多種強度煤矸石淋濾液入滲模擬系統(tǒng)及特征參數(shù)測定方法
【專利摘要】多種強度煤矸石淋濾液入滲模擬系統(tǒng)及特征參數(shù)測定方法，模擬系統(tǒng)包括底部構件、連接在底部構件上的一個或多個串聯(lián)的土柱實驗標準構件以及土柱實驗標準構件頂部的多種強度煤矸石淋濾液入滲補給模擬裝置；模擬系統(tǒng)裝土構件為多個標準構件且由計算機自動化控制，并且基于該系統(tǒng)實現(xiàn)特征參數(shù)的測定，并給出了測試步驟及計算方法，測定時采用大直徑的原狀土柱進行室內(nèi)實驗，運用多種強度煤矸石淋濾液入滲補給模擬裝置模擬三種水力邊界條件，即低強度煤矸石淋濾液全入滲邊界條件、中強度煤矸石淋濾液有徑流入滲邊界條件和高強度煤矸石淋濾液穩(wěn)定入滲邊界條件；本發(fā)明具有實用性強，使用效果好，便于推廣使用的特點。
【專利說明】
多種強度煤矸石淋濾液入滲模擬系統(tǒng)及特征參數(shù)測定方法
技術領域
[0001] 本發(fā)明屬于礦區(qū)環(huán)境保護領域，特別涉及多種強度煤矸石淋濾液入滲模擬系統(tǒng)及 特征參數(shù)測定方法。
【背景技術】
[0002] 降水主要是指降雨和降雪，水分以各種形式從大氣到達地面，其它形式的降水還 包括露、霜、雹等。降水是水文循環(huán)的重要環(huán)節(jié)，也是人類用水的基本來源。降水資料是分析 合理洪枯水情、流域旱情的基礎，也是水資源的開發(fā)利用如防洪、發(fā)電、灌溉等的規(guī)劃設計 與管理運用的基礎。降水入滲補給地下水的過程是大氣水到土壤水到地下水"三水"相互轉(zhuǎn) 換關系中最基本的環(huán)節(jié)之一，降水入滲對地下水的補給量即為降水補給量，它是地下水的 主要補給方式，同時，也是區(qū)域水均衡計算中的一個重要均衡要素。
[0003] 煤矸石是一種混合物，一般將采煤過程和選煤廠生產(chǎn)過程中排出的碳質(zhì)巖、泥質(zhì) 巖、砂質(zhì)巖、粉砂巖和少量石灰石稱為煤矸石，它是煤炭開采和加工過程中排放的廢棄物。 目前我國煤矸石的處理方式主要是露天堆放，積存量已達41億噸以上，并且每年仍以億噸 以上的速度遞增。煤矸石在雨水淋濾作用下形成酸性水，使大量的懸浮物、有機物對周圍水 環(huán)境造成嚴重污染，是礦區(qū)環(huán)境污染的主要問題之一。淋濾液中的重金屬元素毒性很強、污 染嚴重，對生物和人類健康均會造成危害，進入土壤后可向淺層地下水迀移。煤矸石淋濾液 入滲運移過程是一個多種組分和多相滲流的問題。
[0004] 土柱實驗被廣泛應用于農(nóng)業(yè)、林業(yè)、地質(zhì)、土木和環(huán)境等研究領域。應用土柱實驗 可以在實驗室內(nèi)模擬土壤水分和污染物迀移規(guī)律。土柱通常分為原狀土柱和擾動土柱兩 種。原狀土柱能夠用來測試土體本身的結構及其物理性質(zhì)；當前土柱實驗一般采用擾動土 柱，擾動土柱是經(jīng)過篩分形成，或者按照一定比例混合填裝所形成的，其不能用來測試土體 本身的結構特性。不管采用哪種土柱進行試驗，都存在以下問題:①土柱實驗裝土構件單節(jié) 長度大，便捷性差，以至于土柱安裝困難，對儀器的清洗造成不便;②監(jiān)測設備安裝繁瑣，需 要對土柱進行鉆孔，破壞其結構性;③監(jiān)測設備一般為人工觀測，使得實驗精度低、人為性 強。
[0005] 非飽和滲透系數(shù)與水動力彌散系數(shù)是描述非飽和土壤中水分運移和溶質(zhì)輸送的 重要函數(shù)關系，是分析降水條件下土坡穩(wěn)定性、固體廢物填埋場、地下污水的迀移和填土工 程等問題的重要參數(shù)。由于在非飽和土中有基質(zhì)吸力的存在，確定煤矸石淋濾液入滲條件 下的特征參數(shù)具有較大的難度。非飽和滲透系數(shù)和水動力彌散系數(shù)的測定既可在實驗室， 也可在現(xiàn)場進行。室內(nèi)實驗的優(yōu)點是可在設定的水力邊界條件下測試原狀試樣和重塑試樣 的特征參數(shù)，同時與原位實測相比，室內(nèi)實驗周期短、經(jīng)濟且更成熟。但通常由于非飽和土 的成分、結構以及賦存環(huán)境的差異，導致了室內(nèi)實驗所用小試件難以代表真正土體的實際 情況。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為了克服上述現(xiàn)有技術的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供多種強度煤矸石淋濾液入 滲模擬系統(tǒng)及特征參數(shù)測定方法，基于大直徑的原狀土柱進行室內(nèi)實驗，采用多種強度煤 矸石淋濾液入滲補給模擬裝置(C)，模擬系統(tǒng)裝土構件為多個標準構件且由計算機自動化 控制，并且基于該系統(tǒng)實現(xiàn)了特征參數(shù)測定，并給出了測試步驟及計算方法，具有實用性 強，使用效果好，便于推廣使用的特點。
[0007] 為了達到上述目的，本發(fā)明的技術方案為：
[0008] 多種強度煤矸石淋濾液入滲模擬系統(tǒng)，包括底部構件（1)、連接在底部構件（1)上 的一個或多個串聯(lián)的土柱實驗標準構件(4)以及土柱實驗標準構件(4)頂部的多種強度煤 矸石淋濾液入滲補給模擬裝置(C);
[0009] 所述的底部構件（1)包括位于最下方的底座（1-1)，底座（1-1)上的集水點通過塑 料軟管(2)接入出滲量量杯(3 )，塑料軟管(2)上設置有第三流量傳感器(3-1 )，第三流量傳 感器(3-1)接入計算機(7);底座（1-1)的上方設置有承力柱（1-2)，承力柱(1-2)的上部設置 有高進氣值陶土板(1-3)，高進氣值陶土板(1-3)的四周邊沿均與底部構件（1)管件（1-7)的 內(nèi)壁水平緊貼，高進氣值陶土板(1-3)的頂部設置有濾紙（1-4)，濾紙（1-4)的上表面與原狀 土樣（12)接觸;管件（1-7)的頂端設置有外螺紋連接段（1-6)，外螺紋連接段（1-6)通過法蘭 (6)與土柱實驗標準構件(4)連接；
[0010] 所述土柱實驗標準構件(4)由兩個相同的半圓柱體經(jīng)卡箍(4-30)通過土柱實驗標 準構件(4)管壁(4-1)的卡箍凹槽(4-3)處連接成一個圓柱體，土柱實驗標準構件(4)的管壁 (4-1)上設置有圓形小孔(4-4)，圓形小孔(4-4)與橡膠塞(5-7)配合使用；多個土柱實驗標 準構件(4)通過法蘭(6)將上下端的螺紋連接段(4-2)進行連接;插入件(5)通過橡膠塞(5-7)插入原狀土樣（12)內(nèi)，插入件(5)內(nèi)傳感器所采集的數(shù)據(jù)都實時傳輸給計算機(7);土壤 熱傳導吸力探頭(4-7)經(jīng)圓形小孔(4-4)插入原狀土樣（12)內(nèi)，土壤熱傳導吸力探頭(4-7) 內(nèi)傳感器所采集的數(shù)據(jù)都實時傳輸給計算機(7) ;X射線熒光光譜探頭(4-8)經(jīng)圓形小孔(4-4)插入原狀土樣（12)內(nèi)，X射線熒光光譜探頭(4-8)所采集的數(shù)據(jù)都實時傳輸給計算機(7); 土柱實驗標準構件(4)上固定有多個測壓管(4-9)，多個測壓管(4-9)的每個入水口經(jīng)圓形 小孔(4-4)插入原狀土樣（12)內(nèi)；所述的插入件（5)在土柱上按照同一列布置，土壤熱傳導 吸力探頭(4-7)在土柱上按照同一列布置，X射線熒光光譜探頭(4-8)在土柱上按照同一列 布置，測壓管(4-9)在土柱上按照同一列布置；
[0011]所述的承力柱（1-2)包括承力柱支座（1-22)以及固定在其上的承力柱主體（1-21)，所述承力柱支座（1-22)與底座（1-1)為一體成型，承力柱支座（1-22)在土柱豎向投影 按照"一個圓心+以底座（1-1)半徑1/2為半徑的圓周向五等份"方式布置;承力柱主體（1-21)長度不同使得底座(1 -1)呈現(xiàn)坡度；
[0012] 所述的土柱底部構件（1)、土柱實驗標準構件(4)及圓柱構件（10)均由耐高溫玻璃 鋼制成；
[0013] 所述的插入件(5)的最前端設置有插入針頭(5-6)，插入件(5)內(nèi)部管道的轉(zhuǎn)角處 設置有橡膠墊片(5-1)，內(nèi)部管道中設置有彈出件(5-2)，彈出件(5-2)包括溫濕度傳感器探 頭(4-5)，彈出件（5-2)后端與導線(9)進行連接，彈出件(5-2)的尾部套設有輕質(zhì)彈簧(5-4)，輕質(zhì)彈簧(5-4)的末端設置有探針控制器(5-5)，插入件(5)的外側(cè)中段設置有擋板(5-3)；
[0014] 所述圓形小孔(4-4)形狀大小與橡膠塞(5-7)相一致且結合緊密，排布方式為:縱 向上相隔排列且遵循上密下疏原則，橫向上繞土柱實驗標準構件(4)外圓周長8等分排布；
[0015] 所述的卡箍(4-30)由兩半圓環(huán)鋼圈（4-34)組成并通過一端的鉚釘(4-35)鉚接，卡 箍(4-30)的另一端接頭(4-33)通過螺絲桿(4-31)和螺母(4-32)來調(diào)節(jié)卡箍(4-30)的松緊 程度，使標準圓柱構件緊密結合；
[0016] 所述的法蘭(6)內(nèi)側(cè)設有法蘭螺紋(6-1)，法蘭(6)的兩端設置有轉(zhuǎn)動把手(6-2);
[0017] 所述的計算機(7)的信號端與微控制器(7-0)的信號端相連，微控制器(7-0)設置 有溫濕度探測輸出端(7-2)、基質(zhì)吸力探測輸出端(7-3)和重金屬離子濃度監(jiān)測值輸出端 (7-4);溫濕度探測輸出端(7-2)經(jīng)導線(9)連接溫濕度傳感器探頭(4-5)，基質(zhì)吸力探測輸 出端(7-3)經(jīng)導線(9)連接土壤熱傳導吸力探頭(4-7)，重金屬離子濃度監(jiān)測值輸出端(7-4) 經(jīng)導線(9)連接X射線熒光光譜探頭(4-8);
[0018] 多種強度煤矸石淋濾液入滲補給模擬裝置(C)包括低強度煤矸石淋濾液全入滲補 給模擬裝置(16)、中強度煤矸石淋濾液有徑流入滲補給模擬裝置(17)和高強度煤矸石淋濾 液穩(wěn)定入滲補給模擬裝置(14);
[0019] 所述的低強度煤矸石淋濾液全入滲補給模擬裝置（16)包括外側(cè)刻有刻度的煤矸 石淋濾液桶（16-1)，煤矸石淋濾液桶（16-1)的下方通過輸液管（16-12)與煤矸石淋濾液噴 頭（16-9)連通，煤矸石淋濾液噴頭（16-9)設置于土柱實驗標準構件（4)上部的圓柱構件 (10)頂部，圓柱構件（10)內(nèi)高出原狀土樣（12)上表面2-5厘米處設置有抗水壓沖擊板(A)， 抗水壓沖擊板(A)上設置有篩孔;U型水頭控制管（10-2)內(nèi)的液面上設置有輕質(zhì)塑料片（16-8)，所述輕質(zhì)塑料片（16-8)形式為薄圓片，所述輕質(zhì)塑料片（16-8)上方的圓形凹槽內(nèi)設置 有永久磁鐵（16-7)，永久磁鐵（16-7)的正上方設置有拉線（16-3)吊掛的電線圈（16-6)，電 線圈（16-6)外接有導線(9)，拉線（16-3)的上端纏于轉(zhuǎn)輪（16-2)上，轉(zhuǎn)輪（16-2)上設置有把 手（16-4)，轉(zhuǎn)輪（16-2)上端用拉線（16-3)通過著力構件（16-11)的小孔與止水閥（16-5)下 部相連接，止水閥（16-5)下端設置有輕質(zhì)彈簧（16-10)，所述圓柱構件（10)與U型水頭控制 管（10-2)相連接，輕質(zhì)塑料片（16-8)、永久磁鐵（16-7)和電線圈（16-6)都在U型水頭控制管 (10-2)的滑槽（16-13)內(nèi)運動;所述滑槽（16-13)嵌于U型水頭控制管（10-2)內(nèi)壁，所述電線 圈（16-6)按照邊沿處三等分設置有滑軌（16-14)，所述滑軌（16-14)可在滑槽（16-13)內(nèi)自 由上下運動;所述的低強度煤矸石淋濾液全入滲補給模擬裝置（16)控制原狀土樣（12)表面 液體的液面高度低于1_;
[0020] 所述的中強度煤矸石淋濾液有徑流入滲補給模擬裝置（17)包括設置在圓柱構件 (10)內(nèi)的煤矸石淋濾液容器（17-9)和設置在煤矸石淋濾液容器（17-9)底部的圓形小孔 (17-10)，圓柱構件（10)內(nèi)高出原狀土樣（12)上表面2-5厘米處設置有抗水壓沖擊板(A)，抗 水壓沖擊板(A)上設置有篩孔;所述煤矸石淋濾液容器（17-9)的頂部設置有壓力控制管 (17-8)和與外部煤矸石淋濾液連接的進液管（17-7);所述進液管（17-7)上設置有進液電磁 閥（17-2)、進液栗（17-1)和用于對煤矸石淋濾液的量進行實時監(jiān)測的第一流量傳感器（17- 3) ;所述煤矸石淋濾液容器內(nèi)壓力控制管（17-8)上設置有壓力控制電磁閥（17-5)和壓力傳 感器（17-6)，所述煤矸石淋濾液容器內(nèi)壓力控制管（17-8)的尾部連接有空氣壓縮機（17- 4) ;所述煤矸石淋濾液容器（17-9)的頂部內(nèi)壁上設置有用于對煤矸石淋濾液容器（17-9)內(nèi) 液體的液面高度進行實時監(jiān)測的水位傳感器（17-11);所述圓柱構件（10)內(nèi)的原狀土樣 (12)上表面外側(cè)開有出液口（ 1 ο-1)，出液口（ 1 ο-1)通過塑料軟管(2)接入徑流量量杯（13)， 所述塑料軟管(2)上設置有第二流量傳感器（13-1)，所述第二流量傳感器（13-1)通過導線 (9) 接入計算機(7);
