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一种基于干湿循环的竖向隔离工程屏障的模型装置及其使用方法与应用

阅读：180发布：2020-05-11

专利汇可以提供一种基于干湿循环的竖向隔离工程屏障的模型装置及其使用方法与应用专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种基于干湿循环的竖向隔离工程屏障的模型装置及其使用方法与应用，包括模型箱、大水箱、小水箱、气压控制阀、空气压缩机、玻璃瓶、Whatman #42型滤纸等。该测试装置可以在深度方向对各类型的竖向隔离工程屏障在经历干湿循环后的实际总吸力、含水率、工程屏障的饱和渗透系数、有效扩散系数和阻滞因子性能进行测定。同时，本发明还提供了一种考虑干湿循环的用于阻滞污染物迁移的竖向隔离工程屏障的模型装置的测试方法，该测定方法简单易行，可以测定干湿循环后工程屏障的总吸力变化、含水率变化以及对工程屏障的饱和渗透系数、有效扩散系数和阻滞因子性能进行测定，为竖向隔离工程屏障设计方案提出科学的依据。，下面是一种基于干湿循环的竖向隔离工程屏障的模型装置及其使用方法与应用专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种基于干湿循环的竖向隔离工程屏障的模型装置，其特征在于，包括模型箱(1)、大水箱(2)、左侧小水箱(3)和右侧小水箱(4)，所述模型箱的宽高比小于1:10，所述模型箱(2)的底部铺有素混凝土垫层(5)，所述素混凝土垫层(5)以上的空间由2块竖向挡板(6)分割成3个区域，按照从左向右的顺序3个区域分别为左侧分层土体区域(7)，竖向隔离工程区域(22)和右侧分层土体区域(8)，所述左侧分层土体区域(7)和右侧分层土体区域(8)内土层按由下往上的方向分为N层，且每层对应的模型箱的前板上靠近竖向隔离工程区域的腰线上设有第一孔(9)和第三孔(10)，所述竖向隔离工程区域上对应的模型箱的前板设有第二孔(11)，后板上设有第四孔(12)，且第一孔(9)、第二孔(11)、第三孔(10)和第四孔(12)等高度，所述第二孔(11)内嵌入塑料盖(13)，所述塑料盖(13)与玻璃瓶(14)相连，所述玻璃瓶(14)内设有Whatman#42型滤纸(15)，所述第四孔(12)内嵌入探针式TDR仪(16)，所述探针式TDR仪(16)与数据采集仪(17)连接；所述左侧分层土壤区域(7)与模型箱内侧面设有左侧多孔竖板(18)，右侧分层土壤区域(8)与模型箱内侧面设有右侧多孔竖板(19)，所述模型箱(1)的顶部按照由下往上的方向设有上多孔垫板(20)和T型密封顶盖(21)，所述上多孔垫板(20)分为两块，分别位于左侧分层土体区域(7)和右侧分层土体区域(8)的顶部，且大小相等；T型密封顶盖(21)突出部分的高度与上多孔垫板(20)的厚度一致，且突出部分与竖向隔离工程屏障区域(22)的顶部大小相同，所述左侧分层土体区域(7)中的每一层通过管道汇总到左下双向阀(23)后，再与左侧大水箱(2)连通，大水箱(2)左侧设置排水双向阀(29)，所述模型箱(1)通过左上双向阀(24)与左侧小水箱(3)连通，所述右侧分层土体区域(8)中的每一层通过管道汇总到右上双向阀(25)后，再与右侧小水箱(4)连通，所述右侧小水箱(4)的另一侧通过气压控制阀(26)与空气压缩机(27)相连，并通过气压控制阀(26)控制和保持右侧小水箱(4)中的水压。
2.按照权利要求1所述的基于干湿循环的竖向隔离工程屏障的模型装置，其特征在于，所述左侧分层土体区域(7)和右侧分层土体区域(8)内按由下往上的方向分为三层。
3.按照权利要求1所述的基于干湿循环的竖向隔离工程屏障的模型装置，其特征在于，所述素混凝土垫层(5)为预制素混凝土板。
4.按照权利要求1所述的基于干湿循环的竖向隔离工程屏障的模型装置，其特征在于，所述上多孔垫板(20)和T型密封顶盖(21)之间设有橡胶密封垫层(28)，所述橡胶密封垫层(28)的尺寸大于模型箱(1)顶部的外径，且对应T型密封顶盖(21)的突出部分为矩形开孔，保证T型密封顶盖(21)与模型箱(1)四周整体无空隙。
5.按照权利要求1所述的基于干湿循环的竖向隔离工程屏障的模型装置，其特征在于，所述模型箱(1)、上多孔垫板(20)、左侧多孔竖板(18)和右侧多孔竖板(19)的材料均为聚四氟乙烯。
6.按照权利要求1所述的基于干湿循环的竖向隔离工程屏障的模型装置，其特征在于，所述竖向隔离工程屏障(22)为注浆帷幕、水泥土搅拌墙、土-膨润土系竖向隔离墙、土-水泥-膨润土系竖向隔离墙或钢板桩。
7.按照权利要求1所述的基于干湿循环的竖向隔离工程屏障的模型装置，其特征在于，所述玻璃瓶(14)与塑料盖(13)之间设有O型密封垫圈(30)；所述第二孔(10)与探针式TDR仪(16)之间设有O型密封垫圈(30)。
