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原文传递一种反演非饱和垃圾土水力参数的装置及方法

专利名称：	一种反演非饱和垃圾土水力参数的装置及方法
摘要：	本发明涉及反演非饱和垃圾土水力参数的装置及方法，包括：反应釜、常水头渗透系统、气体通压稳压系统、数据采集系统，反应釜包括：盖板、若干螺杆、穿孔透水板、筒体、陶土板、底座、若干张力计、若干含水率传感器，常水头渗透系统包括：水桶支架、定滑轮、刻度水桶、渗透收集杯、储水箱、抽水泵，气体通压稳压系统包括：空压机和流量计，数据采集系统包括：电子天平、数据采集仪及数据终端。该装置及方法仅通过室内实验和数值模拟即可获取垃圾土水分渗透过程的非饱和水力特性参数，且计算结果准确偏差小，选用的裂隙域、基质域分区的双渗透率预测模型更加符合填埋堆体内部水分的真实流动状态，为垃圾填埋场内部水分迁移状态的评估和调控方案的制定提供了关键技术参数。
专利类型：	发明专利
申请人：	中国科学院武汉岩土力学研究所
发明人：	刘磊;张柴;梁冰;万勇;陈亿军;陈峰;马梓涵;孙跃辉
专利状态：	有效
申请日期：	1900-01-20T07:00:00+0805
发布日期：	1900-01-20T00:00:00+0805
申请号：	CN202010082775.3
公开号：	CN111208042A
代理机构：	北京众达德权知识产权代理有限公司
代理人：	刘杰
分类号：	G01N13/04;G01N15/08;G;G01;G01N;G01N13;G01N15;G01N13/04;G01N15/08
申请人地址：	430071 湖北省武汉市武昌区水果湖街小洪山2号
主权项：	1.一种反演非饱和垃圾土水力参数的装置，其特征在于，包括：反应釜、常水头渗透系统、气体通压稳压系统、数据采集系统，其中，所述反应釜包括：盖板、若干螺杆、穿孔透水板、筒体、陶土板、底座、若干张力计、若干含水率传感器，所述盖板固定在所述筒体的顶部；所述底座固定在所述筒体的底部；所述陶土板设置在所述底座上；所述螺杆穿设在所述盖板中；所述穿孔透水板固定在所述螺杆的底部；若干所述张力计设置在所述筒体的不同高度；所述含水率传感器相对所述张力计对称设置在所述筒体上；所述筒体用于装填垃圾土；所述常水头渗透系统包括：水桶支架、定滑轮、刻度水桶、渗透收集杯、储水箱、抽水泵，所述水桶支架固定在试验场地上；所述定滑轮固定在所述水桶支架上；所述刻度水桶通过绳子吊挂在所述定滑轮上；所述刻度水桶与所述储水箱通过输水管连通，所述抽水泵设置在所述输水管上；所述刻度水桶的底部通过三通管连接所述反应釜的筒体及所述渗透收集杯，所述刻度水桶的上部设置溢流口；所述气体通压稳压系统包括：空压机和流量计，所述空压机通过输气管连通所述反应釜的盖板的进气口；所述流量计设置在所述输气管上；所述数据采集系统包括：电子天平、数据采集仪及数据终端，所述渗透收集杯放置在所述电子天平上；所述数据采集仪与所述张力计及所述含水率传感器电性连接；所述数据终端与所述数据采集仪及所述电子天平电性连接。 2.如权利要求1所述的反演非饱和垃圾土水力参数的装置，其特征在于，包括2个所述张力计及2个所述含水率传感器，其中1个所述张力计及对应的所述含水率传感器设置在所述筒体上距离所述盖板7cm的位置，另一个所述张力计及对应的所述含水率传感器设置在所述筒体上距离所述盖板14cm的位置。 3.如权利要求1所述的反演非饱和垃圾土水力参数的装置，其特征在于，所述筒体采用钛合金材质；所述底座的顶部设置圆锥形凹槽，所述凹槽的中心开设排水口，所述排水口连通所述三通管；所述刻度水桶的溢流口通过溢流管连通所述储水箱；所述溢流管上设置有阀门；所述三通管靠近所述刻度水桶的位置设置有阀门；所述三通管靠近所述反应釜的位置也设置有阀门。 