[0021] 所述的高強度煤矸石淋濾液穩(wěn)定入滲補給模擬裝置（14)包括外側(cè)刻有刻度的煤 矸石淋濾液桶（14-1 )，煤矸石淋濾液桶（14-1)的下方通過輸液管（14-12)與煤矸石淋濾液 噴頭（14-9)連通，煤矸石淋濾液噴頭（14-9)設置于土柱實驗標準構件(4)上部的圓柱構件 (10) 頂部，圓柱構件（10)內(nèi)高出原狀土樣（12)上表面2-5厘米處設置有抗水壓沖擊板(A)， 抗水壓沖擊板(A)上設置有篩孔;U型水頭控制管（10-2)內(nèi)的液面上設置有輕質(zhì)塑料片（14-8)，所述輕質(zhì)塑料片（14-8)形式為薄圓片，所述輕質(zhì)塑料片（14-8)上方的圓形凹槽內(nèi)設置 有永久磁鐵（14-7)，永久磁鐵（14-7)的正上方設置有拉線（14-3)吊掛的電線圈（14-6)，電 線圈（14-6)外接有導線(9)，拉線（14-3)的上端纏于轉(zhuǎn)輪(14-2)上，轉(zhuǎn)輪(14-2)上設置有把 手（14-4)，轉(zhuǎn)輪（14-2)上端用拉線（14-3)通過著力構件（14-11)的小孔與止水閥（14-5)下 部相連接，止水閥（14-5)下端設置有輕質(zhì)彈簧（14-10)，所述圓柱構件（10)與U型水頭控制 管（10-2)相連接，輕質(zhì)塑料片（14-8)、永久磁鐵(14-7)和電線圈（14-6)都在U型水頭控制管 (10-2)的滑槽(14-13)內(nèi)運動;所述滑槽(14-13)嵌于U型水頭控制管（10-2)內(nèi)壁，所述電線 圈（14-6)按照邊沿處三等分設置有滑軌（14-14)，所述滑軌（14-14)可在滑槽（14-13)內(nèi)自 由上下運動，所述的高強度煤矸石淋濾液穩(wěn)定入滲補給模擬裝置（14)控制原狀土樣（12)表 面液體的液面高度高于lcm以上。
[0022] 基于多種強度煤矸石淋濾液入滲模擬系統(tǒng)的特征參數(shù)測定方法，包括以下步驟： [0023]步驟一、組裝土柱實驗標準構件
[0024]分別對土柱實驗標準構件(4)的兩塊半圓柱體管壁(4-1)進行拼接，對土柱實驗標 準構件(4)的接縫進行密封及防水處理，然后把卡箍(4-30)套在卡箍凹槽(4-3)上，并通過 扳手上緊套在螺絲桿件(4-31)上的螺母(4-32)，使卡箍(4-30)牢固地套在卡箍凹槽(4-3) 上，然后將多個土柱實驗標準構件(4)通過法蘭(6)串聯(lián)實現(xiàn)縱向拼接；
[0025]步驟二、安裝原狀土樣
[0026]選取預先準備好的原狀土樣（12)，將原狀土樣（12)豎立在地面上，將已經(jīng)連接好 的多個土柱實驗標準構件(4)套住原狀土樣（12)，將原狀土樣（12)與土柱實驗標準構件(4) 之間的縫隙密封及防水處理保證后續(xù)實驗時煤矸石淋濾液不從縫隙直接流下；
[0027]步驟三、組裝土柱實驗儀器設備
[0028]先將底座（1-1)放置于水平地面上，然后將承力柱主體（1-21)套放在對應的承力 柱支座（1-22)上，將高進氣值陶土板(1-3)水平放置于承力柱主體(1-21)上方，所述高進氣 值陶土板（1-3)上表面鋪設有濾紙（1-4)，所述承力柱主體（1-21)、高進氣值陶土板（1-3)、 濾紙（1-4)均位于管件（1-7)內(nèi)部;在集水處最低位置設置一個出液孔外接塑料軟管(2)，將 所述塑料軟管(2)的另一端接入出滲量量杯(3 )，其中所述塑料軟管(2)上安裝第三流量傳 感器(3-1)，所述第三流量傳感器(3-1)通過導線(9)接入計算機(7)，然后將法蘭(6)的法蘭 螺紋(6-1)對準外螺紋連接段(1-6)，通過轉(zhuǎn)動把手(6-2)將法蘭(6)緊密地安裝在底部構件 (1)上方，然后將拼接組裝而成的土柱實驗標準構件連同其套住的原狀土樣（12)通過土柱 實驗標準構件(4)的底部螺紋連接段(4-2)與所述底部構件（1)上端的法蘭(6)的法蘭螺紋 (6-1)進行組裝，使拼接組裝而成的土柱實驗標準構件連同其套住的原狀土樣（12)位于底 部構件（1)濾紙（1-4)的正上方，最后通過法蘭(6)將圓柱構件（10)進行連接；
[0029]步驟四、測定原狀土樣的初始狀態(tài)
[0030]原狀土樣（12)的初始含水率：多個溫濕度傳感器探頭(4-5)分別對原狀土樣（12) 的濕度進行一次監(jiān)測，并將監(jiān)測到的信號傳給微控制器(7-0)，微控制器(7-0)將監(jiān)測信號 通過串口通信電路實時傳輸給計算機(7)，計算機(7)接收并記錄多個測試點處原狀土樣 (12)的濕度信號，并將各個測試點處原狀土樣（12)的濕度信號記錄為各個測試點處原狀土 樣(12)的初始含水率Θ。；
[0031]原狀土樣（12)的基質(zhì)吸力：多個土壤熱傳導吸力探頭(4-7)分別對原狀土樣（12) 的基質(zhì)吸力進行一次監(jiān)測，并將監(jiān)測到的信號傳給微控制器(7-0)，微控制器(7-0)將監(jiān)測 信號通過串口通信電路實時傳輸給計算機(7)，計算機(7)接收并記錄多個測試點處原狀土 樣（12)的基質(zhì)吸力信號，并將各個測試點處原狀土樣（12)的基質(zhì)吸力信號記錄為各個測試 點處原狀土樣（12)的初始基質(zhì)吸力?％;
[0032]原狀土樣（12)的重金屬離子濃度本底值:多個X射線熒光光譜探頭(4-8)分別對初 始狀態(tài)的原狀土樣（12)重金屬離子濃度進行監(jiān)測，將監(jiān)測到的重金屬離子濃度信號傳給微 控制器(7-0)，微控制器(7-0)將監(jiān)測信號通過串口通信電路實時傳輸給計算機(7)，計算機 (7)接收并記錄多個測試點處原狀土樣（12)的重金屬離子濃度信號，并將各個測試點處原 狀土樣(12)的重金屬離子濃度信號記錄為各個測試點重金屬離子濃度本底值c;
[0033]原狀土樣（12)的水頭高度：多個測壓管(4-9)分別對原狀土樣（12)的水頭高度進 行監(jiān)測得到各個測試點初始階段對應的水頭高度h。；
[0034] 原狀土樣（12)的飽和含水率:將原狀土樣（12)的取樣地點帶回的其它土樣進行飽 和含水率測定，作為原狀土樣(12)的飽和含水率;取土樣放入稱量盒內(nèi)，為其注水直至水面 浸沒土樣，浸沒10分鐘之后將多余的水清除，稱質(zhì)量為m，之后將土樣和稱量盒放入烘箱內(nèi)， 進行烘干，之后將其置于天平上進行稱重得質(zhì)量為ms，計 算求得原狀土樣(12)的飽和含水率0sat;
[0035] 步驟五、模擬三種強度水力邊界條件
[0036] 根據(jù)測試要求，將煤矸石淋濾液入滲補給模擬裝置(C)配合土柱實驗標準構件(4) 工作，模擬三種水力邊界條件，即低強度煤矸石淋濾液全入滲邊界條件、中強度煤矸石淋濾 液有徑流入滲邊界條件和高強度煤矸石淋濾液穩(wěn)定入滲邊界條件；
[0037] 步驟六、模擬過程中的各參數(shù)監(jiān)測
[0038]多個溫濕度傳感器探頭（4-5)分別對模擬過程中的原狀土樣（12)的濕度進行監(jiān) 測，并將監(jiān)測到的信號傳給微控制器(7-0)，微控制器(7-0)將監(jiān)測信號通過串口通信電路 實時傳輸給計算機(7)，計算機(7)接收并記錄多個測試點處原狀土樣（12)的濕度信號，并 將各個測試點處原狀土樣（12)的濕度信號記錄為各個測試點記錄時刻對應的含水率θ 1;多 個土壤熱傳導吸力探頭(4-7)分別對模擬過程中的原狀土樣（12)的基質(zhì)吸力進行監(jiān)測，將 監(jiān)測到的基質(zhì)吸力信號傳給微控制器(7-0)，微控制器(7-0)將監(jiān)測信號通過串口通信電路 實時傳輸給計算機(7)，計算機(7)接收并記錄多個測試點處原狀土樣（12)的基質(zhì)吸力信 號，并將各個測試點處原狀土樣（12)的基質(zhì)吸力信號記錄為各個測試點記錄時刻對應的基 質(zhì)吸力F a;多個X射線熒光光譜探頭(4-8)分別對模擬過程中的原狀土樣（12)的重金屬離子 濃度進行監(jiān)測，將監(jiān)測到的重金屬離子濃度信號傳給微控制器(7-0)，微控制器(7-0)將監(jiān) 測信號通過串口通信電路實時傳輸給計算機(7)，計算機(7)接收并記錄多個測試點處原狀 土樣（12)的重金屬離子濃度信號，并將各個測試點處原狀土樣（12)的重金屬離子濃度信號 記錄為各個測試點記錄時刻對應的重金屬離子濃度 Cl;多個測壓管(4-9)分別對原狀土樣 (12)的水頭高度進行監(jiān)測得到各個測試點記錄時刻對應的水頭高度lu;
[0039] 上述所有的監(jiān)測，其監(jiān)測時間頻率設置如下:煤矸石淋濾液入滲5分鐘內(nèi)，記錄時 間間隔為5秒，煤矸石淋濾液入滲5-15分鐘內(nèi)，記錄時間間隔為10秒，煤矸石淋濾液入滲15-30分鐘內(nèi)，記錄時間間隔為15秒，煤矸石淋濾液入滲30-60分鐘內(nèi)，記錄時間間隔為20秒，煤 矸石淋濾液入滲60分鐘以后記錄時間間隔為60秒，直到實驗達到穩(wěn)定后2-4小時以上；
[0040] 步驟七、模擬過程中監(jiān)測結果分析
[0041] 對所記錄的某一時刻的基質(zhì)吸力Fa和重金屬離子濃度Cl監(jiān)測數(shù)據(jù)做插值處理，得 到某一時刻原狀土樣（12)所對應的基質(zhì)吸力云圖和重金屬離子濃度云圖；同時對所記錄的 某一時刻原狀土樣（12)所對應的含水率0 1監(jiān)測數(shù)據(jù)做插值處理，得到某一時刻原狀土樣 (12)對應的含水率云圖；
[0042] 依據(jù)含水率云圖的變化規(guī)律，找出每個時刻所對應的濕潤前鋒的位置，所述濕潤 前鋒的位置指的是濕潤帶的邊緣，與下部未濕潤帶之間含水率存在明顯突變的部分，各位 置連線形成濕潤前鋒線，從而觀察濕潤前鋒位置隨時間t的變化規(guī)律;根據(jù)含水率云圖，依 據(jù)含水率的大小，找出每個時刻所對應的飽和含水率0 sat的等值線，從而確定完全飽和帶， 所述完全飽和帶定義是土柱上表面以下一定深度內(nèi)出現(xiàn)水分完全飽和的部分；當濕潤前鋒 與完全飽和帶在同一監(jiān)測時刻出現(xiàn)時，所述濕潤前鋒線與飽和含水率9 sat等值線之間的區(qū) 域被定義為煤矸石淋濾液入滲過渡帶；
[0043]繪制基質(zhì)吸力F4P含水率0,的關系圖，從而分別得到各土層的土-水特征曲線； [0044]步驟八、煤矸石淋濾液入滲系數(shù)計算
[0045]根據(jù)公式Qr = Qz_Qj，計算得到煤矸石淋濾液入滲量Qr，單位為cm3;其中Q z為煤矸石 淋濾液總降入量，單位為cm3; Qj為煤矸石淋濾液徑流量，單位為cm3;
[0046] 根據(jù)公式AS = Qr-Qc；，計算得到煤矸石淋濾液入滲的虧損量AS，單位為cm3;其中 Qr為煤矸石淋濾液入滲量，單位為cm3; Qc為煤矸石淋濾液出滲量，單位為cm3;
[0047] 根據(jù)公式Vr = Qr/t計算得到煤矸石淋濾液入滲率Vr，單位為cm3/s;其中Qr為煤矸石 淋濾液入滲量，單位為cm 3; t為實驗測試時間，單位為s;
[0048]根據(jù)公式Vc = Qc/t計算得到煤矸石淋濾液出滲率V。，單位為cm3/s;其中Qc為煤矸石 淋濾液出滲量，單位為cm3; t為實驗測試時間，單位為s;
[0049] 根據(jù)公式a = (k/Qz計算得到煤矸石淋濾液入滲系數(shù)α，單位為無量綱；其中Q。為煤 矸石淋濾液出滲量，單位為cm 3; Qz為煤矸石淋濾液總降入量；
[0050] 步驟九、非飽和滲透系數(shù)計算
[0051 ]基于土柱實驗的煤矸石淋濾液入滲，可以概化為一維垂向入滲，其數(shù)學模型如下
[0053]將Darcy定律代入以上方程⑴得
[0055]對于非飽和土，滲透系數(shù)k與含水率存在函數(shù)關系，所以方程(2)可化為下式
[0057] 根據(jù)Fredlund&Morgenstern所提出的理論，試樣所受的法向應力（σ-Ua)和基質(zhì)吸 力值的變化將會引起體積含水率的變化，BP
[0058] d&w = -mtwdi：0~ua)~ (μλ -u^) (.4)
[0059] 式中：σ--總應力；
[0060] miw一一與法向應力(〇-Ua)變化有關的水的體積變化系數(shù)；