8.基于权利要求1所述的基于干湿循环的竖向隔离工程屏障的模型装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，关闭左上双向阀(24)、左下双向阀(23)、排水双向阀(29)和右侧双向阀(25)，向模型箱(1)底部放入素混凝土垫层(5)，两侧装入左侧多孔垫板(18)和右侧多孔垫板(19)；
步骤2，采用塞子塞住模型箱(1)的第一孔(9)，第二孔(11)，第三孔(10)和第四孔(12)；
步骤3，在模型箱(1)内竖向隔离工程屏障(22)设计部位的两侧分别设置竖向挡板(6)，将竖向隔离工程屏障(22)材料填筑入竖向挡板(6)之间；
步骤4，将各类型土体分层填筑在竖向隔离工程屏障(22)两侧，填筑至模型箱(1)顶部，其中，砂土采用雨砂法填筑，粘性土通过控制干密度和含水率填筑；
步骤5，将步骤3中所设置的左侧竖向挡板(6)抽出；
步骤6，在大水箱(2)中注入蒸馏水，打开左下双向阀(23)，通过大水箱(2)中水位高度控制左侧分层土体区域(7)水头，使左侧分层土体区域(7)饱和；
步骤7，打开排水双向阀(29)排出大水箱(2)中的蒸馏水，以控制左侧分层土体(7)水头，使左侧分层土体(7)水位下降，直至无水排出，关闭排水双向阀(29)；
步骤8，根据模拟地下水水位升降的次数，重复步骤6和步骤7；
步骤9，关闭左下双向阀(23)，移除第一孔(9)，第二孔(11)，第三孔(10)和第四孔(12)的塞子；
步骤10，探针式TDR仪(16)与数据采集仪(17)标定和调式，并将探针式TDR仪(16)嵌入第二孔(11)进行固定和封闭；
步骤11，将干燥的Whatman#42型滤纸(15)置于玻璃瓶(14)，并将玻璃瓶(14)与塑料盖(13)连接，嵌入第四孔(12)，通过O型密封垫圈(30)进行固定和封闭；
步骤12，观察探针式TDR仪(16)与第二孔(11)以及塑料盖(24)与第四孔(12)是否出现渗水现象，若出现渗水现象，则重复步骤9和步骤10的密封工作，若无渗水现象则进行步骤
13；
步骤13，每隔一段时间，称量各whatman#42型滤纸(15)的质量，根据Whatman#42型滤纸(15)的吸力-含水率表记录竖向隔离工程屏障(22)各深度的吸力变化，并通过探针式TDR仪(16)对竖向隔离工程屏障(22)各深度的含水率变化进行实时监测；
步骤14，根据步骤12的结果得到土-水特征曲线，以评价地下水变动引起的干湿循环导致竖向隔离工程屏障(22)吸力变化的影响范围与含水量的运移情况；
步骤15，移除探针式TDR仪(16)与塑料盖(13)，采用塞子将第二孔(11)和第四孔(12)封闭；
步骤16，将步骤3中所设置的右侧竖向挡板(6)抽出；
步骤17，在左侧分层土体区域(7)和右侧分层土体区域(8)顶部放置上多孔垫板(20)，模型箱(1)顶部通过T型密封顶盖(21)封闭；
步骤18，在大水箱(2)中注入蒸馏水，打开左下双向阀(23)，通过大水箱(2)中水位高度控制左侧分层土体(7)水头，使左侧分层土体(7)饱和；
步骤19，关闭左下双向阀(23)，打开右侧双向阀(25)和左上双向阀(24)，通过调节气压控制阀(26)设置装有污染液的右侧小水箱(4)内的水压，使右侧分层土体(8)饱和；
步骤20，观察模型箱(1)上部与T型密封顶盖(21)是否出现渗水现象，若出现渗水现象，则重复步骤17中的密封工作，若无渗水现象则进行步骤21；
步骤21，每隔一段时间记录左侧小水箱(3)的水量，当相同时长下水量增加相同时，根据式(1)计算竖向隔离工程屏障(22)的渗透系数；
2
式(1)中，ρ为渗透液的密度；g为重力加速度，9.8m/s ；L为竖向隔离工程屏障(20)的宽度；Q为渗透液的体积；p为水压；A为竖向隔离工程屏障(20)侧向截面积；Δt为间隔时长；
步骤22，移除第一孔(9)和第三孔(10)的塞子，通过针管吸取液体，对收集的溶液分别进行污染物浓度测定，根据式(2)，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(3)、式(4)和式(5)得到有效扩散系数D*，
D＝D*+Dmd                               式(3)
D*＝τD0                                  式(4)
Dmd＝αLv                            式(5)
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；Dmd为机械弥散系数；D*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。
9.基于权利要求1所述的基于干湿循环的竖向隔离工程屏障的模型装置在阻滞污染物迁移上的应用。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述污染物为重金属污染液或有机物污染液。

