技术摘要：
本发明公开了一种测试土工膜复合竖向屏障渗漏的模型装置及其使用方法与应用，包括上部模型箱、下部模型箱、土工膜夹板、力传感器等。该测试装置可以测定由于土工膜的破损、搭接形式等因素影响下的土工膜复合竖向屏障的渗流量以及不同阻隔材料、污染液种类、竖向应力以  全部
背景技术：
竖向隔离工程屏障是一种通过控制污染场地受污染地下水和土中污染物迁移的 原位隔离技术。土工膜复合竖向屏障是竖向隔离工程屏障中重要的类型。在土工膜复合竖 向屏障施工过程中，存在人为或偶然因素导致土工膜的破损会导致土工膜复合竖向屏障的 防渗性能下降，其次土工膜之间的搭接形式、止水条材质污染液种类等亦会导致土工膜复 合竖向屏障的防渗性能下降。不同阻隔材料类型如土-膨润土系竖向隔离材料、土-水泥-膨 润土系竖向隔离材料、水泥-膨润土系竖向隔离材料或氧化镁激发矿渣膨润土竖向隔离材 料在土工膜发生渗漏时继续发挥防渗作用的区别存在较大不同，由于土体深度导致的应力 不同也是土工膜复合竖向屏障防渗性能的重要因素。 目前尚未有考虑土工膜渗漏、搭接形式、止水条材质、应力影响以及屏障材料的因 素对土工膜复合竖向屏障渗漏问题的研究，缺少相应的模型装置。
技术实现要素：
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种测试土工膜复合竖向屏障渗漏 的模型装置及其使用方法与应用，该装置可实现基于土工膜渗漏、搭接形式、止水条材质、 污染液种类、应力影响以及屏障材料(包括土-膨润土系竖向隔离材料、土-水泥-膨润土系 竖向隔离材料、水泥-膨润土系竖向隔离材料或氧化镁激发矿渣膨润土竖向隔离材料中的 一种，或土-膨润土系竖向隔离材料、土-水泥  -膨润土系竖向隔离材料、水泥-膨润土系竖 向隔离材料或氧化镁激发矿渣膨润土竖向隔离材料的在平行于中轴的位置夹有1-2cm厚的 砂土层的复合结构材料)这些影响因素，对土工膜复合竖向屏障渗漏问题进行模拟，测定渗 出液的流量、污染物浓度、电导率、pH值，得到水动力弥散系数D、滞因子Rd和有效扩散系数  D*。 一种测试土工膜复合竖向屏障渗漏的模型装置，包括底板，下多孔垫板，下部模型 箱、下侧壁，带土工膜的土工膜夹板，上部模型箱，上侧壁，上多孔垫板，盖板；所述底板上设 有下多孔垫板，且底板的长于下多孔垫板；所述下多孔垫板上设有下部模型箱，所述下部模 型箱的外围设有垫在底板上，且等高的下侧壁，所述下侧壁的上方放置带土工膜的土工膜 夹板，所述土工膜夹板上设有上部模型箱，所述上部模型箱的外围设有上侧壁，上方依次设 于上多孔垫板和盖板，所述上多孔垫板底部的正中心设有力传感器，且上多孔垫板和力传 感器的下表面平齐，所述力学传感器与数据收集器相连，所述上多孔垫板上设有通过带上 双向阀管道，其中管道的另一端的下方设有量筒；所述下部模型箱和上部模型箱均为空心 圆柱体，空心内腔分别为下部阻隔材料区和上部阻隔材料区，所述底板上设有背向下部阻 4 CN 111595747 A 说　明　书 2/5 页 隔材料区朝外的管道，所述管道上依次设有压力表、下双向阀、水箱、气压控制阀和空气压 缩机；所述上侧壁、土工膜夹板、下侧壁和底板通过螺栓固定连接成一体，所述土工膜夹板 的内侧端、下部模型箱的内壁、上部模型箱的内壁平齐，所述数据收集器位于上部阻隔材料 区外。 作为改进的是，所述下部模型箱和上部模型箱的材料为有机玻璃，内部直径为 0.25m，高度为0.1m。 作为改进的是，所述底板、土工膜夹板、盖板、下多孔垫板和上多孔垫板的材料均 为聚四氟乙烯。 作为改进的是，所述下多孔垫板和上多孔垫板的开孔率为85％，孔与孔之间通过 沟槽联通。 作为改进的是，所述盖板与上侧壁之间设有橡胶密封圈，保证上多孔垫板、盖板与 上部模型箱之间无空隙。 上述测试土工膜复合竖向屏障渗漏的模型装置的使用方法，包括以下步骤： 步骤1，选择一个特形板，在特形板上放置下部模型箱，用下侧壁围住下部模型箱， 在下侧壁的上方放置垫高板，用螺栓固定连接特形板、下侧壁和垫高板； 步骤2，通过控制坍落度填筑下部阻隔材料区，填料完成后，加水饱和； 步骤3，将力传感器放置在上多孔垫板上，置于下部阻隔材料区的填料上，再放上 盖板，盖板上再接通带上双向阀的管道，管道另一端的下方放置量筒； 步骤4，打开上双向阀，采用伺服装置在盖板进行加载，通过力传感器控制加载力， 对下部阻隔材料区进行固结，直到固结完成，若出现漏水，重复第3步，若无渗水现象则进行 第5步； 第5步，关闭上双向阀，停止加载，移除上多孔垫板、垫高板、盖板、力传感器、数据 