[0061 ] --與基質(zhì)吸力(ua_uw)變化有關的水的體積變化系數(shù)；
[0062]將方程(4)對時間微分，同時，在非穩(wěn)定滲流過程中土體單元上并沒有外荷載作 用，假定在非飽和區(qū)氣相連續(xù)不變，得
[0067] 其中：k為非飽和滲透系數(shù)，單位為無量綱;h為總水頭高度，單位為cm;y為土柱測 點高度，單位為cm; γ w為水的重度，單位為N/m3; 為土-水特征曲線的斜率，單位為無量 綱;t為時間，單位為s;
[0068] 依據(jù)方程(6)求得任意時刻土柱任意高度處的非飽和滲透系數(shù)k，利用插值法繪制 其分布圖；
[0069]步驟十、水動力彌散系數(shù)計算
[0070]由水量均衡原理，土柱上任意截面y處的水分通量qy，可表示為
[0073] 式中：qy為任意截面y處的水分通量，cm/d; qo為土柱頂部的進水量，cm/d; Θ為體積 含水率，cm3/cm3; Δ t為時段，Δ t = t2-ti，d;k為時段數(shù)；
[0074] 土柱上任意截面y處的溶質(zhì)通量Jy由質(zhì)量守恒原理得
[0077]式中：Jy為任意截面y處的溶質(zhì)通量，gAcm2 · d) ; Jo為土柱頂部的溶質(zhì)通量，g/ (cm2 · d) ;ci為土壤溶液濃度，g/cm3;9為體積含水率，cm3/cm 3; Δ t為時段，Δ t = t2_ti，d;k 為時段數(shù)；
[0078]根據(jù)水動力彌散原理，溶質(zhì)通量等于水動力彌散通量與對流通量之和，即
[0081]式中:Dsh為水動力彌散系數(shù)，cm 2/d;其余符號同前；
[0083] 將前面計算出的和，，代入上式即可計算水動力彌散系數(shù)Dsh，若取一系列y 斷面則可計算出一系列Dsh，從而將Dsh和對應的非飽和滲透系數(shù)k或孔隙流速v擬合成經(jīng)驗 公式。
[0084] 步驟五所述的三種水力邊界條件，其低強度煤矸石淋濾液全入滲的具體模擬步驟 為：
[0085] (1 )、向煤矸石淋濾液桶（16-1)內(nèi)加煤矸石淋濾液（15)，此時使止水閥（16-5)處于 關閉狀態(tài)，然后打開止水閥（16-5)，煤矸石淋濾液（15)經(jīng)輸液管（16-12)從煤矸石淋濾液噴 頭（16-9)流至圓柱構件（10)內(nèi)的抗水壓沖擊板(A)上，再到達原狀土樣（12)的上表面，所述 抗水壓沖擊板(A)起到保護原狀土樣（12)不受煤矸石淋濾液沖擊侵蝕的作用;位于U型水頭 控制管（10-2)內(nèi)的輕質(zhì)塑料片（16-8)與其上方的永久磁鐵（16-7)在煤矸石淋濾液（15)的 浮力作用下上升，達到與圓柱構件（10)內(nèi)液體的液面高度相同，當上部的圓柱構件（10)內(nèi) 液體的液面高度上升到高出原狀土樣時，通過導線(9)給電線圈（16-6)供電形成電 磁鐵，同時通過把手（16-4)帶動轉(zhuǎn)輪（16-2)轉(zhuǎn)動，所述轉(zhuǎn)輪（16-2)上纏有拉線（16-3)，所述 電線圈（16-6)隨著拉線（16-3)在滑槽（16-13)內(nèi)垂直運動，轉(zhuǎn)動把手（16-4)調(diào)整拉線（16-3)長度使止水閥（16-5)在輕質(zhì)彈簧（16-10)的作用下接近于關閉狀態(tài)來進行粗調(diào)，然后改 變電線圈（16-6)的外部導線(9)所接電源電壓的大小來進行精調(diào)，使此時止水閥（16-5)剛 好處于關閉狀態(tài)；當U型水頭控制管（10-2)內(nèi)的液體的液面高度隨著上部的圓柱構件（10) 內(nèi)的液體的液面高度下降時，所述輕質(zhì)塑料片（16-8)和永久磁鐵（16-7)也隨之下降，永久 磁鐵（16-7)與電線圈（16-6)之間的磁力減小，所述輕質(zhì)彈簧（16-10)受到的荷載增加產(chǎn)生 壓縮形變，位于輕質(zhì)彈簧（16-10)上的止水閥（16-5)打開，煤矸石淋濾液（15)繼續(xù)經(jīng)輸液管 (16-12)從煤矸石淋濾液噴頭（16-9)流入圓柱構件（10)內(nèi)進行補給；當補給到圓柱構件 (10)內(nèi)液體的液面高度再次上升到高出原狀土樣（12)lmm時，止水閥（16-5)就會處于關閉 狀態(tài)，反之則止水閥（16-5)打開繼續(xù)補給，模擬出了低強度煤矸石淋濾液全入滲邊界條件；
[0086] (2 )、在模擬低強度煤矸石淋濾液全入滲過程中，滲出原狀土樣（12)內(nèi)的煤矸石淋 濾液從通水孔（1-5)內(nèi)流出并經(jīng)過塑料軟管(2)流入出滲量測量量杯(3)內(nèi)；在低強度煤矸 石淋濾液全入滲過程中，觀測到煤矸石淋濾液桶（16-1)的補水間隔為2小時以上時，說明達 到入滲穩(wěn)定，關閉煤矸石淋濾液補給系統(tǒng)，停止實驗;此時，煤矸石淋濾液桶（16-1)內(nèi)煤矸 石淋濾液（15)的損失量與圓柱構件（10)內(nèi)淋濾液未滲入量之差記錄為煤矸石淋濾液總降 入量Q z，在低強度煤矸石淋濾液全入滲條件下，煤矸石淋濾液總降入量Qz數(shù)值上等于煤矸石 淋濾液入滲量Qr;此時，查看出滲量測量量杯（3)內(nèi)滲出原狀土樣（12)的煤矸石淋濾液的 量，并將該讀數(shù)記錄為煤矸石淋濾液出滲量Q。。
[0087] 步驟五所述的三種水力邊界條件，其中強度煤矸石淋濾液有徑流入滲的具體模擬 步驟為：
[0088] (1)、計算機(7)發(fā)出信號接通空氣壓縮機（17-4)的供電回路，然后驅(qū)動壓力控制 電磁閥（17-5)打開，空氣壓縮機（17-4)啟動，產(chǎn)生的壓縮空氣經(jīng)過壓力控制電磁閥（17-5) 調(diào)節(jié)壓力后通過煤矸石淋濾液容器內(nèi)壓力控制管（17-8)進入煤矸石淋濾液容器(17-9)內(nèi)， 將煤矸石淋濾液容器（17-9)內(nèi)的煤矸石淋濾液從圓形小孔（17-10)中噴出，之后到達圓柱 構件（10)內(nèi)的抗水壓沖擊板(A)上，再到原狀土樣（12)的上表面，所述抗水壓沖擊板(A)起 到保護原狀土樣（12)不受煤矸石淋濾液沖擊侵蝕的作用，模擬出了中強度煤矸石淋濾液有 徑流入滲邊界條件；中強度煤矸石淋濾液有徑流入滲模擬過程中，壓力傳感器（17-6)對經(jīng) 過煤矸石淋濾液容器（17-9)內(nèi)壓力控制管（17-8)的壓縮空氣壓力進行實時監(jiān)測并將監(jiān)測 到的信號輸出給計算機(7)，計算機(7)將其接收到的壓力監(jiān)測值與實驗設定的壓力閾值進 行比對，當壓力監(jiān)測值小于壓力閾值時，計算機(7)驅(qū)動壓力控制電磁閥（17-5)打開的開度 增大，當壓力監(jiān)測值大于壓力閾值時，計算機(7)驅(qū)動壓力控制電磁閥（17-5)打開的開度減 小，從而使經(jīng)過煤矸石淋濾液容器(17-9)內(nèi)壓力控制管（17-8)的壓縮空氣壓力維持在壓力 閾值范圍內(nèi)；同時，所述水位傳感器(17-11)對煤矸石淋濾液容器(17-9)內(nèi)液體的液面高度 進行實時監(jiān)測并將監(jiān)測到的信號輸出給計算機(7)，計算機(7)將其接收到的液體的液面高 度監(jiān)測值與實驗設定的液體的液面高度設定值進行比對，當液體的液面高度監(jiān)測值小于液 體的液面高度設定值時，計算機(7)控制接通進液栗（17-1)的供電回路，并驅(qū)動進液電磁閥 (17-2)打開，外部煤矸石淋濾液通過進液管（17-7)流入煤矸石淋濾液容器（17-9)內(nèi)，當液 體的液面高度監(jiān)測值大于液體的液面高度設定值時，計算機(7)控制斷開進液栗（17-1)的 供電回路，并驅(qū)動進液電磁閥（17-2)關閉，停止往煤矸石淋濾液容器（17-9)內(nèi)注入煤矸石 淋濾液，從而使煤矸石淋濾液容器（17-9)內(nèi)液體的液面高度維持穩(wěn)定，保證了煤矸石淋濾 液入滲過程的持續(xù)進行；
[0089] (2)、在模擬中強度煤矸石淋濾液有徑流入滲過程中，未滲入原狀土樣（12)內(nèi)的煤 矸石淋濾液從出液口（ 10-1)內(nèi)流出并經(jīng)過塑料軟管(2)流入徑流量量杯（13);滲出原狀土 樣（12)內(nèi)的煤矸石淋濾液從通水孔（1-5)內(nèi)流出并經(jīng)過塑料軟管(2)流入出滲量測量量杯 (3 )，模擬中強度煤矸石淋濾液入滲過程中，第一流量傳感器(17-3)對煤矸石淋濾液入滲量 進行實時監(jiān)測并將監(jiān)測到的信號實時輸出給計算機(7)，徑流量量杯（13)對未滲入原狀土 樣（12)內(nèi)的煤矸石淋濾液的量進行監(jiān)測并記錄，當相鄰的兩個采樣時刻的未滲入原狀土樣 (12)內(nèi)的煤矸石淋濾液的量的差值小于等于lcm 3時，說明達到了入滲穩(wěn)定，關閉煤矸石淋 濾液補給系統(tǒng)，停止實驗;此時，計算機(7)記錄為煤矸石淋濾液總降入量Q z;此時，查看徑 流量測量量杯（13)內(nèi)未滲入原狀土樣（12)內(nèi)的煤矸石淋濾液的量，并將該讀數(shù)記錄為煤矸 石淋濾液徑流量Qj;查看出滲量測量量杯(3)內(nèi)滲出原狀土樣（12)的煤矸石淋濾液的量，并 將該讀數(shù)記錄為煤矸石淋濾液出滲量Q。。
[0090] 步驟五所述的三種水力邊界條件，其高強度煤矸石淋濾液穩(wěn)定入滲的具體模擬步 驟為：
[0091 ] (1 )、向煤矸石淋濾液桶（14-1)內(nèi)加煤矸石淋濾液（15)，此時使止水閥（14-5)處于 關閉狀態(tài)，然后打開止水閥（14-5)，所述煤矸石淋濾液（15)經(jīng)輸液管（14-12)從煤矸石淋濾 液噴頭（14-9)流至圓柱構件（10)內(nèi)的抗水壓沖擊板(A)上，再到達原狀土樣（12)的上表面， 所述抗水壓沖擊板(A)起到保護原狀土樣（12)不受煤矸石淋濾液沖擊侵蝕的作用;位于U型 水頭控制管（10-2)內(nèi)的輕質(zhì)塑料片（14-8)與其上方的永久磁鐵（14-7)在煤矸石淋濾液 (15)的浮力作用下上升，達到與圓柱構件（10)內(nèi)液體的液面高度相同，當上部的圓柱構件 (10)內(nèi)液體的液面高度上升到實驗預設高度時，通過導線(9)給電線圈（14-6)供電形成電 磁鐵，同時通過把手（14-4)帶動轉(zhuǎn)輪(14-2)轉(zhuǎn)動，所述轉(zhuǎn)輪(14-2)上纏有拉線（14-3)，所述 電線圈（14-6)隨著拉線（14-3)在滑槽（14-13)內(nèi)垂直運動，轉(zhuǎn)動把手（14-4)調(diào)整拉線（14-3)長度使止水閥（14-5)在輕質(zhì)彈簧（14-10)的作用下接近于關閉狀態(tài)來進行粗調(diào)，然后改 變電線圈（14-6)的外部導線(9)所接電源電壓的大小來進行精調(diào)，使此時止水閥（14-5)剛 好處于關閉狀態(tài)；當U型水頭控制管（10-2)內(nèi)液體的液面高度隨著上部的圓柱構件（10)內(nèi) 液體的液面高度下降時，所述輕質(zhì)塑料片（14-8)和永久磁鐵（14-7)也隨之下降，永久磁鐵 (14-7)與電線圈（14-6)之間的磁力減小，所述輕質(zhì)彈簧（14-10)受到的荷載增加產(chǎn)生壓縮 形變，位于輕質(zhì)彈簧(14-10)上的止水閥（14-5)打開，煤矸石淋濾液(15)繼續(xù)經(jīng)輸液管（14-12)從煤矸石淋濾液噴頭（14-9)流入圓柱構件（10)內(nèi)進行補給，模擬出了高強度煤矸石淋 濾液穩(wěn)定入滲邊界條件；
[0092] (2)、在模擬高強度煤矸石淋濾液穩(wěn)定入滲過程中，滲出原狀土樣（12)內(nèi)的煤矸石 淋濾液從通水孔（1-5)內(nèi)流出并經(jīng)過塑料軟管(2)流入出滲量測量量杯(3);在高強度煤矸 石淋濾液穩(wěn)定入滲過程中，觀測到煤矸石淋濾液桶（14-1)的補水間隔為2小時以上時，說明 達到入滲穩(wěn)定，關閉煤矸石淋濾液補給系統(tǒng)，停止實驗;此時，煤矸石淋濾液桶（14-1)內(nèi)煤 矸石淋濾液（15)的損失量記錄為煤矸石淋濾液總降入量Q z，同時，將煤矸石淋濾液桶（14-1)內(nèi)煤矸石淋濾液（15)的損失量與圓柱構件（10)內(nèi)未滲入的煤矸石淋濾液的量之差記錄 為煤矸石淋濾液入滲量Qr，查看出滲量測量量杯(3)內(nèi)滲出原狀土樣（12)的煤矸石淋濾液 的量，并將該讀數(shù)記錄為煤矸石淋濾液出滲量Q。。
[0093] 本發(fā)明的優(yōu)點：
[0094] 1.本發(fā)明的土柱實驗標準構件(4)由兩個相同的半圓柱體連接成一個圓柱體，可 以方便地進行原狀樣和重塑樣的實驗，同時方便實驗儀器的清洗工作，克服目前土柱實驗 難以采用原狀樣進行實驗以及后期清洗工作復雜的缺陷。