说明书全文

一种基于干湿循环的竖向隔离工程屏障的模型装置及其使用

方法与应用

技术领域

[0001] 本发明涉及环境及岩土工程领域，具体涉及一种基于干湿循环的竖向隔离工程屏障的模型装置及使用方法与应用。

背景技术

[0002] 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。在竖向隔离工程屏障服役过程中，其与地下水直接接触。气候具有昼夜的、季节的、多年的变化规律，受其影响的地下水也形成相应的周期性变化，其中季节性变化对潜水的动态影响最为明显。我国的气候受季风的影响，降水集中在夏季，此时，降水补给显著增多。气温上升，空气相对湿度也增大，蒸发并不强烈，因此潜水水位升高。此时竖向隔离工程屏障大部分位于水位以下，呈饱和状态。雨季过后，补给急骤减小，排泄量相对增加，潜水位逐渐下降。到次年雨季之前，降水少，相对湿度小，蒸发强烈，径流排泄继续进行，故此时潜水位最低。此时，之前处于饱和状态的竖向隔离工程屏障会出现非饱和状态。全年潜水位出现一个峰值和一个谷值。所以，在竖向隔离工程屏障长期的服役过程中，由于气候因素导致地下水水位出现周期性升降，部分竖向隔离工程屏障会受到干湿循环的影响，从而影响其工程性能。

[0003] 目前尚未有通过模拟地下水水位周期性升降的手段观察干湿循环对竖向隔离工程屏障性能影响的规律，也未能够通过室内试验评价地下水水位升降对竖向隔离工程屏障的吸力影响范围。

发明内容

[0004] 针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于干湿循环的竖向隔离工程屏障的模型装置及使用方法与应用，该装置可实现对于在经历地下水水位升降引起的干湿循环后的各类竖向隔离工程屏障(包括注浆帷幕、水泥土搅拌墙、土-膨润土系竖向隔离墙、土-水泥-膨润土系竖向隔离墙)吸力变化的影响范围的模拟，测定饱和渗透系数、有效扩散系数以及阻滞因子，为评价干湿循环作用下竖向隔离工程屏障在运营过程中的性能提出科学的依据。

