[发明专利]超声波控制的土柱压力室系统

说明书

技术领域

本发明涉及环境岩土工程中的超声波控制的土柱压力室系统，用来测定变化超声波荷载、围压以及土柱高度条件下多孔介质中的胶体迁移和沉积特性。

背景技术

随着我国经济和社会的高速发展，地下水污染日趋严重，对我国居民生活和生产活动产生了严重影响。地下含水层结构复杂，地下水流速缓慢，地下水污染具有难发现和难治理的特点。地下环境中赋存的氧化物、粘土颗粒以及腐殖质等胶体使得含水介质由两相介质(固定的固相和移动的气相或液相)变成三相介质，增加的那项为移动的固相(胶体)。地下污染物不仅可以通过液体和气体传输，也可吸附在胶体上随渗流进行移动。其次，注浆帷幕技术是一种有效的填埋场防渗处理措施。在注浆材料中，水泥浆液可以看成水泥颗粒悬浮在水中，水泥颗粒堵塞土体孔隙，进而降低土体的渗透性，对后续注入的水泥颗粒的迁移有很大影响。因此，对胶体迁移规律的研究可以为污染物治理、渗滤液运移以及垃圾填埋场工程的注浆防渗措施提供理论基础，有很高的应用价值。土柱试验是开展胶体迁移研究的主要方法，是获得穿透曲线的重要手段。

近年来，由于超声波增加石油开采量、超声波改变地下水水位和城市固体废弃物填埋等工程问题的需要，关于在变化的超声波荷载作用下饱和多孔介质中胶体的迁移和沉积特性的研究成为了一个关键的问题。而常规的室内土柱试验，只能考虑胶体粒径、渗流速度、孔隙特征等因素对胶体迁移和沉积特性的影响，而无法根据需要调整土柱的高度，也无法对土柱施加超声波荷载和围压，也即，不能测定和控制在超声波荷载以及围压的作用下胶体在不同高度的土柱中的迁移和沉积特性。

且，在超声波荷载的作用下，土柱的温度、渗流、孔隙特征以及土柱体积的变化，对多孔介质中胶体加速迁移特性有很重要的影响，而常规的土柱试验装置无法满足该需求。

发明内容

本发明提供了超声波控制的土柱压力室系统，其克服了背景技术所存在的不足。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：超声波控制的土柱压力室系统，其特征在于：它包括：

压力室，它设有充满水的腔体(110)；

外周包裹弹性防水层(520)的土柱，它置于腔体(110)内；

用于对土柱施加超声波以使土柱产生振动的超声波装置，它包括依次相连的超声波发生器(210)、超声波换能器(220)、超声波变幅杆(230)以及超声波发射工具头(240)，超声波发射工具头(240)伸入腔体(110)内且与土柱之顶端部相接触；

用于对土柱提供混合有胶体的液体的供液装置，它包括储液箱(310)、进液管(320)、蠕动泵(330)和流量计(340)，储液箱(310)、蠕动泵(330)和流量计(340)依次装接在进液管(320)上，进液管(320)伸入腔体(110)内且与土柱之顶端部侧壁相连接；

出液装置，它包括用于测量从土柱底端部流出的液体中胶体浊度的浊度计(410)和出液管(420)，浊度计(410)装接在出液管(420)上，出液管(420)伸入腔体(110)内且与土柱之底端部相连接。

一较佳实施例之中：所述土柱之宽度小于腔体(110)之宽度，土柱之高度小于腔体(110)之高度。

一较佳实施例之中：所述压力室之顶端部设有凸块(120)，凸块(120)开设有纵向贯穿腔体(110)内外的贯穿孔(121)，超声波发射工具头(240)通过贯穿孔(121)伸入腔体(110)内且与贯穿孔(121)相密封活动配合。

一较佳实施例之中：所述土柱包括圆柱状的土样(510)，所述压力室向腔体(110)内凸设有凸缘(130)，所述土样(510)放置于凸缘(130)上，所述弹性防水层(520)延伸至凸缘(130)外周，另设有用于固定弹性防水层(520)的弹性固定件，弹性固定件紧套置于凸缘(130)以及土柱顶端部外周。

一较佳实施例之中：所述土柱还包括上透水件(530)和下透水件(540)，上透水件(530)包括密封部和固接密封部的筛网部，筛网部靠置于土样(510)之顶端，弹性防水层(520)向上延伸至上透水件(530)之外周，进液管(320)穿过弹性防水层(520)并与上透水件(530)侧壁相接通；下透水件(540)顶抵在土样(510)和凸缘(130)之间且顶面为筛网结构，出液管(420)穿过凸缘(130)并与下透水件(540)底面相接通，且超声波发射工具头(240)与上透水件(530)之密封部相接触。