收集器、上双向阀及量筒，将高出下部模型箱的下部阻隔材料区移除，依次盖上下多孔垫板 及底板，用螺栓连接； 第6步，翻转第5步中组装完成的模型，移除特形板，在下侧壁上依次放置带土工膜 的土工膜夹板和上部模型箱，用上侧壁围住上部模型箱，用螺栓固定连接上侧壁、土工膜夹 板、下侧壁和底板，其中土工膜旋转180°后形状与特形板相同； 第7步，通过控制坍落度填筑上部阻隔材料区，填料完成后，加水饱和； 第8步，将力传感器放置在上多孔垫板上，置于下部阻隔材料区的填料上，再放上 盖板，盖板上再接通带上双向阀的管道，管道另一端的下方放置量筒，将下多孔垫板通过管 道与压力表、下双向阀、水箱、气压控制阀以及空气压缩机相连； 第9步，打开上双向阀，关闭下双向阀，采用伺服装置在盖板进行加载，通过力传感 器控制加载力，上部阻隔材料区进行固结，直到固结完成，若出现漏水，重复第8步，若无渗 水现象则进行第10步； 第10步，打开下双向阀，通过调节气压控制阀设置装有污染液的水箱内的水压，进 行渗透试验，并收集量筒中收集的溶液； 第11步，对收集的溶液分别进行流量、污染物浓度、电导率、pH值进行测定，再根据 式(1)，进行数据拟合，即可得到水动力弥散系数D及阻滞因子Rd，根据式(2)、式(3)和式(4) 得到有效扩散系数D*； 5 CN 111595747 A 说　明　书 3/5 页 D＝D* Dmd    式(2) D*＝τD0                       (3) Dmd＝αLu   式(4) 式(2)中，c为左侧污染物浓度；c0为右侧污染物浓度；v为渗流速度；t  为时间；Rd为 阻滞系数；D为水动力弥散系数；x为计算距离；D 为机械弥散系数；D*md 为有效扩散系数；τ为 土体孔隙的弯曲因子；αL为纵向弥散度。 作为改进的是，所述垫高板的高度大于10厘米。 作为改进的是，步骤2和步骤7中所述的填料为土-膨润土系竖向隔离材料、土-水 泥-膨润土系竖向隔离材料、水泥-膨润土系竖向隔离材料或氧化镁激发矿渣膨润土竖向隔 离材料中的一种，或土-膨润土系竖向隔离材料、土-水泥-  膨润土系竖向隔离材料、水泥- 膨润土系竖向隔离材料或氧化镁激发矿渣膨润土竖向隔离材料的在平行于中轴的位置夹 有1-2cm厚的砂土层的复合结构材料，该位置距中轴0-10cm。 上述测试土工膜复合竖向屏障渗漏的模型装置在阻滞污染物迁移上的应用。 作为改进的是，所述污染物为重金属污染液或有机物污染液。 有益效果： 与现有技术相比，本发明一种测试土工膜复合竖向屏障渗漏的模型装置及其使用 方法与应用具有如下优势： 1)实现了土工膜复合竖向屏障渗漏量的监测。通过基于土工膜渗漏、搭接形式、止 水条材质、污染液种类、应力影响以及屏障材料(包括土-膨润土系竖向隔离材料、土-水泥- 膨润土系竖向隔离材料、水泥-膨润土系竖向隔离材料或氧化镁激发矿渣膨润土竖向隔离 材料)这些影响因素，对土工膜复合竖向屏障渗漏问题进行模拟，测定了渗出液的流量、污 染物浓度、电导率、pH值。为评价土工膜复合竖向屏障在运营过程中出现渗漏问题导致防渗 性能变化提出科学的依据； 2)实现了阻隔材料因施工导致的分布不均匀，如出现1-2厘米高的砂土层，对土工 膜复合竖向屏障渗漏影响的分析，测定了渗出液的流量、污染物浓度、电导率、pH值。为评价 土工膜复合竖向屏障在运营过程中出现渗漏问题导致防渗性能变化提出科学的依据； 3)实现了阻隔材料因施工导致的分布不均匀导致的砂土层与土工膜渗漏点的相 对位置对土工膜复合竖向屏障渗漏量的影响分析，测定了渗出液的流量、污染物浓度、电导 率、pH值。为评价土工膜复合竖向屏障在运营过程中出现渗漏问题导致防渗性能变化提出 科学的依据； 4)测试成本低廉，操作简便。可以通过改变土工膜搭接形式、止水条材质、污染液 种类、应力等因素模拟各种情况下的土工膜复合竖向屏障的渗漏问题以及防渗特性。 附图说明 图1为本发明实施例一种测试土工膜复合竖向屏障渗漏的模型装置结构示意图； 图2为本发明实施例2中步骤1至步骤3使用的装置结构示意图； 6 CN 111595747 A 说　明　书 4/5 页 其中，1-底板、2-下部模型箱、3-土工膜夹板、4-上部模型箱、5-盖板、6-  上部隔离 材料区、7-下部隔离材料区、8-下多孔垫板、9-上多孔垫板、10-力传感器、11-数据采集器、 12-土工膜、13-螺栓、14-上双向阀、15-量筒、16-压力表、17-下双向阀、18-水箱、19-气压控 制阀、20-空气压缩机、21-橡胶密封圈、  22-垫高板、23-特形板，24-下侧壁，25-上侧壁，26- 管道。