[0005] 一种基于干湿循环的竖向隔离工程屏障的模型装置，包括模型箱、大水箱、左侧小水箱和右侧小水箱，所述模型箱的宽高比小于1:10，所述模型箱的底部铺有素混凝土垫层，所述素混凝土垫层以上的空间由2块竖向挡板割成3个区域，按照从左向右的顺序3个区域分别为左侧分层土体区域，竖向隔离工程区域和右侧分层土体区域，所述左侧分层土体区域和右侧分层土体区域内按由下往上的方向分为N层，且每层对应的模型箱的前板上靠近竖向隔离工程区域的腰线上设有第一孔和第三孔，所述竖向隔离工程区域上对应的模型箱的前板设有第二孔，后板上设有第四孔，且第一孔、第二孔、第三孔和第四孔等高度，所述第二孔内嵌入塑料盖，所述塑料盖与玻璃瓶相连，所述玻璃瓶内设有Whatman#42型滤纸，所述第四孔内嵌入探针式TDR仪，所述探针式TDR仪与数据采集仪连接；所述左侧分层土壤区域与模型箱内侧面设有左侧多孔竖板，右侧分层土壤区域与模型箱内侧面设有右侧多孔竖板，所述模型箱的顶部按照由下往上的方向设有上多孔垫板和T型密封顶盖，所述上多孔垫板分为两块，分别位于左侧分层土体区域和右侧分层土体区域的顶部，且大小相等；T型密封顶盖突出部分的高度与上多孔垫板的厚度一致，且突出部分与竖向隔离工程屏障区域的顶部大小相同，所述左侧分层土体区域中的每一层通过管道汇总到左下双向阀后，再与左侧大水箱连通，大水箱左侧设置排水双向阀，所述模型箱通过左上双向阀与左侧小水箱连通，所述右侧分层土体区域中的每一层通过管道汇总到右上双向阀后，再与右侧小水箱连通，所述右侧小水箱的另一侧通过气压控制阀与空气压缩机相连，并通过气压控制阀控制和保持右侧小水箱中的水压。

[0006] 作为改进的是，所述左侧分层土体区域和右侧分层土体区域内按由下往上的方向分为三层。

[0007] 作为改进的是，所述素混凝土垫层为预制素混凝土板。

[0008] 作为改进的是，所述上多孔垫板和T型密封顶盖之间设有橡胶密封垫层，所述橡胶密封垫层的尺寸大于模型箱顶部的外径，且对应T型密封顶盖的突出部分为矩形开孔，保证T型密封顶盖与模型箱四周整体无空隙。

[0009] 作为改进的是，所述模型箱、上多孔垫板、左侧多孔竖板和右侧多孔竖板的材料均为聚四氟乙烯。

[0010] 作为改进的是，所述竖向隔离工程屏障为注浆帷幕、水泥土搅拌墙、土-膨润土系竖向隔离墙、土-水泥-膨润土系竖向隔离墙或钢板桩。

[0011] 作为改进的是，所述玻璃瓶与塑料盖之间设有O型密封垫圈。

[0012] 作为改进的是，所述第二孔与探针式TDR仪之间设有O型密封垫圈。

[0013] 上述基于干湿循环的竖向隔离工程屏障的模型装置的使用方法，包括以下步骤：

[0014] 步骤1，关闭左上双向阀、左下双向阀、排水双向阀和右侧双向阀，向模型箱底部放入素混凝土垫层，两侧装入左侧多孔垫板和右侧多孔垫板；

[0015] 步骤2，采用塞子塞住模型箱的第一孔，第二孔，第三孔和第四孔；

[0016] 步骤3，在模型箱内竖向隔离工程屏障设计部位的两侧分别设置竖向挡板，将竖向隔离工程屏障材料填筑入竖向挡板之间；

[0017] 步骤4，将各类型土体分层填筑在竖向隔离工程屏障两侧，填筑至模型箱顶部，其中，砂土采用雨砂法填筑，粘性土通过控制干密度和含水率填筑；

[0018] 步骤5，将步骤3中所设置的左侧竖向挡板抽出；

[0019] 步骤6，在大水箱中注入蒸馏水，打开左下双向阀，通过大水箱中水位高度控制左侧分层土体区域水头，使左侧分层土体区域饱和；

[0020] 步骤7，打开排水双向阀排出大水箱中的蒸馏水，以控制左侧分层土体水头，使左侧分层土体区域中水位下降，直至无水排出，关闭排水双向阀；

[0021] 步骤8，根据模拟地下水水位升降的次数，重复步骤6和步骤7；

[0022] 步骤9，关闭左下双向阀，移除第一孔，第二孔，第三孔和第四孔的塞子；

[0023] 步骤10，探针式TDR仪与数据采集仪标定和调式，并将探针式TDR仪嵌入第二孔进行固定和封闭；

[0024] 步骤11，将干燥的Whatman #42型滤纸置于玻璃瓶，并将玻璃瓶与塑料盖连接，嵌入第四孔，进行固定和封闭；

[0025] 步骤12，观察探针式TDR仪与第二孔以及塑料盖与第四孔是否出现渗水现象，若出现渗水现象，则重复步骤9和步骤10的密封工作，若无渗水现象则进行步骤13；

