一种室内土质边坡模型的重金属运移沉降分析装置的制作方法

本实用新型属于离子分析装置的技术领域，具体地说，涉及一种室内土质边坡模型的重金属运移沉降分析装置。

背景技术：

重金属污染通常是重金属离子融入水中而造成污染，进而对人们的生产生活造成危害。最常见的边坡重金属污染有道路边坡交通污染、矿区河流边坡污染等。路基边坡污染最主要来自于汽油、柴油燃烧后的废气扩散，轮胎磨损等，矿区边坡受冶炼废水、废渣的污染，这些污染源经雨水、地表水、地下水的迁移，会在边坡的区域内沉降、富集，从而对人类、家畜、农业生态及自然环境产生潜在危害。测试分析土质边坡内的重金属离子运移及沉降规律有利于采取阻隔措施，防止污染源进一步扩散，对重金属污染边坡的防控管理工作提供帮助，现有的测试分析方法单一，如直接在边坡层内取样再进行分析，无法获得连续各个时段内边坡重金属污染运移及沉降规律。

土壤电阻抗测试技术在重金属污染土的监测中，是根据重金属污染场地或一定污染区域内土壤的相关物理、化学性质的改变，如含水量、孔隙比、液塑限、土壤颗粒粘结性等，使重金属污染土壤产生电学性质改变，来反映土壤中受重金属污染的程度及其他相关污染信息。由于重金属离子在溶液中极易导电，在电学上受重金属污染的土壤与正常土壤就会有明显不同的数据，从而更好地为交流阻抗法监测提供了基础依据。这就会使受污染的水土导电性发生大的改变，也使电阻抗探测重金属污染具有较好的可行性。

技术实现要素：

针对现有技术中上述的不足，本实用新型提供一种利用电阻抗测试分析土质边坡内的重金属离子运移及沉降的装置，可以获得各个时段模拟土质边坡内水溶液及重金属污染物的渗流与演变的电学参数变化图，再将电学变化图通过对应的分析，给出边坡重金属污染运移及沉降规律的一种室内土质边坡模型的重金属运移沉降分析装置。

为了达到上述目的，本实用新型采用的解决方案是：一种室内土质边坡模型的重金属运移沉降分析装置，包括雨淋装置、边坡模型和测试分析装置，雨淋装置设置在边坡模型的上方。

所述雨淋装置包括水槽、连接管和雨淋管，雨淋管连接有若干个雨淋喷头，雨淋管设置在水槽下方，雨淋管和水槽通过连接管连接。

所述边坡模型包括边坡模拟装置、集水杯和水槽底座。

所述边坡模拟装置包括前面板、后面板、左立板、右立板和底板，所述前面板和后面板固定连接于水槽底座内，左立板、右立板和底板可拆卸夹紧连接在前面板和后面板之间，左立板连接有通向集水杯的泄水管，底板设置有若干个渗水方孔，前面板和后面板分别穿设有若干个铜测试电极，前面板和后面板上的铜测试电极对称分布。

水槽底座连接有排水管。

所述测试分析装置包括电连接的多频率数字电桥和数据记录仪，多频率数字电桥连接有一对输入导线，输入导线分别与前面板和后面板上的铜测试电极点连接。

进一步地，所述的水槽内设置有增压装置及水位计。

进一步地，所述的连接管上设置有水闸一。

进一步地，所述连接管包括依次连通的管件一、伸缩水管、管件二，所述的雨淋喷头均匀分布于雨淋管下表面。

进一步地，所述的前面板、后面板、左立板、右立板和底板材质为有机玻璃。

进一步地，所述的前面板和后面板沿左立板、右立板和底板的外边沿设置有若干等距分布的螺栓孔，螺栓孔内设置有用于固定左立板、右立板和底板的固定长螺栓。

进一步地，所述的若干个渗水方孔平行等距分布。

进一步地，所述的铜测试电极包括铜螺帽、铜螺杆、密封胶圈和螺母，前面板和后面板设置有均匀对称分布的穿孔，铜螺杆设置在所述穿孔内，铜螺帽设置在面板内表面，螺母设置在面板外表面，密封胶圈设置在面板内表面和铜螺帽之间，铜螺杆一端与铜螺帽螺纹连接，铜螺杆另一端与螺母螺纹连接；所述的多频率数字电桥的一对输入导线端设置有铜夹，铜夹夹在所述铜螺杆端部。

进一步地，所述的集水杯设置有刻度线。

进一步地，所述的排水管上设置有水闸二。

本实用新型的有益效果是：

1、结合有机玻璃搭建边坡模型，模拟雨淋及泄水收集装置，整个测试分析过程可在实验室内进行，便于操作，成本低，测量周期短，对现场监测分析指导，实用性高。

2、本装置利用电阻抗测试分析，测试中通过土质边坡横断面各个位置的电阻抗参数的变化分析土质边坡内水溶液及重金属污染物的渗流与演变，电阻抗测试的具有快速、全面、无损等特点，其用于分析边坡渗流规律及重金属污染运移有很强的实用性。本装置通过合理布置多方面电极片，可以获得各个时段模拟土质边坡内水溶液及重金属污染物的渗流与演变的电学参数变化图，再将电学变化图通过对应的分析，给出边坡重金属污染运移及沉降规律。