[0095] 2.橡膠塞(5-7)與插入件(5)的配合使用，克服現(xiàn)有土柱實驗測試元件插入時溢水 及水分虧損的缺陷，具有測試結果精確、可靠性高、可重復使用的優(yōu)點。
[0096] 3. 土柱實驗標準構件(4)可根據(jù)實驗要求多個串聯(lián)，克服了現(xiàn)有技術中土柱實驗 中裝土部件單節(jié)長度大、操作不便的缺陷;且整個系統(tǒng)的各部件采用標準構件，使得實驗標 準化，實驗效率大大提尚。
[0097] 4.將模擬系統(tǒng)與計算機連接，實現(xiàn)自動化控制，具有精確性、標準性高的特點，克 服了現(xiàn)階段大部分的儀器設備人工操作容易出現(xiàn)誤差的缺陷。
[0098] 5.本發(fā)明提出了多種強度煤矸石淋濾液入滲補給模擬裝置(C)，包括低強度煤矸 石淋濾液全入滲補給模擬裝置(16 )、中強度煤矸石淋濾液有徑流入滲補給模擬裝置（17)和 高強度煤矸石淋濾液穩(wěn)定入滲補給模擬裝置(14);低強度煤矸石淋濾液全入滲補給模擬裝 置（16)和高強度煤矸石淋濾液穩(wěn)定入滲補給模擬裝置（14)利用永久磁鐵和電線圈磁性相 斥的原理，從而控制煤矸石淋濾液的補給速度；中強度煤矸石淋濾液有徑流入滲補給模擬 裝置(17)通過空壓機實現(xiàn)了煤矸石淋濾液的補給速度的控制。
[0099] 6、基于煤矸石淋濾液入滲土柱模擬系統(tǒng)實現(xiàn)特征參數(shù)的測定，并給出了測試步驟 及計算方法，具有實用性強，使用效果好，便于推廣使用的特點。
[0100] 7、本發(fā)明基于大直徑(不小于50cm)的原狀土柱進行室內(nèi)實驗，與傳統(tǒng)的室內(nèi)實驗 小試件相比，能夠更好地代表真正土體的實際情況;與原位實測相比，本發(fā)明的大直徑原狀 土柱實驗也具備周期短、花費少、技術手段成熟的特點。
[0101] 8、本發(fā)明可針對于礦山工程、公路工程、鐵路工程和水利水電工程等人類工程活 動，尤其是可對比分析人類工程活動擾動作用發(fā)生前后不同時期的各種不同類型原狀土樣 (12)的非飽和滲透和污染物運移特性，譬如采煤塌陷擾動作用發(fā)生前后不同時期的各種不 同類型原狀土樣（12)的非飽和滲透和污染物運移特性，所述的原狀土樣（12)包括礫類土、 砂類土、細粒土以及諸如齡泥類土、膨脹土、紅土、黃土類土、鹽漬土、人工填土等特殊土。
[0102] 9、本發(fā)明首次提出多強度下的煤矸石淋濾液入滲土柱模擬系統(tǒng)及特征參數(shù)的測 定，本發(fā)明結構新穎合理，能夠有效模擬煤矸石淋濾液入滲的多種工況，具有準確度高、可 靠性強。
【附圖說明】
[0103] 圖1A是基于低強度煤矸石淋濾液全入滲補給模擬裝置的系統(tǒng)總圖。
[0104] 圖1B是低強度煤矸石淋濾液全入滲補給模擬裝置(16)的示意圖。
[0105]圖1C是圖1B中B處放大圖。
[0106] 圖2A是基于中強度煤矸石淋濾液有徑流入滲補給模擬裝置的系統(tǒng)總圖。
[0107] 圖2B是中強度煤矸石淋濾液有徑流入滲補給模擬裝置(17)的示意圖。
[0108] 圖3A是基于高強度煤矸石淋濾液穩(wěn)定入滲補給模擬裝置的系統(tǒng)總圖。
[0109] 圖3B是高強度煤矸石淋濾液穩(wěn)定入滲補給模擬裝置(14)的示意圖。
[0110] 圖3C是圖3B中B處放大圖。
[0111] 圖4是法蘭(6)的示意圖。
[0112] 圖5是土柱實驗標準構件(4)與底部構件(1)的裝配圖。
[0?13]圖6是土柱實驗標準構件(4)中管壁(4_1)不意圖，其中圖6A是主視圖，圖6B是后視圖。
[0114] 圖7是圖5中A處的放大圖。
[0115] 圖8是底座(1-1)的俯視圖。
[0116] 圖9是插入件(5)的示意圖。
[0117] 圖10是插入件(5)中橡膠塞(5-7)的示意圖。
[0118] 圖11是本發(fā)明的卡箍(4-30)的拆分示意圖。
[0119] 圖12是本發(fā)明煤矸石淋濾液入滲土柱模擬系統(tǒng)總的示意圖。
【具體實施方式】
[0120] 下面參照附圖對本發(fā)明做詳細敘述。
[0121 ]參照圖12，多種強度煤矸石淋濾液入滲模擬系統(tǒng)，包括底部構件（1 )、連接在底部 構件（1)上的一個或多個串聯(lián)的土柱實驗標準構件(4)以及土柱實驗標準構件(4)頂部的多 種強度煤矸石淋濾液入滲補給模擬裝置(C);多種強度煤矸石淋濾液入滲補給模擬裝置(C) 包括低強度煤矸石淋濾液全入滲補給模擬裝置（16)、中強度煤矸石淋濾液有徑流入滲補給 模擬裝置(17)和高強度煤矸石淋濾液穩(wěn)定入滲補給模擬裝置(14);
[0122] 參照圖5,所述的底部構件（1)包括位于最下方的底座（1-1)，底座（1-1)上的集水 點通過塑料軟管（2)接入出滲量量杯(3)，塑料軟管(2)上設置有第三流量傳感器(3-1)，第 三流量傳感器(3-1)接入計算機(7);底座（1-1)的上方設置有承力柱（1-2)，承力柱(1-2)的 上部設置有高進氣值陶土板（1-3)，高進氣值陶土板（1-3)的四周邊沿均與底部構件（1)管 件（1-7)的內(nèi)壁水平緊貼，高進氣值陶土板（1-3)的頂部設置有濾紙（1-4)，濾紙（1-4)的上 表面與原狀土樣(12)接觸;管件（1-7)的頂端設置有外螺紋連接段(1-6)，外螺紋連接段(1-6)通過法蘭(6)與土柱實驗標準構件(4)連接；
[0123] 參照圖6,所述土柱實驗標準構件(4)由兩個相同的半圓柱體經(jīng)卡箍(4-30)通過土 柱實驗標準構件(4)管壁(4-1)的卡箍凹槽(4-3)處連接成一個圓柱體，土柱實驗標準構件 (4)的管壁(4-1)上設置有圓形小孔(4-4)，圓形小孔(4-4)與橡膠塞(5-7)配合使用；多個土 柱實驗標準構件(4)通過法蘭(6)將上下端的螺紋連接段(4-2)進行連接;插入件(5)通過橡 膠塞（5-7)插入原狀土樣（12)內(nèi)，插入件（5)內(nèi)傳感器所采集的數(shù)據(jù)都實時傳輸給計算機 (7);土壤熱傳導吸力探頭(4-7)經(jīng)圓形小孔(4-4)插入原狀土樣（12)內(nèi)，土壤熱傳導吸力探 頭(4-7)內(nèi)傳感器所采集的數(shù)據(jù)都實時傳輸給計算機(7) ;X射線熒光光譜探頭(4-8)經(jīng)圓形 小孔(4-4)插入原狀土樣（12)內(nèi)，X射線熒光光譜探頭(4-8)所采集的數(shù)據(jù)都實時傳輸給計 算機(7); 土柱實驗標準構件(4)上固定有多個測壓管(4-9)，多個測壓管(4-9)的每個入水 口經(jīng)圓形小孔(4-4)插入原狀土樣（12)內(nèi)；所述的插入件（5)在土柱上按照同一列布置，土 壤熱傳導吸力探頭(4-7)在土柱上按照同一列布置，X射線熒光光譜探頭(4-8)在土柱上按 照同一列布置，測壓管(4-9)在土柱上按照同一列布置；
[0124] 參照圖7、圖8,所述的承力柱（1-2)包括承力柱支座（1-22)以及固定在其上的承力 柱主體(1-21)，所述承力柱支座（1-22)與底座（1-1)為一體成型，承力柱支座（1-22)在土柱 豎向投影按照"一個圓心+以底座（1-1)半徑1/2為半徑的圓周向五等份"方式布置;承力柱 主體(1-21)長度不同使得底座(1-1)呈現(xiàn)坡度；
[0125] 所述的土柱底部構件（1)、土柱實驗標準構件(4)及圓柱構件（10)均由耐高溫玻璃 鋼制成；
[0126] 參照圖9、圖10,所述的插入件(5)的最前端設置有插入針頭(5-6)，插入件(5)內(nèi)部 管道的轉(zhuǎn)角處設置有橡膠墊片(5-1)，內(nèi)部管道中設置有彈出件(5-2)，彈出件(5-2)包括溫 濕度傳感器探頭(4-5)，彈出件(5-2)后端與導線(9)進行連接，彈出件(5-2)的尾部套設有 輕質(zhì)彈簧(5-4)，輕質(zhì)彈簧(5-4)的末端設置有探針控制器(5-5)，插入件(5)的外側(cè)中段設 置有擋板(5-3);
[0127] 所述圓形小孔(4-4)形狀大小與橡膠塞(5-7)相一致且結合緊密，排布方式為:縱 向上相隔排列且遵循上密下疏原則，橫向上繞土柱實驗標準構件(4)外圓周長8等分排布；
[0128] 參照圖11，所述的卡箍(4-30)由兩半圓環(huán)鋼圈（4-34)組成并通過一端的鉚釘(4-35)鉚接，卡箍(4-30)的另一端接頭(4-33)通過螺絲桿(4-31)和螺母(4-32)來調(diào)節(jié)卡箍(4-30)的松緊程度，使標準圓柱構件緊密結合。
[0129] 參照圖4,所述的法蘭(6)內(nèi)側(cè)設有法蘭螺紋(6-1)，法蘭(6)的兩端設置有轉(zhuǎn)動把 手(6-2);
[0130] 所述的計算機(7)的信號端與微控制器(7-0)的信號端相連，微控制器(7-0)設置 有溫濕度探測輸出端(7-2)、基質(zhì)吸力探測輸出端(7-3)和重金屬離子濃度監(jiān)測值輸出端 (7-4);溫濕度探測輸出端(7-2)經(jīng)導線(9)連接溫濕度傳感器探頭(4-5)，基質(zhì)吸力探測輸 出端(7-3)經(jīng)導線(9)連接土壤熱傳導吸力探頭(4-7)，重金屬離子濃度監(jiān)測值輸出端(7-4) 經(jīng)導線(9)連接X射線熒光光譜探頭(4-8)。
[0131] 實施例一
[0132] 本實施例中與本發(fā)明配套使用的多種強度煤矸石淋濾液入滲補給模擬裝置(C)是 低強度煤矸石淋濾液全入滲補給模擬裝置(16);
[0133] 參照圖1，所述的低強度煤矸石淋濾液全入滲補給模擬裝置（16)包括外側(cè)刻有刻 度的煤矸石淋濾液桶（16-1)，煤矸石淋濾液桶（16-1)的下方通過輸液管（16-12)與煤矸石 淋濾液噴頭（16-9)連通，煤矸石淋濾液噴頭（16-9)設置于土柱實驗標準構件(4)上部的圓 柱構件（10)頂部，圓柱構件（10)內(nèi)高出原狀土樣（12)上表面2-5厘米處設置有抗水壓沖擊 板(A)，抗水壓沖擊板(A)上設置有篩孔;U型水頭控制管（10-2)內(nèi)的液面上設置有輕質(zhì)塑料 片（16-8)，所述輕質(zhì)塑料片（16-8)形式為薄圓片，所述輕質(zhì)塑料片（16-8)上方的圓形凹槽 內(nèi)設置有永久磁鐵（16-7)，永久磁鐵（16-7)的正上方設置有拉線（16-3)吊掛的電線圈（16-6)，電線圈（16-6)外接有導線（9)，拉線（16-3)的上端纏于轉(zhuǎn)輪（16-2)上，轉(zhuǎn)輪（16-2)上設 置有把手（16-4)，轉(zhuǎn)輪（16-2)上端用拉線（16-3)通過著力構件（16-11)的小孔與止水閥 (16-5)下部相連接，止水閥（16-5)下端設置有輕質(zhì)彈簧（16-10)，所述圓柱構件（10)與U型 水頭控制管（10-2)相連接，輕質(zhì)塑料片（16-8)、永久磁鐵（16-7)和電線圈（16-6)都在U型水 頭控制管（10-2)的滑槽（16-13)內(nèi)運動;所述滑槽（16-13)嵌于U型水頭控制管（10-2)內(nèi)壁， 所述電線圈（16-6)按照邊沿處三等分設置有滑軌（16-14)，所述滑軌（16-14)可在滑槽（16-13)內(nèi)自由上下運動;所述的低強度煤矸石淋濾液全入滲補給模擬裝置（16)控制原狀土樣 (12)表面液體的液面高度低于1_。
[0134] 本實施例是低強度煤矸石淋濾液全入滲模擬系統(tǒng)的特征參數(shù)測定方法，包括以下 步驟：
[0135] 步驟一、組裝土柱實驗標準構件
[0136] 分別對土柱實驗標準構件(4)的兩塊半圓柱體管壁(4-1)進行拼接，對土柱實驗標 準構件(4)的接縫進行密封及防水處理，然后把卡箍(4-30)套在卡箍凹槽(4-3)上，并通過 扳手上緊套在螺絲桿件(4-31)上的螺母(4-32)，使卡箍(4-30)牢固地套在卡箍凹槽(4-3) 上，然后將多個土柱實驗標準構件(4)通過法蘭(6)串聯(lián)實現(xiàn)縱向拼接；
[0137] 步驟二、安裝原狀土樣
[0138] 選取預先準備好的原狀土樣（12)，將原狀土樣（12)豎立在地面上，將已經(jīng)連接好 的多個土柱實驗標準構件(4)套住原狀土樣（12)，將原狀土樣（12)與土柱實驗標準構件(4) 之間的縫隙密封及防水處理保證后續(xù)實驗時煤矸石淋濾液不從縫隙直接流下；
[0139] 步驟三、組裝土柱實驗儀器設備