[0026] 步骤13，每隔一段时间，称量各whatman #42型滤纸的质量，根据Whatman #42型滤纸的吸力-含水率表记录竖向隔离工程屏障各深度的吸力变化，并通过探针式TDR仪对竖向隔离工程屏障各深度的含水率变化进行实时监测；

[0027] 步骤14，根据步骤12的结果得到土-水特征曲线，以评价地下水变动引起的干湿循环导致竖向隔离工程屏障吸力变化的影响范围与含水量的运移情况；

[0028] 步骤15，移除探针式TDR仪与塑料盖，采用塞子将第二孔和第四孔封闭；

[0029] 步骤16，将步骤3中所设置的右侧竖向挡板抽出；

[0030] 步骤17，在左侧分层土体和右侧分层土体顶部放置上多孔垫板，模型箱顶部通过T型密封顶盖封闭；

[0031] 步骤18，在大水箱中注入蒸馏水，打开左下双向阀，通过大水箱中水位高度控制左侧分层土体水头，使左侧分层土体饱和：

[0032] 步骤19，关闭左下双向阀，打开右侧双向阀和左上双向阀，通过调节气压控制阀设置装有污染液的右侧小水箱内的水压，使右侧分层土体饱和；

[0033] 步骤20，观察模型箱上部与T型密封顶盖是否出现渗水现象，若出现渗水现象，则重复步骤17中的密封工作，若无渗水现象则进行步骤21；

[0034] 步骤21，每隔一段时间记录左侧小水箱的水量，当相同时长下水量增加相同时，根据式(1)计算竖向隔离工程屏障的渗透系数；

[0035]

[0036] 式(1)中，ρ为渗透液的密度；g为重力加速度，9.8m/s2；L为竖向隔离工程屏障的宽度；Q为渗透液的体积；p为水压；A为竖向隔离工程屏障侧向截面积；Δt为间隔时长；

[0037] 步骤22，移除第一孔和第三孔的塞子，通过针管吸取液体，对收集的溶液分别进行污染物浓度测定，根据式(2)，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(3)、式(4)和式(5)得到有效扩散系数D*，

[0038]

[0039] D＝D*+Dmd 式(3)

[0040]

[0041] Dmd＝αLv 式(5)

[0042] 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；Dmd为机械弥散系数；D 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。

[0043] 上述一种基于干湿循环的竖向隔离工程屏障的模型装置在阻滞污染物迁移上的应用。

[0044] 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。

[0045] 有益效果：

[0046] 与现有技术相比，本发明一种基于干湿循环的竖向隔离工程屏障的模型装置及使用方法与应用具有如下优势：

[0047] 1)实现了干湿循环后竖向隔离工程屏障的吸力和含水率的监测。通过模拟地下水水位升降和循环次数、竖向隔离工程屏障的不同深度和宽度、两侧的土层分布、地下水流动条件和污染源种类，明确了地下水水位升降和循环次数对竖向隔离工程屏障的吸力影响范围，干湿循环后屏障的渗透特性，为评价干湿循环作用下竖向隔离工程屏障在运营过程中的性能提出科学的依据；

[0048] 2)测试成本低廉，操作简便。可以通过改变干湿循环次数、污染物种类、水头等因素模拟各种工况下的竖向隔离工程屏障的特性。附图说明

[0049] 图1为本发明实施例一种基于干湿循环的竖向隔离工程屏障的模型装置的结构示意图；

[0050] 图2为本发明实施例一种基于干湿循环的竖向隔离工程屏障的模型装置的侧视图，

[0051] 其中，1-模型箱、2-大水箱、3-左侧小水箱、4-右侧小水箱、5-素混凝土垫层、6-竖向挡板、7-左侧分层土体区域、8-右侧分层土体区域、9-第一孔、10- 第三孔、11-第二孔、12-第四孔、13-塑料盖、14-玻璃瓶、15-Whatman #42型滤纸、16-探针式TDR仪、17-数据采集仪、18-左侧多孔竖板、19-右侧多孔竖板、20-上多孔垫板、21-T型密封顶盖、22-竖向隔离工程屏障区域、23-左下双向阀、 24-左侧双向阀、25-右上双向阀、26-气压控制阀、27-空气压缩机、28-橡胶密封垫层、29-排水双向阀、30-O型密封垫圈。