附图说明

图1为本实用新型的室内土质边坡模型的重金属运移沉降分析装置的结构示意图。

图2为本实用新型的边坡模型的俯视图。

图3为本实用新型的铜测试电极的结构示意图。

图4为本实用新型的测试分析装置的连接示意图。

附图中：

10、水槽；11、连接管；111、管件一；112、伸缩水管；113、管件二；12、雨淋管；13、雨淋喷头；14、水闸一；20、前面板；21、后面板；22、左立板；23、右立板；24、底板；241、渗水方孔；251、铜螺帽；252、铜螺杆；253、密封胶圈；254、螺母；26、固定长螺栓；30、集水杯；301、泄水管；40、水槽底座；401、排水管；402、水闸二；50、多频率数字电桥；51、数据记录仪；52、输入导线。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型作进一步描述：

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本实用新型中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

参照附图1-附图4，本实用新型提供一种室内土质边坡模型的重金属运移沉降分析装置，包括雨淋装置、边坡模型和测试分析装置，雨淋装置设置在边坡模型的上方。

所述雨淋装置包括水槽10、连接管11和雨淋管12，雨淋管12连接有若干个雨淋喷头13，雨淋管12设置在水槽10下方，雨淋管12和水槽10通过连接管11连接，可模拟边坡淋雨。

所述边坡模型包括边坡模拟装置、集水杯30和水槽底座40。

模所述边坡模拟装置包括前面板20、后面板21、左立板22、右立板23和底板24，所述前面板20和后面板21固定连接于水槽底座40内，左立板22、右立板23和底板24可拆卸夹紧连接在前面板20和后面板21之间，左立板22连接有通向集水杯30的泄水管301，底板24设置有若干个渗水方孔241，前面板20和后面板21分别穿设有若干个铜测试电极，前面板20和后面板21上的铜测试电极对称分布；测试边坡土的物理、化学性质，并配置不同污染程度的土样，将配置好的土样放置在模拟边坡装置内，模拟边坡装置中土样在淋雨后，土样中的重金属离子在溶液中极容易导电，从而通过铜测试电极为测试分析装置提供了信号，模拟边坡装置内地下水经渗水方孔241流到水槽底座40中。

水槽底座40连接有排水管401，水槽底座40中的水经排水孔排出。

所述测试分析装置包括电连接的多频率数字电桥50和数据记录仪51，多频率数字电桥50连接有一对输入导线52，输入导线52分别与前面板20和后面板21上的铜测试电极点连接。本装置中采用多频率数字电桥50测试各个阻抗参数，数字电桥的两极使用铜夹子夹在电极螺杆端进行测试。测试过程中伴随有数据记录仪51，记录测试频率、阻抗值、相位角、测试时间、室内温度等相关数据。

本实施例中，所述的水槽10内设置有增压装置及水位计，可调节雨淋的大小及统计水溶液流出量。

本实施例中，所述的连接管11上设置有水闸一14。

本实施例中，所述连接管11包括依次连通的管件一111、伸缩水管112、管件二113，所述的雨淋喷头13均匀分布于雨淋管12下表面。

本实施例中，所述的前面板20、后面板21、左立板22、右立板23和底板24材质为有机玻璃。

本实施例中，所述的前面板20和后面板21沿左立板22、右立板23和底板24的外边沿设置有若干等距分布的螺栓孔，螺栓孔内设置有用于固定左立板22、右立板23和底板24的固定长螺栓26。

本实施例中，所述的若干个渗水方孔241平行等距分布。

本实施例中，所述的铜测试电极包括铜螺帽251、铜螺杆252、密封胶圈253和螺母254，前面板20和后面板21设置有均匀对称分布的穿孔，铜螺杆252设置在所述穿孔内，铜螺帽251设置在面板内表面，螺母254设置在面板外表面，密封胶圈253设置在面板内表面和铜螺帽251之间，铜螺杆252一端与铜螺帽251螺纹连接，铜螺杆252另一端与螺母254螺纹连接，铜螺母254将电极固定在面板上，铜螺帽251内侧的密封胶圈253防止水溶液的流出；所述的多频率数字电桥50的一对输入导线52端设置有铜夹，铜夹夹在所述铜螺杆252端部。

本实施例中，所述的集水杯30设置有刻度线，可以记录水量的多少。

本实施例中，所述的排水孔内设置有排水管401，排水管401固定连接有水闸二402。

本实用新型的使用方法是：测试边坡土的物理、化学性质，配置不同污染程度的土样，将配置好的土样放置在模拟边坡装置内，给雨淋装置中加水，模拟淋雨环境，土样遇水后形成溶液，泄水管301可将地表水导流到集水杯30中，地下水经渗水方孔241和排水管401排出，土样中的重金属离子在溶液中极容易导电，通过铜测试电极把信号给到多频数字电桥，多频数字电桥的两极使用铜夹子夹在电极螺杆端进行测试。测试过程中伴随有数据记录仪51，记录测试频率、阻抗值、相位角、测试时间、室内温度等相关数据，然后在模型条件下测试其阻抗参数，结合分析软件拟合归纳模型。模型以Keller等提出的非饱和砂土电阻率公式为基础，推导分析出各个频率下阻抗值与孔隙率、饱和度、重金属污染含量关系式：

其中，式中：|Zf|为特定频率下的阻抗值，n为孔隙率，Sr为饱和度，c为重金属污染含量，k、m、p、b为常量，与土的性质、测试频率、模型尺寸有关。每隔一段时间，测试土质边坡模型的电学参数，根据电极分布情况，按电学参数值的大小绘制各个频率下的数值云图，结合根据电学模型绘制重金属污染物分布云图，最后结合测试时间、温度等因素，给出边坡重金属污染运移及沉降规律。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。