样压紧密实；
[0016] S3 :通过所述位移传感器测定所述活塞杆压下的位移值；
[0017] S4 :打开所述第四阀口，关闭所述第一阀口和所述排气管阀门，打开所述第三阀 口，调节所述第一调节旋钮使试验装置内压力达到恒定，关闭所述第四阀口，并监测该压力 值作为平衡前压力；
[0018] S5 :缓慢打开第一阀口，使试验气体进入所述试样筒内，测定平衡后所述试验装置 内压力，标定试验装置在平衡前和平衡后的容积；
[0019] S6 :根据所述波义耳定律求取所述试样的孔隙体积，即平衡前所述试验装置内的 容积与压力的乘积等于平衡后所述试验装置内的容积与压力的乘积，通过上述等式获得所 述试样的孔隙体积；所述孔隙体积与试样的总体积的比值即为所述孔隙率的值；
[0020] S7 :打开所述流量调节阀，关闭所述排气管阀门，关闭所述第三阀口，打开所述第 一阀口和所述第四阀口，调节所述第一调节旋钮使试验装置内压力达到恒定，测定试验中 流经所述试样的流量值及所述进气管的压力值；
[0021] S8 :根据渗透率计算公式求取所述试样的渗透率。 . IRQliL
[0022] 作为优选，所述渗透率计算公式为' = k为渗透率，单位为H^Ptl为出 气管内压力值（即为大气压），单位为Pa ;Q为流经所述试样的试验气体流量，单位为mL/s ; L为试样长度，单位为m ;A为试样横截面积，单位为m2;P i为进气管内压力值，单位为Pa ; μ 为气体粘滞系数，单位为μ Pa *s ;所述试验气体流量Q通过所述气体质量流量计监测获得； 所述试样的长度值等于所述试样筒台面下部的设定长度值减去所述位移值；所述进气管内 压力值？:等于所述第二设定值与大气压之和。
[0023] 本发明的有益效果是：本发明采用压力传感器、位移传感器、气体质量流量计通过 电脑采集，使试验条件易于控制且试验数据读取方便、准确；试验装置集污染泥土孔隙率及 渗透率多参数同步测试于一体，经济适用；电磁阀可改变加压气缸升降的方向，便于试验中 装样和拆样；试验数据通过处理器自动采集监测，计算结果处理器通过第一处理单元及第 二处理单元编制好的程序编制好的程序自动计算，操作简单方便，工作效率高。本发明设计 简单合理、结构紧凑，试验方法操作简便快捷，可为污染泥土实际处理工程中污染物运移提 供数据参考和理论指导。
【附图说明】
[0024] 图1为本发明的结构示意图。
[0025] 图2为本发明进行孔隙率测试的结构示意图。
[0026] 图3为本发明进行渗透率测试的结构示意图。
[0027] 图中高纯氮气瓶、2第二调压阀、3电磁阀、4缸体、5位移传感器、6气体质量流 量计、7流量调节阀、8电控箱、9压力传感器、10气体标准室、11第二接管、12六通阀、13第 一调压阀、14供气装置、15第一接管、16固定座、17试样筒、18框架、19活塞杆。
【具体实施方式】
[0028] 下面结合附图对本发明进行进一步详细描述：
[0029] 一种污染泥土孔隙率及渗透率试验装置，参见附图1，该试验装置包括：框架18、 加压气缸、气体质量流量计6、位移传感器5、试样筒17、六通阀12及供气装置14。框架18为 空心钢结构框架。加压气缸用于对污染泥土试样加压，加压气缸的工作压力范围为0-lMpa。 加压气缸包括：缸体4及活塞杆19 ;缸体4竖直固定在框架18的顶部，缸体4在高压气体和 电磁阀的作用下驱动活塞杆19竖直下降或上升，活塞杆19端部的活塞头的底部均匀布置 多个出气孔，多个出气孔的顶部连通出气管，出气管连通外界环境。气体质量流量计6设置 在出气管上，用于监测通过出气管的气体的流量值，为渗透率的测定提供比较准确的参数。 气体质量流量计6前端设置流量调节阀7,用于控制试样筒17出气口的打开或关闭，进行 孔隙率试验时，将该流量调节阀7关闭，使试样筒17与外界分隔。作为一种优选的实施例， 包括两个气体质量流量计，分别设置在两根支管上，两根支管通过三通管与出气管连通，两 个气体质量流量计前端各设置一个流量调节阀，两个气体质量流量计型号分别为500mL和 5000mL ;当试样渗透率较大时，选用5000mL流量计，关闭500mL流量计的气路；当试验中的 试样渗透率较小时，选用500mL流量计，关闭5000mL流量计的气路。位移传感器5与活塞杆 19固连，用于测试活塞杆19的位移量，生成位移信息，位移信息用于确定试样的总体积，试 样筒17台面下部的设定长度值减去位移值即为试样的长度值，长度值乘以试样筒17底部 内截面积等于试样的总体积。试样筒17通过底座16固定在框架17的底部，试样筒17与 底座16螺纹固连，底座16通过螺栓固定在框架17的底部。试样筒17内部设置容置空间， 与活塞杆19配合对污染泥土试样施加压力，容置空间的高度为设定长度值，即试样筒17内 部