[0140]先將底座（1-1)放置于水平地面上，然后將承力柱主體（1-21)套放在對應的承力 柱支座（1-22)上，將高進氣值陶土板(1-3)水平放置于承力柱主體(1-21)上方，所述高進氣 值陶土板（1-3)上表面鋪設有濾紙（1-4)，所述承力柱主體（1-21)、高進氣值陶土板（1-3)、 濾紙（1-4)均位于管件（1-7)內(nèi)部;在集水處最低位置設置一個出液孔外接塑料軟管(2)，將 所述塑料軟管(2)的另一端接入出滲量量杯(3)，其中所述塑料軟管(2)上安裝第三流量傳 感器(3-1)，所述第三流量傳感器(3-1)通過導線(9)接入計算機(7)，然后將法蘭(6)的法蘭 螺紋(6-1)對準外螺紋連接段(1-6)，通過轉(zhuǎn)動把手(6-2)將法蘭(6)緊密地安裝在底部構件 (1)上方，然后將拼接組裝而成的土柱實驗標準構件連同其套住的原狀土樣（12)通過土柱 實驗標準構件(4)的底部螺紋連接段(4-2)與所述底部構件（1)上端的法蘭(6)的法蘭螺紋 (6-1)進行組裝，使拼接組裝而成的土柱實驗標準構件連同其套住的原狀土樣（12)位于底 部構件（1)濾紙（1-4)的正上方，最后通過法蘭(6)將圓柱構件（10)進行連接；
[0141]步驟四、測定原狀土樣的初始狀態(tài)
[0142] 原狀土樣（12)的初始含水率:多個溫濕度傳感器探頭(4-5)分別對原狀土樣（12) 的濕度進行一次監(jiān)測，并將監(jiān)測到的信號傳給微控制器(7-0)，微控制器(7-0)將監(jiān)測信號 通過串口通信電路實時傳輸給計算機(7)，計算機(7)接收并記錄多個測試點處原狀土樣 (12)的濕度信號，并將各個測試點處原狀土樣（12)的濕度信號記錄為各個測試點處原狀土 樣(12)的初始含水率Θ。；
[0143] 原狀土樣（12)的基質(zhì)吸力：多個土壤熱傳導吸力探頭(4-7)分別對原狀土樣（12) 的基質(zhì)吸力進行一次監(jiān)測，并將監(jiān)測到的信號傳給微控制器(7-0)，微控制器(7-0)將監(jiān)測 信號通過串口通信電路實時傳輸給計算機(7)，計算機(7)接收并記錄多個測試點處原狀土 樣（12)的基質(zhì)吸力信號，并將各個測試點處原狀土樣（12)的基質(zhì)吸力信號記錄為各個測試 點處原狀土樣（12)的初始基質(zhì)吸力?％;
[0144] 原狀土樣（12)的重金屬離子濃度本底值:多個X射線熒光光譜探頭(4-8)分別對初 始狀態(tài)的原狀土樣（12)重金屬離子濃度進行監(jiān)測，將監(jiān)測到的重金屬離子濃度信號傳給微 控制器(7-0)，微控制器(7-0)將監(jiān)測信號通過串口通信電路實時傳輸給計算機(7)，計算機 (7)接收并記錄多個測試點處原狀土樣（12)的重金屬離子濃度信號，并將各個測試點處原 狀土樣(12)的重金屬離子濃度信號記錄為各個測試點重金屬離子濃度本底值c;
[0145] 原狀土樣（12)的水頭高度：多個測壓管(4-9)分別對原狀土樣（12)的水頭高度進 行監(jiān)測得到各個測試點初始階段對應的水頭高度h。；
[0146] 原狀土樣（12)的飽和含水率:將原狀土樣（12)的取樣地點帶回的其它土樣進行飽 和含水率測定，作為原狀土樣(12)的飽和含水率;取土樣放入稱量盒內(nèi)，為其注水直至水面 浸沒土樣，浸沒10分鐘之后將多余的水清除，稱質(zhì)量為m，之后將土樣和盒放入烘箱內(nèi)，進行 烘干，之后將其置于天平上進行稱重得質(zhì)量為ms，計算求 得原狀土樣(12)的飽和含水率0sat;
[0147] 步驟五、模擬低強度煤矸石淋濾液全入滲
[0148] (1 )、向煤矸石淋濾液桶（16-1)內(nèi)加煤矸石淋濾液（15 )，此時使止水閥（16-5)處于 關閉狀態(tài)，然后打開止水閥（16-5)，煤矸石淋濾液（15)經(jīng)輸液管（16-12)從煤矸石淋濾液噴 頭（16-9)流至圓柱構件（10)內(nèi)的抗水壓沖擊板(A)上，再到達原狀土樣（12)的上表面，所述 抗水壓沖擊板(A)起到保護原狀土樣（12)不受煤矸石淋濾液沖擊侵蝕的作用;位于U型水頭 控制管（10-2)內(nèi)的輕質(zhì)塑料片（16-8)與其上方的永久磁鐵（16-7)在煤矸石淋濾液（15)的 浮力作用下上升，達到與圓柱構件（10)內(nèi)液體的液面高度相同，當上部的圓柱構件（10)內(nèi) 液體的液面高度上升到高出原狀土樣時，通過導線(9)給電線圈（16-6)供電形成電 磁鐵，同時通過把手（16-4)帶動轉(zhuǎn)輪（16-2)轉(zhuǎn)動，所述轉(zhuǎn)輪（16-2)上纏有拉線（16-3)，所述 電線圈（16-6)隨著拉線（16-3)在滑槽（16-13)內(nèi)垂直運動，轉(zhuǎn)動把手（16-4)調(diào)整拉線（16-3)長度使止水閥（16-5)在輕質(zhì)彈簧（16-10)的作用下接近于關閉狀態(tài)來進行粗調(diào)，然后改 變電線圈（16-6)的外部導線(9)所接電源電壓的大小來進行精調(diào)，使此時止水閥（16-5)剛 好處于關閉狀態(tài)；當U型水頭控制管（10-2)內(nèi)的液體的液面高度隨著上部的圓柱構件（10) 內(nèi)的液體的液面高度下降時，所述輕質(zhì)塑料片（16-8)和永久磁鐵（16-7)也隨之下降，永久 磁鐵（16-7)與電線圈（16-6)之間的磁力減小，所述輕質(zhì)彈簧（16-10)受到的荷載增加產(chǎn)生 壓縮形變，位于輕質(zhì)彈簧（16-10)上的止水閥（16-5)打開，煤矸石淋濾液（15)繼續(xù)經(jīng)輸液管 (16-12)從煤矸石淋濾液噴頭（16-9)流入圓柱構件（10)內(nèi)進行補給；當補給到圓柱構件 (10)內(nèi)液體的液面高度再次上升到高出原狀土樣（12)lmm時，止水閥（16-5)就會處于關閉 狀態(tài)，反之則止水閥（16-5)打開繼續(xù)補給，模擬出了低強度煤矸石淋濾液全入滲邊界條件； [0149] (2 )、在模擬低強度煤矸石淋濾液全入滲過程中，滲出原狀土樣（12)內(nèi)的煤矸石淋 濾液從通水孔（1-5)內(nèi)流出并經(jīng)過塑料軟管(2)流入出滲量測量量杯(3)內(nèi)；在低強度煤矸 石淋濾液全入滲過程中，觀測到煤矸石淋濾液桶（16-1)的補水間隔為2小時以上時，說明達 到入滲穩(wěn)定，關閉煤矸石淋濾液補給系統(tǒng)，停止實驗;此時，煤矸石淋濾液桶（16-1)內(nèi)煤矸 石淋濾液（15)的損失量與圓柱構件（10)內(nèi)淋濾液未滲入量之差記錄為煤矸石淋濾液總降 入量Q z，在低強度煤矸石淋濾液全入滲條件下，煤矸石淋濾液總降入量Qz數(shù)值上等于煤矸石 淋濾液入滲量Qr;此時，查看出滲量測量量杯（3)內(nèi)滲出原狀土樣（12)的煤矸石淋濾液的 量，并將該讀數(shù)記錄為煤矸石淋濾液出滲量Q。；
[0150] 步驟六、模擬過程中的各參數(shù)監(jiān)測
[0151] 多個溫濕度傳感器探頭（4-5)分別對模擬過程中的原狀土樣（12)的濕度進行監(jiān) 測，并將監(jiān)測到的信號傳給微控制器(7-0)，微控制器(7-0)將監(jiān)測信號通過串口通信電路 實時傳輸給計算機(7)，計算機(7)接收并記錄多個測試點處原狀土樣（12)的濕度信號，并 將各個測試點處原狀土樣（12)的濕度信號記錄為各個測試點記錄時刻對應的含水率θ 1;多 個土壤熱傳導吸力探頭(4-7)分別對模擬過程中的原狀土樣（12)的基質(zhì)吸力進行監(jiān)測，將 監(jiān)測到的基質(zhì)吸力信號傳給微控制器(7-0)，微控制器(7-0)將監(jiān)測信號通過串口通信電路 實時傳輸給計算機(7)，計算機(7)接收并記錄多個測試點處原狀土樣（12)的基質(zhì)吸力信 號，并將各個測試點處原狀土樣（12)的基質(zhì)吸力信號記錄為各個測試點記錄時刻對應的基 質(zhì)吸力F a;多個X射線熒光光譜探頭(4-8)分別對模擬過程中的原狀土樣（12)的重金屬離子 濃度進行監(jiān)測，將監(jiān)測到的重金屬離子濃度信號傳給微控制器(7-0)，微控制器(7-0)將監(jiān) 測信號通過串口通信電路實時傳輸給計算機(7)，計算機(7)接收并記錄多個測試點處原狀 土樣（12)的重金屬離子濃度信號，并將各個測試點處原狀土樣（12)的重金屬離子濃度信號 記錄為各個測試點記錄時刻對應的重金屬離子濃度 Cl;多個測壓管(4-9)分別對原狀土樣 (12)的水頭高度進行監(jiān)測得到各個測試點記錄時刻對應的水頭高度lu;
[0152] 上述所有的監(jiān)測，其監(jiān)測時間頻率設置如下：煤矸石淋濾液入滲5分鐘內(nèi)，記錄時 間間隔為5秒，煤矸石淋濾液入滲5-15分鐘內(nèi)，記錄時間間隔為10秒，煤矸石淋濾液入滲15-30分鐘內(nèi)，記錄時間間隔為15秒，煤矸石淋濾液入滲30-60分鐘內(nèi)，記錄時間間隔為20秒，煤 矸石淋濾液入滲60分鐘以后記錄時間間隔為60秒，直到實驗達到穩(wěn)定后2-4小時以上；
[0153] 步驟七、模擬過程中監(jiān)測結果分析
[0154] 對所記錄的某一時刻的基質(zhì)吸力Fa和重金屬離子濃度Cl監(jiān)測數(shù)據(jù)做插值處理，得 到某一時刻原狀土樣（12)所對應的基質(zhì)吸力云圖和重金屬離子濃度云圖；同時對所記錄的 某一時刻原狀土樣（12)所對應的含水率0 1監(jiān)測數(shù)據(jù)做插值處理，得到某一時刻原狀土樣 (12)對應的含水率云圖；
[0155] 依據(jù)含水率云圖的變化規(guī)律，找出每個時刻所對應的濕潤前鋒的位置，所述濕潤 前鋒的位置指的是濕潤帶的邊緣，與下部未濕潤帶之間含水率存在明顯突變的部分，各位 置連線形成濕潤前鋒線，從而觀察濕潤前鋒位置隨時間t的變化規(guī)律;根據(jù)含水率云圖，依 據(jù)含水率的大小，找出每個時刻所對應的飽和含水率0 sat的等值線，從而確定完全飽和帶， 所述完全飽和帶定義是土柱上表面以下一定深度內(nèi)出現(xiàn)水分完全飽和的部分；當濕潤前鋒 與完全飽和帶在同一監(jiān)測時刻出現(xiàn)時，所述濕潤前鋒線與飽和含水率9 sat等值線之間的區(qū) 域被定義為煤矸石淋濾液入滲過渡帶；
[0156]繪制基質(zhì)吸力F4P含水率0,的關系圖，從而分別得到各土層的土-水特征曲線；
[0157]步驟八、煤矸石淋濾液入滲系數(shù)計算：
[0158] 根據(jù)公式Qr = Qz-Qj，計算得到煤矸石淋濾液入滲量Qr，單位為cm3;其中Q z為煤矸石 淋濾液總降入量，單位為cm3; Qj為煤矸石淋濾液徑流量，單位為cm3;
[0159] 根據(jù)公式AS = Qr-Qc，計算得到煤矸石淋濾液入滲的虧損量AS，單位為cm3;其中 Qr為煤矸石淋濾液入滲量，單位為cm3; Qc為煤矸石淋濾液出滲量，單位為cm3;
[0160] 根據(jù)公式Vr = Qr/t計算得到煤矸石淋濾液入滲率Vr，單位為cm3/s;其中Qr為煤矸石 淋濾液入滲量，單位為cm 3; t為實驗測試時間，單位為S;
[0161] 根據(jù)公式Vc = Qc/t計算得到煤矸石淋濾液出滲率V。，單位為cm3/s;其中Qc為煤矸石 淋濾液出滲量，單位為cm 3; t為實驗測試時間，單位為s;
[0162] 根據(jù)公式a = (k/Qz計算得到煤矸石淋濾液入滲系數(shù)α，單位為無量綱；其中Q。為煤 矸石淋濾液出滲量，單位為cm 3; Qz為煤矸石淋濾液總降入量；
[0163] 步驟九、非飽和滲透系數(shù)計算
[0164] 基于土柱實驗的煤矸石淋濾液入滲，可以概化為一維垂向入滲，其數(shù)學模型如下
[0166]將Darcy定律代入以上方程(1)得
[0168]對于非飽和土，滲透系數(shù)k與含水率存在函數(shù)關系，所以方程(2)可化為下式
[0170] 根據(jù)Fredlund&Morgenstern所提出的理論，試樣所受的法向應力（σ-ua)和基質(zhì)吸 力值的變化將會引起體積含水率的變化，BP
[0171] d9w = -m,'' d(a-uj- (ua- un) (4)
[0172] 式中：0--總應力；
[0173] miw一一與法向應力(〇-ua)變化有關的水的體積變化系數(shù)；
[0174] --與基質(zhì)吸力(ua_uw)變化有關的水的體積變化系數(shù)；
[0175]將方程(4)對時間微分，同時，在非穩(wěn)定滲流過程中土體單元上并沒有外荷載作 用，假定在非飽和區(qū)氣相連續(xù)不變，得
[0180]其中：k為非飽和滲透系數(shù)，單位為無量綱;h為總水頭高度，單位為cm; y為土柱測 點高度，單位為cm; γ w為水的重度，單位為N/m3 ; <為土-水特征曲線的斜率，單位為無量 綱;t為時間，單位為s;
[0181]依據(jù)方程(6)求得任意時刻土柱任意高度處的非飽和滲透系數(shù)k，利用插值法繪制 其分布圖；
[0182]步驟十、水動力彌散系數(shù)計算
[0183]由水量均衡原理，土柱上任意截面y處的水分通量qy，可表示為
