一种线源释放的单裂隙溶质运移试验装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开一种线源释放的单裂隙溶质运移试验装置，属于地下水环境保护技术领域。该装置包括固定与调节构件、进出水口连接件、线源控制阀以及岩石裂隙试件。此装置通过设计专门的线源控制阀，可实现岩石单裂隙中示踪剂的线源释放目的，弥补点源释放试验的缺陷。此装置进水口连接件的储液空腔，为示踪剂溶液的注入、混合以及释放，提供了一种简便、有效的方法。此装置不仅能够进行水溶性污染物的运移试验，还能够开展水气、水油等两相流试验。

An experimental device for solute transport in single fracture released by line source

The utility model discloses a single fracture solute transport test device released by a line source, which belongs to the technical field of groundwater environmental protection. The device comprises a fixing and adjusting component, a connecting piece for inlet and outlet, a line source control valve and a rock fracture specimen. Through the design of a special line source control valve, the device can achieve the purpose of releasing the tracer in the single crack of rock, and make up for the defects of the point source release test. The liquid storage cavity of the inlet of the device provides a simple and effective method for injection, mixing and release of tracer solution. The device can not only carry out the transport test of water soluble pollutants, but also carry out two phase flow tests such as water vapor, water and oil.

【技术实现步骤摘要】
一种线源释放的单裂隙溶质运移试验装置
本技术涉及地下水环境保护
，具体地说是涉及室内模拟地下岩石裂隙介质地下水中污染物以线源方式运移的试验模拟装置及其使用方法，是用于地下水污染或修复研究的试验设备。
技术介绍
地下水污染、核废料地质处理以及CO2地质封存等工程与环境领域，均涉及到裂隙介质溶质运移过程，是近几十年来研究的热点和难点问题之一。由于自然界中裂隙几何特征的复杂性和随机性，粗糙单裂隙内溶质运移机制十分复杂，物理模型试验是研究裂隙介质内污染物迁移的重要手段之一。目前，国内单裂隙溶质运移试验中多数采用的是点源注入方法，即污染物或示踪剂通过进口端小孔注入裂隙内部，污染物主要通过优先通道迁移扩散。已有研究表明，粗糙裂隙内隙宽较小的区域，是溶质运移穿透曲线产生拖尾现象的重要原因之一。采用点源注入的方法无法反映出这些区域对溶质运移的影响。因此，需要通过线源注入示踪剂的方法才能够全面、真实地反映出裂隙整体几何构造对溶质运移过程的影响。
技术实现思路
专利技术目的：为了克服现有技术中存在的不足，本技术提供一种可以实现线源释放示踪剂的单裂隙溶质运移试验模拟装置。具体技术方案如下：一种线源释放的单裂隙溶质运移试验装置，包括固定与调节构件、进出水口连接件、线源控制阀以及岩石裂隙试件；所述固定与调节构件包括试件固定框架、阀门调节把手和侧边调节夹板；固定与调节构件的主要功能是固定裂隙试件，并使其与进出水连接件之间无缝连接，同时辅助实现线源控制阀门的开闭操作。所述进出水口连接件包括进水口连接件和出水口连接件；所述进水口连接件包括储液空腔、通气孔、外接头、进水口密封橡胶板和进水管；所述储液空腔与所述通气孔和所述进水管相通；所述外接头与所述通气孔连接；所述出水口连接件包括出水管和出水口密封橡胶板；所述线源控制阀包括条形不锈钢片和阀门密封橡胶条、调节螺杆和手拧螺母；所述阀门密封橡胶条粘合在所述条形不锈钢钢片表面；线源控制阀的条形不锈钢片和密封橡胶条的主要功能是，在阀关闭条件下，对裂隙进水口的密封，调节螺杆和手拧螺母用来实现阀的打开和关闭动作。所述岩石裂隙试件包括裂隙和岩石体。优选的，所述试件固定框架与阀门调节把手由铝合金或不锈钢材料加工制作而成。优选的，所述进出水口连接件主体部分由有机玻璃材料加工制成。优选的，所述的岩石裂隙试件由含有水平裂隙的岩石材料制作形成。有益效果：1、本技术不仅能够进行水溶性污染物的运移试验，还能够开展水气、水油等两相流试验。2、本技术通过设计专门的线源控制阀，可实现岩石单裂隙中示踪剂的线源释放目的，弥补点源释放试验的缺陷。3、本技术进水口连接件的储液空腔，为示踪剂溶液的注入、混合以及释放，提供了一种简便、有效的方法。附图说明图1为本技术的三维结构图。图2为本技术的结构侧视图。图3为本技术线源控制阀与进水口连接件拆解示意图。图4为采用本技术装置的页岩裂隙试验绘制的溶质运移穿透曲线图。