4.一种反演非饱和垃圾土水力参数的方法，其特征在于，通过权利要求1～3任一项所述反演非饱和垃圾土水力参数的装置完成，包括以下步骤：制备和装填垃圾土样；将所述垃圾土样在所述筒体内密实后，装配好所述穿孔透水板及所述盖板，通过所述螺杆调整所述穿孔透水板至设定位置；采用无气水对所述垃圾土样进行饱和，以计算孔隙度n；通过提升所述刻度水桶的高度，根据达西定律计算所述垃圾土样的饱和渗透系数Ks；模拟垃圾土由饱和态至非饱和态裂隙域排水；模拟垃圾土非饱和状态下的基质域排水；将排水过程监测的流出量、水分、水势等数据代入数值软件中反演计算双渗透率模型所描述的垃圾土非饱和水力学特性参数；将模型计算值与试验观测值进行比较，对反演参数进行合理调整，以获取最优、最准确的垃圾土非饱和水力特性参数。 5.如权利要求4所述的反演非饱和垃圾土水力参数的方法，其特征在于，所述垃圾土样的制备和装填过程为：将从填埋场取回来的垃圾试样放入烘箱，以65-70℃的恒温烘至恒量；将所述垃圾试样的尺寸剪小至不超过所述筒体内径的1/3，获得所述垃圾土样。 6.如权利要求4所述的反演非饱和垃圾土水力参数的方法，其特征在于，将所述垃圾土样在所述筒体内密实，具体为：选择设定干密度的所述垃圾土样，称取质量后均分5等份分层击实到所述反应釜的筒体中。 7.如权利要求4所述的反演非饱和垃圾土水力参数的方法，其特征在于，所述采用无气水对所述垃圾土样进行饱和，具体为：将所述刻度水桶连接到所述反应釜；调整所述刻度水桶的高度，使液面高于所述垃圾土样的底面位置，再缓慢提升所述刻度水桶，每次1cm，保持10分钟再依次提升所述刻度水桶的高度至所述穿孔透水板所在高度；随着所述刻度水桶的上升，水从所述底座的底部向上渗入，使所述垃圾土样缓慢饱和，并记录饱和过程的入水体积，由此计算所述孔隙度n。 8.如权利要求4所述的反演非饱和垃圾土水力参数的方法，其特征在于，所述模拟垃圾土由饱和态至非饱和态裂隙域排水，具体为：将所述反应釜的底座出口作为出流口，调整至所述穿孔透水板的高度，排出所述反应釜内多余的水分，进而按所述垃圾土样的h/4、2h/4、3h/4、h的高度分梯度调节所述刻度水桶的出水口的高度，h为厚度；监测每个重力步下的所述垃圾土样水分的流出量，进而模拟垃圾土由饱和态至非饱和态裂隙域排水。 9.如权利要求4所述的反演非饱和垃圾土水力参数的方法，其特征在于，所述模拟垃圾土非饱和状态下的基质域排水，具体为：待重力排水完成后，将底座上的穿孔透水板替换为陶土板，关闭所述反应釜的底部出水口，向所述筒体输入由所述空压机和所述流量计稳压后的5KPa气压，使所述垃圾土柱达到平衡；当所述张力计显示的基质吸力值与5KPa误差在2％-3％左右时，打开所述反应釜的出水口让水分流出，实时监测累计流出量及采集基质吸力、含水率随时间变化数据，当流出量达到稳定不再变化时，依次加大气压值至5KPa、10KPa、20KPa、40KPa、70KPa的压力步，并按上述监测所述累计流出量及采集基质吸力、含水率随时间变化数据，以完成所述模拟垃圾土非饱和状态下的基质域排水。 10.如权利要求4所述的反演非饱和垃圾土水力参数的方法，其特征在于，所述获取裂隙域中的水力参数，具体为：采用描述垃圾土水分流动的双渗透率模型，将孔隙度、饱和渗透系数及重力步排水的流出量数据，结合几何参数、初边值条件进行数值反演求解，获取裂隙域中的水力参数；接着，将动态多步流出试验的流出量、基质吸力、含水率数据及初边界条件反演垃圾土基质域中的水力参数。
所属类别：	发明专利