[0186] 式中：qy為任意截面y處的水分通量，cm/d; qo為土柱頂部的進水量，cm/d; Θ為體積 含水率，cm3/cm3; Δ t為時段，Δ t = t2-ti，d;k為時段數(shù)；
[0187] 土柱上任意截面y處的溶質(zhì)通量Jy由質(zhì)量守恒原理得
[0190]式中：Jy為任意截面y處的溶質(zhì)通量，gAcm2 · d) ; Jo為土柱頂部的溶質(zhì)通量，g/ (cm2 · d) ;ci為土壤溶液濃度，g/cm3;9為體積含水率，cm3/cm 3; Δ t為時段，Δ t = t2_ti，d;k 為時段數(shù)；
[0191]根據(jù)水動力彌散原理，溶質(zhì)通量等于水動力彌散通量與對流通量之和，即
[0194]式中:Dsh為水動力彌散系數(shù)，cm2/d;其余符號同前；
[0196]將前面計算出的和代入上式即可計算水動力彌散系數(shù)Dsh，若取一系列y 斷面則可計算出一系列Dsh，從而將Dsh和對應的非飽和滲透系數(shù)k或孔隙流速v擬合成經(jīng)驗 公式。
[0197] 實施例二
[0198] 本實施例中與本發(fā)明配套使用的多種強度煤矸石淋濾液入滲補給模擬裝置(C)是 中強度煤矸石淋濾液有徑流入滲補給模擬裝置(17);
[0199] 參照圖2,所述的中強度煤矸石淋濾液有徑流入滲補給模擬裝置（17)包括設置在 圓柱構件（10)內(nèi)的煤矸石淋濾液容器（17-9)和設置在煤矸石淋濾液容器（17-9)底部的圓 形小孔(17-10)，圓柱構件（10)內(nèi)高出原狀土樣（12)上表面2-5厘米處設置有抗水壓沖擊板 (A)，抗水壓沖擊板(A)上設置有篩孔;所述煤矸石淋濾液容器（17-9)的頂部設置有壓力控 制管（17-8)和與外部煤矸石淋濾液連接的進液管（17-7);所述進液管（17-7)上設置有進液 電磁閥（17-2)、進液栗（17-1)和用于對煤矸石淋濾液的量進行實時監(jiān)測的第一流量傳感器 (17-3);所述煤矸石淋濾液容器內(nèi)壓力控制管（17-8)上設置有壓力控制電磁閥（17-5)和壓 力傳感器（17-6)，所述煤矸石淋濾液容器內(nèi)壓力控制管（17-8)的尾部連接有空氣壓縮機 (17-4);所述煤矸石淋濾液容器（17-9)的頂部內(nèi)壁上設置有用于對煤矸石淋濾液容器（17-9)內(nèi)液體的液面高度進行實時監(jiān)測的水位傳感器（17-11);所述圓柱構件（10)內(nèi)的原狀土 樣（12)上表面外側(cè)開有出液口（ 10-1 )，出液口（ 10-1)通過塑料軟管（2)接入徑流量量杯 (13)，所述塑料軟管(2)上設置有第二流量傳感器(13-1)，所述第二流量傳感器(13-1)通過 導線(9)接入計算機(7)。
[0200] 本實施例是基于中強度煤矸石淋濾液有徑流模擬系統(tǒng)的特征參數(shù)測定方法，包括 以下步驟：
[0201] 步驟一、組裝土柱實驗標準構件
[0202] 具體步驟同實施例一；
[0203]步驟二、安裝原狀土樣 [0204]具體步驟同實施例一；
[0205]步驟三、組裝土柱實驗儀器設備 [0206]具體步驟同實施例一；
[0207]步驟四、測定原狀土樣的初始狀態(tài) [0208]具體步驟同實施例一；
[0209]步驟五、模擬中強度煤矸石淋濾液有徑流入滲
[0210] (1)、計算機(7)發(fā)出信號接通空氣壓縮機（17-4)的供電回路，然后驅(qū)動壓力控制 電磁閥（17-5)打開，空氣壓縮機（17-4)啟動，產(chǎn)生的壓縮空氣經(jīng)過壓力控制電磁閥（17-5) 調(diào)節(jié)壓力后通過煤矸石淋濾液容器內(nèi)壓力控制管（17-8)進入煤矸石淋濾液容器(17-9)內(nèi)， 將煤矸石淋濾液容器（17-9)內(nèi)的煤矸石淋濾液從圓形小孔（17-10)中噴出，之后到達圓柱 構件（10)內(nèi)的抗水壓沖擊板(A)上，再到原狀土樣（12)的上表面，所述抗水壓沖擊板(A)起 到保護原狀土樣（12)不受煤矸石淋濾液沖擊侵蝕的作用，模擬出了中強度煤矸石淋濾液有 徑流入滲邊界條件；中強度煤矸石淋濾液有徑流入滲模擬過程中，壓力傳感器（17-6)對經(jīng) 過煤矸石淋濾液容器（17-9)內(nèi)壓力控制管（17-8)的壓縮空氣壓力進行實時監(jiān)測并將監(jiān)測 到的信號輸出給計算機(7)，計算機(7)將其接收到的壓力監(jiān)測值與實驗設定的壓力閾值進 行比對，當壓力監(jiān)測值小于壓力閾值時，計算機(7)驅(qū)動壓力控制電磁閥（17-5)打開的開度 增大，當壓力監(jiān)測值大于壓力閾值時，計算機(7)驅(qū)動壓力控制電磁閥（17-5)打開的開度減 小，從而使經(jīng)過煤矸石淋濾液容器(17-9)內(nèi)壓力控制管（17-8)的壓縮空氣壓力維持在壓力 閾值范圍內(nèi)；同時，所述水位傳感器(17-11)對煤矸石淋濾液容器(17-9)內(nèi)液體的液面高度 進行實時監(jiān)測并將監(jiān)測到的信號輸出給計算機(7)，計算機(7)將其接收到的液體的液面高 度監(jiān)測值與實驗設定的液體的液面高度設定值進行比對，當液體的液面高度監(jiān)測值小于液 體的液面高度設定值時，計算機(7)控制接通進液栗（17-1)的供電回路，并驅(qū)動進液電磁閥 (17-2)打開，外部煤矸石淋濾液通過進液管（17-7)流入煤矸石淋濾液容器（17-9)內(nèi)，當液 體的液面高度監(jiān)測值大于液體的液面高度設定值時，計算機(7)控制斷開進液栗（17-1)的 供電回路，并驅(qū)動進液電磁閥（17-2)關閉，停止往煤矸石淋濾液容器（17-9)內(nèi)注入煤矸石 淋濾液，從而使煤矸石淋濾液容器（17-9)內(nèi)液體的液面高度維持穩(wěn)定，保證了煤矸石淋濾 液入滲過程的持續(xù)進行；
[0211] (2 )、在模擬中強度煤矸石淋濾液有徑流入滲過程中，未滲入原狀土樣（12)內(nèi)的煤 矸石淋濾液從出液口（ 10-1)內(nèi)流出并經(jīng)過塑料軟管(2)流入徑流量量杯（13);滲出原狀土 樣（12)內(nèi)的煤矸石淋濾液從通水孔（1-5)內(nèi)流出并經(jīng)過塑料軟管(2)流入出滲量測量量杯 (3 )，模擬中強度煤矸石淋濾液入滲過程中，第一流量傳感器(17-3)對煤矸石淋濾液入滲量 進行實時監(jiān)測并將監(jiān)測到的信號實時輸出給計算機(7)，徑流量量杯（13)對未滲入原狀土 樣（12)內(nèi)的煤矸石淋濾液的量進行監(jiān)測并記錄，當相鄰的兩個采樣時刻的未滲入原狀土樣 (12)內(nèi)的煤矸石淋濾液的量的差值小于等于lcm 3時，說明達到了入滲穩(wěn)定，關閉煤矸石淋 濾液補給系統(tǒng)，停止實驗;此時，計算機(7)記錄為煤矸石淋濾液總降入量Q z;此時，查看徑 流量測量量杯（13)內(nèi)未滲入原狀土樣（12)內(nèi)的煤矸石淋濾液的量，并將該讀數(shù)記錄為煤矸 石淋濾液徑流量Qj;查看出滲量測量量杯(3)內(nèi)滲出原狀土樣（12)的煤矸石淋濾液的量，并 將該讀數(shù)記錄為煤矸石淋濾液出滲量Q c;
[0212] 步驟六、模擬過程中的各參數(shù)監(jiān)測 [0213]具體步驟同實施例一；
[0214] 步驟七、模擬過程中監(jiān)測結果分析
[0215] 具體步驟同實施例一；
[0216] 步驟八、入滲系數(shù)計算
[0217] 具體步驟同實施例一；
[0218] 步驟九、非飽和滲透系數(shù)計算
[0219] 具體步驟同實施例一。
[0220]步驟十、水動力彌散系數(shù)計算 [0221]具體步驟同實施例一。
[0222] 實施例三
[0223] 本實施例中與本發(fā)明配套使用的多種強度煤矸石淋濾液入滲補給模擬裝置(C)是 高強度煤矸石淋濾液穩(wěn)定入滲補給模擬裝置(14);
[0224] 參照圖3,所述的高強度煤矸石淋濾液穩(wěn)定入滲補給模擬裝置（14)包括外側(cè)刻有 刻度的煤矸石淋濾液桶（14-1)，煤矸石淋濾液桶（14-1)的下方通過輸液管（14-12)與煤矸 石淋濾液噴頭（14-9)連通，煤矸石淋濾液噴頭（14-9)設置于土柱實驗標準構件(4)上部的 圓柱構件（10)頂部，圓柱構件（10)內(nèi)高出原狀土樣（12)上表面2-5厘米處設置有抗水壓沖 擊板(A)，抗水壓沖擊板(A)上設置有篩孔;U型水頭控制管（10-2)內(nèi)的液面上設置有輕質(zhì)塑 料片（14-8)，所述輕質(zhì)塑料片（14-8)形式為薄圓片，所述輕質(zhì)塑料片（14-8)上方的圓形凹 槽內(nèi)設置有永久磁鐵（14-7)，永久磁鐵（14-7)的正上方設置有拉線（14-3)吊掛的電線圈 (14-6)，電線圈（14-6)外接有導線(9)，拉線（14-3)的上端纏于轉(zhuǎn)輪（14-2)上，轉(zhuǎn)輪（14-2) 上設置有把手（14-4)，轉(zhuǎn)輪（14-2)上端用拉線（14-3)通過著力構件（14-11)的小孔與止水 閥（14-5)下部相連接，止水閥（14-5)下端設置有輕質(zhì)彈簧（14-10)，所述圓柱構件（10)與U 型水頭控制管（10-2)相連接，輕質(zhì)塑料片（14-8)、永久磁鐵(14-7)和電線圈（14-6)都在U型 水頭控制管（10-2)的滑槽（14-13)內(nèi)運動;所述滑槽（14-13)嵌于U型水頭控制管（10-2)內(nèi) 壁，所述電線圈（14-6)按照邊沿處三等分設置有滑軌（14-14)，所述滑軌（14-14)可在滑槽 (14-13)內(nèi)自由上下運動，所述的高強度煤矸石淋濾液穩(wěn)定入滲補給模擬裝置（14)控制原 狀土樣（12)表面液體的液面高度高于lcm以上。
[0225] 本實施例是基于高強度煤矸石淋濾液模擬系統(tǒng)的特征參數(shù)測定方法，包括以下步 驟：
[0226] 步驟一、組裝土柱實驗標準構件
[0227] 具體步驟同實施例一；
[0228] 步驟二、安裝原狀土樣
[0229] 具體步驟同實施例一；
[0230]步驟三、組裝土柱實驗儀器設備 [0231]具體步驟同實施例一；
[0232]步驟四、測定原狀土樣的初始狀態(tài) [0233]具體步驟同實施例一；
[0234] 步驟五、模擬高強度煤矸石淋濾液穩(wěn)定入滲
[0235] (1 )、向煤矸石淋濾液桶（14-1)內(nèi)加煤矸石淋濾液（15)，此時使止水閥（14-5)處于 關閉狀態(tài)，然后打開止水閥（14-5)，所述煤矸石淋濾液（15)經(jīng)輸液管（14-12)從煤矸石淋濾 液噴頭（14-9)流至圓柱構件（10)內(nèi)的抗水壓沖擊板(A)上，再到達原狀土樣（12)的上表面， 所述抗水壓沖擊板(A)起到保護原狀土樣（12)不受煤矸石淋濾液沖擊侵蝕的作用;位于U型 水頭控制管（10-2)內(nèi)的輕質(zhì)塑料片（14-8)與其上方的永久磁鐵（14-7)在煤矸石淋濾液 (15)的浮力作用下上升，達到與圓柱構件（10)內(nèi)液體的液面高度相同，當上部的圓柱構件 (10)內(nèi)液體的液面高度上升到實驗預設高度時，通過導線(9)給電線圈（14-6)供電形成電 磁鐵，同時通過把手（14-4)帶動轉(zhuǎn)輪(14-2)轉(zhuǎn)動，所述轉(zhuǎn)輪(14-2)上纏有拉線（14-3)，所述 電線圈（14-6)隨著拉線（14-3)在滑槽（14-13)內(nèi)垂直運動，轉(zhuǎn)動把手（14-4)調(diào)整拉線（14-3)長度使止水閥（14-5)在輕質(zhì)彈簧（14-10)的作用下接近于關閉狀態(tài)來進行粗調(diào)，然后改 變電線圈（14-6)的外部導線(9)所接電源電壓的大小來進行精調(diào)，使此時止水閥（14-5)剛 好處于關閉狀態(tài)；當U型水頭控制管（10-2)內(nèi)液體的液面高度隨著上部的圓柱構件（10)內(nèi) 液體的液面高度下降時，所述輕質(zhì)塑料片（14-8)和永久磁鐵（14-7)也隨之下降，永久磁鐵 (14-7)與電線圈（14-6)之間的磁力減小，所述輕質(zhì)彈簧（14-10)受到的荷載增加產(chǎn)生壓縮 形變，位于輕質(zhì)彈簧(14-10)上的止水閥（14-5)打開，煤矸石淋濾液(15)繼續(xù)經(jīng)輸液管（14-12)從煤矸石淋濾液噴頭（14-9)流入圓柱構件（10)內(nèi)進行補給；當補給到圓柱構件（10)內(nèi) 液體的液面高度再次上升到高出原狀土樣（12)預設實驗高度時，止水閥（14-5)就會處于關 閉狀態(tài)，反之則止水閥（14-5)打開繼續(xù)補給，模擬出了高強度煤矸石淋濾液穩(wěn)定入滲邊界 條件；