其中，固定与调节构件1、进水口连接件2a、出水口连接件2b、线源控制阀3、裂隙试件4、试件固定框架5、阀门调节把手6、侧边调节夹板7、储液空腔8、通气孔9、外接头10、进水口密封橡胶板11、进水管12、出水管13、出水口密封橡胶板14、条形不锈钢片15、阀门密封橡胶条16、调节螺杆17、橡胶密封圈18、手拧螺母19、裂隙20、岩石体21。具体实施方式结合附图对本技术作更进一步的说明。如图1～3所示，本技术的裂隙溶质运移试验装置，包括固定与调节构件1、进出水口连接件2a、线源控制阀3以及岩石裂隙试件4。试件固定框架5采用约1cm厚不锈钢板或铝合金板加工制作，框架内部尺寸为17cm×20cm，框架尺寸可根据所需要的裂隙试件尺寸自行设计。进、出水口连接件2b主体部分均可采用有机玻璃材料加工制作。其中，进水口连接件整体尺寸为17cm×2.8cm×5cm(长×宽×高)，内部挖除17cm×1.8cm×2cm的立方体空间，作为储液空腔8。出水口连接件整体尺寸为17cm×1.8cm×5cm(长×宽×高)，出水口连接件上均匀布置5～7个直径为4mm的出水孔。裂隙试件以厚度约为5cm的页岩岩石为原材料，沿垂直厚度方向劈出裂隙后，制作成大小为15cm×15cm的长方体试件。裂隙试件与进出水口连接件相接部分，使用厚度为2mm的密封橡胶板11、14密封，防止发生渗漏。裂隙试件两侧与固定框架靠近部分，设置1cm厚的侧边调节夹板7，防止试件发生松动。试验装置安装过程：第1步，首先将线源控制阀的条形钢片端装入进水口连接件内的储液空腔8内，如图3所示，调节螺杆17穿过连接件2a的部分使用橡胶密封圈18密封，防止储液空腔内液体渗漏，依次安装手拧螺母19和阀门调节把手6。第2步，安装出水口连接件2b以及出水管13。第3步，将岩石裂隙试件侧面密封后装入试验装置内，使用调节夹板7固定试件位置，并使用橡胶板将试件与进出水口连接件连接部位密封。现结合页岩裂隙内溶质运移试验方法对本技术进一步说明。试验装置整体水平放置于试验平台上，试验系统利用蠕动泵进行供水或示踪剂溶液，调节蠕动泵转速控制裂隙水流流速。利用蠕动泵向裂隙内注水，检查装置密封部位是否密封完好，如果存在漏水点，使用玻璃胶密封。检查装置密封性完好后，使用真空泵抽出水中的气泡，使裂隙内完全充满水达到饱和状态。示踪试验进行前，先配制示踪剂标准溶液，示踪剂使用亮蓝染色剂溶液(也可使用NaCl等溶液)，利用紫外分光光度计测定标准溶液吸光度，并建立吸光度与浓度的校准曲线。关闭进水口端线源控制阀3，通过外接头10抽出储液空腔8内的水，并向内注满示踪剂溶液。启动蠕动泵并保持2rpm转速运转，同时打开进水口端线源控制阀3，开始裂隙线源示踪试验。试验开始时使用计时器计时，每隔2min使用小试管在出水口接取水样，并按照时间顺序编号后统一摆放。页岩裂隙溶质运移试验共进行2h后结束。试验持续时间可以根据裂隙体积和裂隙流量大小来确定，流量可以在试验前或试验后测定，蠕动泵转速为2rpm时，裂隙出口流量为0.21mL/s。利用分光光度计按照编号顺序逐个测定出水口水样示踪剂吸光度，根据吸光度-浓度校准曲线计算示踪剂浓度，然后将浓度值标准化后得到相对浓度，最后绘制页岩裂隙溶质运移穿透曲线如图4。页岩裂隙溶质运移试验结果表明，页岩裂隙流量为0.21mL/s条件下，裂隙出水口溶质浓度前期随时间不断增加，后期趋于稳定，穿透曲线趋势符合溶质运移试验一般规律。试验进行10min后溶质首次穿透裂隙，随后裂隙出水口溶质浓度增加较快，说明溶质在裂隙内通过优先通道快速迁移。40min至60min区间内，溶质浓度增加速度变缓，试验60min以后，溶质浓度变化较小，总体趋势不断接近最大值，存在一定的拖尾现象，这主要是由于裂隙内隙宽很小的区域形成水流“不动区”，导致溶质运移穿透曲线的拖尾。以上所述仅是本技术的优选实施方式，应当指出：对于本
的普通技术人员来说，在不脱离本技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本技术的保护范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种线源释放的单裂隙溶质运移试验装置，其特征在于：包括固定与调节构件(1)、进出水口连接件(2)、线源控制阀(3)以及岩石裂隙试件(4)；所述固定与调节构件(1)包括试件固定框架(5)、阀门调节把手(6)和侧边调节夹板(7)；所述进出水口连接件(2)包括进水口连接件(2a)和出水口连接件(2b)；所述进水口连接件(2a)包括储液空腔(8)、通气孔(9)、外接头(10)、进水口密封橡胶板(11)和进水管(12)；所述储液空腔(8)与所述通气孔(9)和所述进水管(12)相通；所述外接头(10)与所述通气孔(9)连接；所述出水口连接件(2b)包括出水管(13)和出水口密封橡胶板(14)；所述线源控制阀(3)包括条形不锈钢片(15)和阀门密封橡胶条(16)、调节螺杆(17)和手拧螺母(19)；所述阀门密封橡胶条(16)粘合在所述条形不锈钢钢片(15)表面；所述岩石裂隙试件(4)包括裂隙(20)和岩石体(21)。

【技术特征摘要】
1.一种线源释放的单裂隙溶质运移试验装置，其特征在于：包括固定与调节构件(1)、进出水口连接件(2)、线源控制阀(3)以及岩石裂隙试件(4)；所述固定与调节构件(1)包括试件固定框架(5)、阀门调节把手(6)和侧边调节夹板(7)；所述进出水口连接件(2)包括进水口连接件(2a)和出水口连接件(2b)；所述进水口连接件(2a)包括储液空腔(8)、通气孔(9)、外接头(10)、进水口密封橡胶板(11)和进水管(12)；所述储液空腔(8)与所述通气孔(9)和所述进水管(12)相通；所述外接头(10)与所述通气孔(9)连接；所述出水口连接件(2b)包括出水管(13)和出水口密封橡胶板(14)；所述线源控制阀(3)包括条...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢斌，吴时强，谢兴华，巩炎，
申请(专利权)人：水利部交通运输部国家能源局南京水利科学研究院，
类型：新型
国别省市：江苏,32