具体实施方式

[0052] 下面结合具体实施例对本发明作进一步描述。

[0053] 实施例1

[0054] 一种基于干湿循环的竖向隔离工程屏障的模型装置，包括模型箱1、大水箱 2、左侧小水箱3、右侧小水箱4、素混凝土垫层5、竖向挡板6、左侧分层土体区域7、右侧分层土体区域8、第一孔9、第三孔10、第二孔11、第四孔12、塑料盖13、玻璃瓶14、Whatman #42型滤纸15、探针式TDR仪16、数据采集仪17、左侧多孔竖板18、右侧多孔竖板19、上多孔垫板20、T型密封顶盖21、竖向隔离工程屏障区域22、左下双向阀23、左侧双向阀24、右上双向阀25、气压控制阀26、空气压缩机27、橡胶密封垫层28、排水双向阀29、O型密封垫圈30。

[0055] 模型箱1采用聚四氟乙烯(PTFE)材料，在模拟地下水位升降测量吸力和含水率试验时顶部敞开，测试渗透系数时呈密封状态。T型密封顶盖21、橡胶密封垫层28、上多孔垫板20从上向下依次放置于模型箱1之上。模型箱1前壁和后壁均设置第一孔9、第二孔11、第三孔10和第四孔12，开口的直径为20mm，模型箱1内侧的宽度为0.4m，高度为1.3m，长度为1m，每层土层深0.4m。

[0056] 竖向挡板6、侧多孔竖板18、右侧多孔竖板19、T型密封顶盖21、上多孔垫板20和塑料盖13采用聚氯乙烯(PTFE)材料，宽度等于模型箱1内侧的宽度。

[0057] 模型箱1顶部通过T型密封顶盖21与橡胶密封垫层28封闭，两者通过螺栓固定。T型密封顶盖21突出部分的高度与上多孔垫板20的厚度一致。

[0058] 进一步，橡胶密封垫层28的尺寸大于模型箱1竖向俯视下的外径尺寸，橡胶密封垫层28中设置一矩形开孔，其尺寸及形状与T型密封顶盖21突出部分的尺寸及形状一致，矩形开孔的位置与T型密封顶盖21突出部分对应。

[0059] 上多孔垫板20分为左右两块，分别设置于竖向隔离工程屏障22两侧左侧分层土体7和右侧分层土体8的顶部之上，两者的形状和尺寸与左侧分层土体7和右侧分层土体8竖向俯视下截面积的形状和尺寸一致。上多孔垫板20的各竖向孔道水平向联通，并与左侧小水箱3相连，通过左上双向阀24控制开关。

[0060] 素混凝土垫层5采用预制的素混凝土板，置于模型箱1的底部，其尺寸与模型箱1内侧截面的形状及尺寸一致，厚度为50mm，以保证模型箱整体稳定。

[0061] 探针式TDR仪16和塑料盖13所嵌入安装的位置与分别与模型箱的第二孔11 和第四孔12一一对应，水平位置位于左侧分层土体7和右侧分层土体8的各分层土水平中线位置，垂直位置位于竖向隔离工程屏障22垂直中线。

[0062] 进一步，通过O型密封垫圈30保证模型箱第二孔11与探针式TDR仪16之间无空隙。玻璃瓶14与塑料盖13连接，并通过O型密封垫圈30保证玻璃瓶14 与塑料盖13之间无空隙。

[0063] 进一步，探针式TDR仪16和塑料盖13在模拟地下水水位升降结束后嵌入模型箱1中，直至渗透试验开始。其余时间模型箱第二孔11和第四孔12都处于封闭状态。

[0064] 实施例2

[0065] 上述基于干湿循环的竖向隔离工程屏障的模型装置的使用方法，包括以下步骤：

[0066] 第1步：关闭左上双向阀24、左下双向阀23、排水双向阀29和右侧双向阀 25，向模型箱1底部放入素混凝土垫层5，两侧装入左侧多孔垫板(18)和右侧多孔垫板(19)；