[0236] (2)、在模擬高強度煤矸石淋濾液穩(wěn)定入滲過程中，滲出原狀土樣（12)內(nèi)的煤矸石 淋濾液從通水孔（1-5)內(nèi)流出并經(jīng)過塑料軟管(2)流入出滲量測量量杯(3);在高強度煤矸 石淋濾液穩(wěn)定入滲過程中，觀測到煤矸石淋濾液桶（14-1)的補水間隔為2小時以上時，說明 達到入滲穩(wěn)定，關閉煤矸石淋濾液補給系統(tǒng)，停止實驗;此時，煤矸石淋濾液桶（14-1)內(nèi)煤 矸石淋濾液（15)的損失量記錄為煤矸石淋濾液總降入量Q z，同時，將煤矸石淋濾液桶（14-1)內(nèi)煤矸石淋濾液（15)的損失量與圓柱構件（10)內(nèi)未滲入的煤矸石淋濾液的量之差記錄 為煤矸石淋濾液入滲量Qr，查看出滲量測量量杯(3)內(nèi)滲出原狀土樣（12)的煤矸石淋濾液 的量，并將該讀數(shù)記錄為煤矸石淋濾液出滲量Q c;
[0237] 步驟六、模擬過程中的各參數(shù)監(jiān)測
[0238] 具體步驟同實施例一；
[0239] 步驟七、模擬過程中監(jiān)測結果分析
[0240] 具體步驟同實施例一；
[0241 ]步驟八、入滲系數(shù)計算
[0242] 具體步驟同實施例一；
[0243] 步驟九、非飽和滲透系數(shù)計算
[0244] 具體步驟同實施例一；
[0245] 步驟十、水動力彌散系數(shù)計算 [0246]具體步驟同實施例一。
【主權項】
1. 多種強度煤桿石淋濾液入滲模擬系統(tǒng)，其特征在于，包括底部構件（1)、連接在底部 構件（1)上的一個或多個串聯(lián)的±柱實驗標準構件(4)^及±柱實驗標準構件(4)頂部的多 種強度煤桿石淋濾液入滲補給模擬裝置(C); 所述的底部構件（1)包括位于最下方的底座（1-1)，底座（1-1)上的集水點通過塑料軟 管（2)接入出滲量量杯（3)，塑料軟管（2)上設置有第Ξ流量傳感器(3-1)，第Ξ流量傳感器 (3-1)接入計算機(7);底座（1-1)的上方設置有承力柱（1-2)，承力柱（1-2)的上部設置有高 進氣值陶±板(1-3)，高進氣值陶±板(1-3)的四周邊沿均與底部構件（1)管件（1-7)的內(nèi)壁 水平緊貼，高進氣值陶±板(1-3)的頂部設置有濾紙（1-4)，濾紙（1-4)的上表面與原狀±樣 (12)接觸;管件（1-7)的頂端設置有外螺紋連接段（1-6)，外螺紋連接段（1-6)通過法蘭(6) 與±柱實驗標準構件(4)連接； 所述±柱實驗標準構件(4)由兩個相同的半圓柱體經(jīng)卡髓(4-30)通過±柱實驗標準構 件(4)管壁(4-1)的卡髓凹槽(4-3)處連接成一個圓柱體，±柱實驗標準構件(4)的管壁(4- 1) 上設置有圓形小孔(4-4)，圓形小孔(4-4)與橡膠塞巧-7)配合使用；多個±柱實驗標準構 件(4)通過法蘭(6)將上下端的螺紋連接段(4-2)進行連接;插入件(5)通過橡膠塞（5-7)插 入原狀±樣（12)內(nèi)，插入件(5)內(nèi)傳感器所采集的數(shù)據(jù)都實時傳輸給計算機(7) ;±壤熱傳 導吸力探頭(4-7)經(jīng)圓形小孔(4-4)插入原狀±樣（12)內(nèi)，±壤熱傳導吸力探頭(4-7)內(nèi)傳 感器所采集的數(shù)據(jù)都實時傳輸給計算機(7) ;X射線巧光光譜探頭(4-8)經(jīng)圓形小孔(4-4)插 入原狀±樣（12)內(nèi)，X射線巧光光譜探頭(4-8)所采集的數(shù)據(jù)都實時傳輸給計算機(7) ;±柱 實驗標準構件(4)上固定有多個測壓管(4-9)，多個測壓管(4-9)的每個入水口經(jīng)圓形小孔 (4-4)插入原狀±樣（12)內(nèi)；所述的插入件(5)在±柱上按照同一列布置，±壤熱傳導吸力 探頭(4-7)在±柱上按照同一列布置，X射線巧光光譜探頭(4-8)在±柱上按照同一列布置， 測壓管(4-9)在±柱上按照同一列布置； 多種強度煤桿石淋濾液入滲補給模擬裝置(C)包括低強度煤桿石淋濾液全入滲補給模 擬裝置（16 )、中強度煤桿石淋濾液有徑流入滲補給模擬裝置（17)和高強度煤桿石淋濾液穩(wěn) 定入滲補給模擬裝置(14)。2. 根據(jù)權利要求1所述的多種強度煤桿石淋濾液入滲模擬系統(tǒng)，其特征在于，所述的承 力柱（1-2)包括承力柱支座（1-22)?及固定在其上的承力柱主體（1-21)，所述承力柱支座 (1-22)與底座（1-1)為一體成型，承力柱支座（1-22)在±柱豎向投影按照"一個圓屯、+W底 座（1-1)半徑1/2為半徑的圓周向五等份"方式布置;承力柱主體（1-21)長度不同使得底座 (1-1)呈現(xiàn)坡度； 所述的±柱底部構件（1)、±柱實驗標準構件(4)及圓柱構件（10)均由耐高溫玻璃鋼制 成。3. 根據(jù)權利要求1所述的多種強度煤桿石淋濾液入滲模擬系統(tǒng)，其特征在于，所述的插 入件(5)的最前端設置有插入針頭巧-6)，插入件(5)內(nèi)部管道的轉(zhuǎn)角處設置有橡膠墊片(5- 1 )，內(nèi)部管道中設置有彈出件巧-2 )，彈出件(5-2)包括溫濕度傳感器探頭(4-5 )，彈出件(5- 2) 后端與導線(9)進行連接，彈出件(5-2)的尾部套設有輕質(zhì)彈黃(5-4)，輕質(zhì)彈黃(5-4)的 末端設置有探針控制器(5-5 )，插入件(5)的外側(cè)中段設置有擋板(5-3)。4. 根據(jù)權利要求1所述的多種強度煤桿石淋濾液入滲模擬系統(tǒng)，其特征在于，所述圓形 小孔(4-4)形狀大小與橡膠塞（5-7)相一致且結合緊密，排布方式為:縱向上相隔排列且遵 循上密下疏原則，橫向上繞±柱實驗標準構件(4)外圓周長8等分排布。5. 根據(jù)權利要求1所述的多種強度煤桿石淋濾液入滲模擬系統(tǒng)，其特征在于，所述的卡 髓(4-30)由兩半圓環(huán)鋼圈(4-34)組成并通過一端的馴釘(4-35)馴接，卡髓(4-30)的另一端 接頭(4-33)通過螺絲桿(4-31)和螺母(4-32)來調(diào)節(jié)卡髓(4-30)的松緊程度，使標準圓柱構 件緊密結合； 所述的法蘭(6)內(nèi)側(cè)設有法蘭螺紋(6-1)，法蘭(6)的兩端設置有轉(zhuǎn)動把手(6-2)。6. 根據(jù)權利要求1所述的多種強度煤桿石淋濾液入滲模擬系統(tǒng)，其特征在于，所述的計 算機(7)的信號端與微控制器(7-0)的信號端相連，微控制器(7-0)設置有溫濕度探測輸出 端(7-2)、基質(zhì)吸力探測輸出端(7-3)和重金屬離子濃度監(jiān)測值輸出端(7-4);溫濕度探測輸 出端(7-2)經(jīng)導線(9)連接溫濕度傳感器探頭(4-5)，基質(zhì)吸力探測輸出端（7-3)經(jīng)導線(9) 連接±壤熱傳導吸力探頭(4-7)，重金屬離子濃度監(jiān)測值輸出端(7-4)經(jīng)導線(9)連接X射線 巧光光譜探頭(4-8)。7. 根據(jù)權利要求1所述的多種強度煤桿石淋濾液入滲模擬系統(tǒng)，其特征在于，所述的低 強度煤桿石淋濾液全入滲補給模擬裝置(16)包括外側(cè)刻有刻度的煤桿石淋濾液桶（16-1)， 煤桿石淋濾液桶（16-1)的下方通過輸液管（16-12)與煤桿石淋濾液噴頭（16-9)連通，煤桿 石淋濾液噴頭（16-9)設置于±柱實驗標準構件（4)上部的圓柱構件（10)頂部，圓柱構件 (10)內(nèi)高出原狀±樣（12)上表面2-5厘米處設置有抗水壓沖擊板(A)，抗水壓沖擊板(A)上 設置有篩孔;U型水頭控制管（10-2)內(nèi)的液面上設置有輕質(zhì)塑料片（16-8)，所述輕質(zhì)塑料片 (16-8)形式為薄圓片，所述輕質(zhì)塑料片（16-8)上方的圓形凹槽內(nèi)設置有永久磁鐵（16-7)， 永久磁鐵（16-7)的正上方設置有拉線（16-3)吊掛的電線圈（16-6)，電線圈（16-6)外接有導 線(9)，拉線（16-3)的上端纏于轉(zhuǎn)輪（16-2)上，轉(zhuǎn)輪（16-2)上設置有把手（16-4)，轉(zhuǎn)輪（16- 2)上端用拉線（16-3)通過著力構件（16-11)的小孔與止水閥（16-5)下部相連接，止水閥 (16-5)下端設置有輕質(zhì)彈黃（16-10)，所述圓柱構件（10)與U型水頭控制管（10-2)相連接， 輕質(zhì)塑料片（16-8)、永久磁鐵（16-7)和電線圈（16-6)都在U型水頭控制管（10-2)的滑槽 (16-13)內(nèi)運動;所述滑槽（16-13)嵌于U型水頭控制管（10-2)內(nèi)壁，所述電線圈（16-6)按照 邊沿處Ξ等分設置有滑軌（16-14)，所述滑軌（16-14)可在滑槽（16-13)內(nèi)自由上下運動;所 述的低強度煤桿石淋濾液全入滲補給模擬裝置（16)控制原狀±樣（12)表面液體的液面高 度低于1mm; 所述的中強度煤桿石淋濾液有徑流入滲補給模擬裝置（17)包括設置在圓柱構件（10) 內(nèi)的煤桿石淋濾液容器（17-9)和設置在煤桿石淋濾液容器（17-9)底部的圓形小孔（Π ? ιο), 圓柱構件 （10) 內(nèi)高出原狀 ±樣(12) 上表面 2-5 厘米處設置有抗水壓沖擊板 (A)，抗水壓 沖擊板(Α)上設置有篩孔;所述煤桿石淋濾液容器（17-9)的頂部設置有壓力控制管（17-8) 和與外部煤桿石淋濾液連接的進液管（17-7);所述進液管（17-7)上設置有進液電磁閥（17- 2)、進液累（17-1)和用于對煤桿石淋濾液的量進行實時監(jiān)測的第一流量傳感器（17-3);所 述煤桿石淋濾液容器內(nèi)壓力控制管（17-8)上設置有壓力控制電磁閥（17-5)和壓力傳感器 (17-6)，所述煤桿石淋濾液容器內(nèi)壓力控制管（17-8)的尾部連接有空氣壓縮機（17-4);所 述煤桿石淋濾液容器（17-9)的頂部內(nèi)壁上設置有用于對煤桿石淋濾液容器（17-9)內(nèi)液體 的液面高度進行實時監(jiān)測的水位傳感器（17-11);所述圓柱構件（10)內(nèi)的原狀±樣（12)上 表面外側(cè)開有出液口（10-1)，出液口（10-1)通過塑料軟管(2)接入徑流量量杯（13)，所述塑 料軟管(2)上設置有第二流量傳感器（13-1)，所述第二流量傳感器（13-1)通過導線(9)接入 計算機(7); 所述的高強度煤桿石淋濾液穩(wěn)定入滲補給模擬裝置（14)包括外側(cè)刻有刻度的煤桿石 淋濾液桶（14-1)，煤桿石淋濾液桶（14-1)的下方通過輸液管（14-12)與煤桿石淋濾液噴頭 (14-9)連通，煤桿石淋濾液噴頭（14-9)設置于±柱實驗標準構件(4)上部的圓柱構件（10) 頂部，圓柱構件（10)內(nèi)高出原狀±樣（12)上表面2-5厘米處設置有抗水壓沖擊板(A)，抗水 壓沖擊板(A)上設置有篩孔;U型水頭控制管（10-2)內(nèi)的液面上設置有輕質(zhì)塑料片（14-8)， 所述輕質(zhì)塑料片（14-8)形式為薄圓片，所述輕質(zhì)塑料片（14-8)上方的圓形凹槽內(nèi)設置有永 久磁鐵（14-7)，永久磁鐵（14-7)的正上方設置有拉線（14-3)吊掛的電線圈（14-6)，電線圈 (14-6)外接有導線（9)，拉線（14-3)的上端纏于轉(zhuǎn)輪（14-2)上，轉(zhuǎn)輪（14-2)上設置有把手 (14-4)，轉(zhuǎn)輪（14-2)上端用拉線（14-3)通過著力構件（14-11)的小孔與止水閥（14-5)下部 相連接，止水閥（14-5)下端設置有輕質(zhì)彈黃（14-10)，所述圓柱構件（10)與U型水頭控制管 (10-2)相連接，輕質(zhì)塑料片（14-8)、永久磁鐵（14-7)和電線圈（14-6)都在U型水頭控制管 (10-2)的滑槽(14-13)內(nèi)運動;所述滑槽(14-13)嵌于U型水頭控制管（10-2)內(nèi)壁，所述電線 圈（14-6)按照邊沿處Ξ等分設置有滑軌（14-14)，所述滑軌（14-14)可在滑槽（14-13)內(nèi)自 由上下運動，所述的高強度煤桿石淋濾液穩(wěn)定入滲補給模擬裝置（14)控制原狀±樣（12)表 面液體的液面高度高于IcmW上。8.