[0067] 第2步：采用塞子塞住模型箱1的第一孔9，第二孔11，第三孔10和第四孔12；

[0068] 第3步：在模型箱1内竖向隔离工程屏障22设计部位的两侧分别设置竖向挡板6，将竖向隔离工程屏障22材料填筑入竖向挡板6之间；

[0069] 第4步：将各类型土体分层填筑在竖向隔离工程屏障22两侧，填筑至模型箱1顶部，其中，砂土采用雨砂法填筑，粘性土通过控制干密度和含水率填筑；

[0070] 第5步：将步骤3中所设置的左侧竖向挡板6抽出；

[0071] 第6步：在大水箱2中注入蒸馏水，打开左下双向阀23，通过大水箱2中水位高度控制左侧分层土体区域7水头，使左侧分层土体区域7水分饱和；

[0072] 第7步：打开排水双向阀29排出大水箱2中的蒸馏水，以控制左侧分层土体7水头，使左侧分层土体7水位下降，直至无水排出，关闭排水双向阀29。

[0073] 第8步：根据模拟地下水水位升降的次数，重复第6步和第7步；

[0074] 第9步：关闭左下双向阀23，移除第一孔9，第二孔11，第三孔10和第四孔12的塞子；

[0075] 第10步：探针式TDR仪16与数据采集仪17标定和调式，并将探针式TDR 仪16嵌入第二孔11，通过O型密封垫圈30进行固定和封闭；

[0076] 第11步：将干燥的Whatman #42型滤纸15置于玻璃瓶14，并将玻璃瓶14 与塑料盖13连接，嵌入第四孔12，通过O型密封垫圈30进行固定和封闭；

[0077] 第12步：观察探针式TDR仪16与第二孔11以及塑料盖24与与第四孔12 是否出现渗水现象，若出现渗水现象，则重复步骤9和步骤10的密封工作，若无渗水现象则进行第13步；

[0078] 第13步：每隔一段时间，称量各Whatman #42型滤纸15的质量，根据Whatman #42型滤纸15的吸力-含水率表记录竖向隔离工程屏障22各深度的吸力变化，并通过探针式TDR仪16对竖向隔离工程屏障22各深度的含水率变化进行实时监测；

[0079] 第14步：根据步骤12的结果得到土-水特征曲线，以评价地下水变动引起的干湿循环导致竖向隔离工程屏障22吸力变化的影响范围与含水量的运移情况；

[0080] 第15步：移除探针式TDR仪16与塑料盖13，采用塞子将第二孔11和第四孔12封闭；

[0081] 第16步：将步骤3中所设置的右侧竖向挡板6抽出；

[0082] 第17步：在左侧分层土体7和右侧分层土体8顶部放置上多孔垫板20，并垫上橡胶密封垫层28，模型箱1顶部通过T型密封顶盖21封闭；

[0083] 第18步：在大水箱2中注入蒸馏水，打开左下双向阀23，通过大水箱2中水位高度控制左侧分层土体7水头，使左侧分层土体7饱和；

[0084] 第19步：关闭左下双向阀23，打开右侧双向阀25和左上双向阀24，通过调节气压控制阀26设置装有污染液的右侧小水箱4内的水压，使右侧分层土体8饱和；

[0085] 第20步：观察模型箱1上部与T型密封顶盖21是否出现渗水现象，若出现渗水现象，则重复步骤17中的密封工作，若无渗水现象则进行第21步；

[0086] 第21步：每隔一段时间记录左侧小水箱)的水量，当相同时长下水量增加相同时，根据式(1)计算竖向隔离工程屏障22的渗透系数；

[0087]

[0088] 式(1)中，ρ为渗透液的密度；g为重力加速度，9.8m/s2；L为竖向隔离工程屏障(20)的宽度；Q为渗透液的体积；p为水压；A为竖向隔离工程屏障 (20)侧向截面积；Δt为间隔时长。

[0089] 第22步：移除第一孔9和第三孔10的塞子，通过针管吸取液体，对收集的溶液分别进行污染物浓度测定，根据式(2)，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(3)、式(4)和式(5)得到有效扩散系数D*，

[0090]

[0091] D＝D*+Dmd 式(3)

[0092]

[0093] Dmd＝αLv 式(5)

[0094] 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；Dmd为机械弥散系数； D*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。

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