基于上述任一權利要求所述的多種強度煤桿石淋濾液入滲模擬系統(tǒng)的特征參數(shù)測 定方法，其特征在于，包括W下步驟： 步驟一、組裝±柱實驗標準構件 分別對±柱實驗標準構件(4)的兩塊半圓柱體管壁(4-1)進行拼接，對±柱實驗標準構 件(4)的接縫進行密封及防水處理，然后把卡髓(4-30)套在卡髓凹槽(4-3)上，并通過扳手 上緊套在螺絲桿件(4-31)上的螺母(4-32)，使卡髓(4-30)牢固地套在卡髓凹槽(4-3)上，然 后將多個±柱實驗標準構件(4)通過法蘭(6)串聯(lián)實現(xiàn)縱向拼接； 步驟二、安裝原狀±樣 選取預先準備好的原狀±樣（12)，將原狀±樣（12)豎立在地面上，將已經(jīng)連接好的多 個±柱實驗標準構件(4)套住原狀±樣(12)，將原狀±樣（12)與±柱實驗標準構件(4)之間 的縫隙密封及防水處理保證后續(xù)實驗時煤桿石淋濾液不從縫隙直接流下； 步驟Ξ、組裝±柱實驗儀器設備 先將底座（1-1)放置于水平地面上，然后將承力柱主體（1-21)套放在對應的承力柱支 座（1-22)上，將高進氣值陶±板(1-3)水平放置于承力柱主體(1-21)上方，所述高進氣值陶 ±板（1-3)上表面鋪設有濾紙（1-4)，所述承力柱主體（1-21)、高進氣值陶±板（1-3)、濾紙 (1-4)均位于管件（1-7)內(nèi)部;在集水處最低位置設置一個出液孔外接塑料軟管(2)，將所述 塑料軟管(2)的另一端接入出滲量量杯(3 )，其中所述塑料軟管(2)上安裝第Ξ流量傳感器 (3-1)，所述第Ξ流量傳感器(3-1)通過導線(9)接入計算機(7)，然后將法蘭(6)的法蘭螺紋 (6-1)對準外螺紋連接段（1-6)，通過轉(zhuǎn)動把手(6-2)將法蘭(6)緊密地安裝在底部構件（1) 上方，然后將拼接組裝而成的±柱實驗標準構件連同其套住的原狀±樣（12)通過±柱實驗 標準構件(4)的底部螺紋連接段(4-2)與所述底部構件（1)上端的法蘭(6)的法蘭螺紋(6-1) 進行組裝，使拼接組裝而成的±柱實驗標準構件連同其套住的原狀±樣（12)位于底部構件 (1)濾紙（1-4)的正上方，最后通過法蘭(6)將圓柱構件（10)進行連接； 步驟四、測定原狀±樣的初始狀態(tài) 原狀±樣（12)的初始含水率：多個溫濕度傳感器探頭(4-5)分別對原狀±樣（12)的濕 度進行一次監(jiān)測，并將監(jiān)測到的信號傳給微控制器(7-0)，微控制器(7-0)將監(jiān)測信號通過 串口通信電路實時傳輸給計算機(7)，計算機(7)接收并記錄多個測試點處原狀±樣（12)的 濕度信號，并將各個測試點處原狀±樣（12)的濕度信號記錄為各個測試點處原狀±樣（12) 的初始含水率9c; 原狀±樣（12)的基質(zhì)吸力：多個±壤熱傳導吸力探頭(4-7)分別對原狀±樣（12)的基 質(zhì)吸力進行一次監(jiān)測，并將監(jiān)測到的信號傳給微控制器(7-0)，微控制器(7-0)將監(jiān)測信號 通過串口通信電路實時傳輸給計算機(7)，計算機(7)接收并記錄多個測試點處原狀±樣 (12)的基質(zhì)吸力信號，并將各個測試點處原狀±樣（12)的基質(zhì)吸力信號記錄為各個測試點 處原狀±樣（12)的初始基質(zhì)吸力Fac; 原狀±樣（12)的重金屬離子濃度本底值:多個X射線巧光光譜探頭(4-8)分別對初始狀 態(tài)的原狀±樣(12)重金屬離子濃度進行監(jiān)測，將監(jiān)測到的重金屬離子濃度信號傳給微控制 器(7-0)，微控制器(7-0)將監(jiān)測信號通過串口通信電路實時傳輸給計算機(7)，計算機(7) 接收并記錄多個測試點處原狀±樣（12)的重金屬離子濃度信號，并將各個測試點處原狀± 樣(12)的重金屬離子濃度信號記錄為各個測試點重金屬離子濃度本底值C; 原狀±樣（12)的水頭高度：多個測壓管(4-9)分別對原狀±樣（12)的水頭高度進行監(jiān) 測得到各個測試點初始階段對應的水頭高度h。； 原狀±樣（12)的飽和含水率:將原狀±樣（12)的取樣地點帶回的其它±樣進行飽和含 水率測定，作為原狀±樣（12)的飽和含水率;取±樣放入稱量盒內(nèi)，為其注水直至水面浸沒 ±樣，浸沒10分鐘之后將多余的水清除，稱質(zhì)量為m，之后將±樣和稱量盒放入烘箱內(nèi)，進行 烘干，之后將其置于天平上進行稱重得質(zhì)量為ms，之后利用公式h算求 得原狀±樣(12)的飽和含水率0sat; 步驟五、模擬Ξ種強度水力邊界條件 根據(jù)測試要求，將煤桿石淋濾液入滲補給模擬裝置(C)配合±柱實驗標準構件（4)工 作，模擬Ξ種水力邊界條件，即低強度煤桿石淋濾液全入滲邊界條件、中強度煤桿石淋濾液 有徑流入滲邊界條件和高強度煤桿石淋濾液穩(wěn)定入滲邊界條件； 步驟六、模擬過程中的各參數(shù)監(jiān)測 多個溫濕度傳感器探頭(4-5)分別對模擬過程中的原狀±樣（12)的濕度進行監(jiān)測，并 將監(jiān)測到的信號傳給微控制器(7-0)，微控制器(7-0)將監(jiān)測信號通過串口通信電路實時傳 輸給計算機(7)，計算機(7)接收并記錄多個測試點處原狀±樣（12)的濕度信號，并將各個 測試點處原狀±樣（12)的濕度信號記錄為各個測試點記錄時刻對應的含水率θι;多個±壤 熱傳導吸力探頭(4-7)分別對模擬過程中的原狀±樣（12)的基質(zhì)吸力進行監(jiān)測，將監(jiān)測到 的基質(zhì)吸力信號傳給微控制器(7-0)，微控制器(7-0)將監(jiān)測信號通過串口通信電路實時傳 輸給計算機(7)，計算機(7)接收并記錄多個測試點處原狀±樣（12)的基質(zhì)吸力信號，并將 各個測試點處原狀±樣（12)的基質(zhì)吸力信號記錄為各個測試點記錄時刻對應的基質(zhì)吸力 Fa;多個X射線巧光光譜探頭(4-8)分別對模擬過程中的原狀±樣（12)的重金屬離子濃度進 行監(jiān)測，將監(jiān)測到的重金屬離子濃度信號傳給微控制器(7-0)，微控制器(7-0)將監(jiān)測信號 通過串口通信電路實時傳輸給計算機(7)，計算機(7)接收并記錄多個測試點處原狀±樣 (12)的重金屬離子濃度信號，并將各個測試點處原狀±樣（12)的重金屬離子濃度信號記錄 為各個測試點記錄時刻對應的重金屬離子濃度Cl;多個測壓管(4-9)分別對原狀±樣（12) 的水頭高度進行監(jiān)測得到各個測試點記錄時刻對應的水頭高度hi; 上述所有的監(jiān)測，其監(jiān)測時間頻率設置如下：煤桿石淋濾液入滲5分鐘內(nèi)，記錄時間間 隔為5秒，煤桿石淋濾液入滲5-15分鐘內(nèi)，記錄時間間隔為10秒，煤桿石淋濾液入滲15-30分 鐘內(nèi)，記錄時間間隔為15秒，煤桿石淋濾液入滲30-60分鐘內(nèi)，記錄時間間隔為20秒，煤桿石 淋濾液入滲60分鐘W后記錄時間間隔為60秒，直到實驗達到穩(wěn)定后2-4小時W上； 步驟屯、模擬過程中監(jiān)測結果分析 對所記錄的某一時刻的基質(zhì)吸力Fa和重金屬離子濃度Cl監(jiān)測數(shù)據(jù)做插值處理，得到某 一時刻原狀±樣（12)所對應的基質(zhì)吸力云圖和重金屬離子濃度云圖；同時對所記錄的某一 時刻原狀±樣（12)所對應的含水率θι監(jiān)測數(shù)據(jù)做插值處理，得到某一時刻原狀±樣（12)對 應的含水率云圖； 依據(jù)含水率云圖的變化規(guī)律，找出每個時刻所對應的濕潤前鋒的位置，所述濕潤前鋒 的位置指的是濕潤帶的邊緣，與下部未濕潤帶之間含水率存在明顯突變的部分，各位置連 線形成濕潤前鋒線，從而觀察濕潤前鋒位置隨時間t的變化規(guī)律;根據(jù)含水率云圖，依據(jù)含 水率的大小，找出每個時刻所對應的飽和含水率0sat的等值線，從而確定完全飽和帶，所述 完全飽和帶定義是±柱上表面W下一定深度內(nèi)出現(xiàn)水分完全飽和的部分；當濕潤前鋒與完 全飽和帶在同一監(jiān)測時刻出現(xiàn)時，所述濕潤前鋒線與飽和含水率0sat等值線之間的區(qū)域被 定義為煤桿石淋濾液入滲過渡帶； 繪制基質(zhì)吸力Fa和含水率θι的關系圖，從而分別得到各±層的±-水特征曲線； 步驟八、煤桿石淋濾液入滲系數(shù)計算 根據(jù)公式Qr = Qz-Qj，計算得到煤桿石淋濾液入滲量Qr，單位為cm3;其中Qz為煤桿石淋濾 液總降入量，單位為cm3; Qj為煤桿石淋濾液徑流量，單位為cm3; 根據(jù)公式AS=Qr-Q。，計算得到煤桿石淋濾液入滲的虧損量AS,單位為cm3; 其中Qr為煤桿石淋濾液入滲量，單位為cm3; Qc為煤桿石淋濾液出滲量，單位為cm3; 根據(jù)公式Vr = Qr/t計算得到煤桿石淋濾液入滲率Vr，單位為cm^s;其中Qr為煤桿石淋濾 液入滲量，單位為cm3; t為實驗測試時間，單位為S; 根據(jù)公式Vc = Qc/t計算得到煤桿石淋濾液出滲率Vc，單位為cm^s;其中Qc為煤桿石淋濾 液出滲量，單位為cm3; t為實驗測試時間，單位為S; 根據(jù)公式〇 = 9。/山計算得到煤桿石淋濾液入滲系數(shù)α，單位為無量綱；其中Qc為煤桿石 淋濾液出滲量，單位為cm3; Qz為煤桿石淋濾液總降入量； 步驟九、非飽和滲透系數(shù)計算 基于±柱實驗的煤桿石淋濾液入滲，可W概化為一維垂向入滲，其數(shù)學模型如下(1) 將Darcy定律代入W上方程（1)得似 對于非飽和±，滲透系數(shù)k與含水率存在函數(shù)關系，所W方程(2)可化為下式城 根據(jù)Fredlund&Morgenstern所提出的理論，試樣所受的法向應力（σ-ua)和基質(zhì)吸力值 的變化將會引起體積含水率的變化，即(4) 式中：〇--總應力； mi"一一與法向應力（〇-化)變化有關的水的體積變化系數(shù)； 訊;--與基質(zhì)吸力(Ua-Uw)變化有關的水的體積變化系數(shù)； 將方程(4)對時間微分，同時，在非穩(wěn)定滲流過程中±體單元上并沒有外荷載作用，假 定在非飽和區(qū)氣相連續(xù)不變，得斌 其中即±-水特征曲線的斜率。 由（3)、巧)式可得顧 其中：k為非飽和滲透系數(shù)，單位為無量綱;h為總水頭高度，單位為(3111^為±柱測點高 度，單位為(3111; 丫 ^為水的重度，單位為N/m3;相"為±-水特征曲線的斜率，單位為無量綱;1：為 時間，單位為S; 依據(jù)方程(6)求得任意時刻±柱任意高度處的非飽和滲透系數(shù)k，利用插值法繪制其分 布圖； 步驟十、水動力彌散系數(shù)計算 由水量均衡原理，±柱上任意截面y處的水分通量qy，可表示為式中：qy為任意截面y處的水分通量，cm/d; 〇〇為±柱頂部的進水量，cm/d; Θ為體積含水 率，cm3/cm3; Δ t為時段，Δ t = t2-ti，d;k為時段數(shù)； ±柱上任意截面y處的溶質(zhì)通量Jy由質(zhì)量守恒原理得式中：Jy為任意截面y處的溶質(zhì)通量，g/(cm2 · d); J日為±柱頂部的溶質(zhì)通量，g/(cm2 · d) ;ci為±壤溶液濃度，g/cm3;0為體積含水率，cmVcm3; Δ t為時段，Δ t = t2-ti，d;k為時段 數(shù)； 根據(jù)水動力彌散原理，溶質(zhì)通量等于水動力彌散通量與對流通量之和，即將前面計算出的 和代入上式即可計算水動力彌散系數(shù)Dsh，若取一系列y斷面則 可計算出一系列Dsh，從而將Dsh和對應的非飽和滲透系數(shù)k或孔隙流速V擬合成經(jīng)驗公式。9.根據(jù)權利要求8所述的多種強度煤桿石淋濾液入滲模擬系統(tǒng)的特征參數(shù)測定方法， 其特征在于： 步驟五所述的Ξ種水力邊界條件，其低強度煤桿石淋濾液全入滲的具體模擬步驟為： (1) 、向煤桿石淋濾液桶（16-1)內(nèi)加煤桿石淋濾液（15)，此時使止水閥（16-5)處于關閉 狀態(tài)，然后打開止水閥（16-5)，煤桿石淋濾液（15)經(jīng)輸液管（16-12)從煤桿石淋濾液噴頭 (16-9)流至圓柱構件（10)內(nèi)的抗水壓沖擊板(A)上，再到達原狀±樣（12)的上表面，所述抗 水壓沖擊板(A)起到保護原狀±樣（12)不受煤桿石淋濾液沖擊侵蝕的作用;位于U型水頭控 制管（10-2)內(nèi)的輕質(zhì)塑料片（16-8)與其上方的永久磁鐵（16-7)在煤桿石淋濾液（15)的浮 力作用下上升，達到與圓柱構件（10)內(nèi)液體的液面高度相同，當上部的圓柱構件（10)內(nèi)液 體的液面高度上升到高出原狀±樣（12)1111111時，通過導線(9)給電線圈（16-6)供電形成電磁 鐵，同時通過把手（16-4)帶動轉(zhuǎn)輪（16-2)轉(zhuǎn)動，所述轉(zhuǎn)輪（16-2)上纏有拉線（16-3)，所述電 線圈（16-6)隨著拉線（16-3)在滑槽（16-13)內(nèi)垂直運動，轉(zhuǎn)動把手（16-4)調(diào)整拉線（16-3) 長度使止水閥（16-5)在輕質(zhì)彈黃（16-10)的作用下接近于關閉狀態(tài)來進行粗調(diào)，然后改變 電線圈（16-6)的外部導線(9)所接電源電壓的大小來進行精調(diào)，使此時止水閥（16-5)剛好 處于關閉狀態(tài)；當U型水頭控制管（10-2)內(nèi)的液體的液面高度隨著上部的圓柱構件（10)內(nèi) 的液體的液面高度下降時，所述輕質(zhì)塑料片（16-8)和永久磁鐵（16-7)也隨之下降，永久磁 鐵（16-7)與電線圈（16-6)之間的磁力減小，所述輕質(zhì)彈黃（16-10)受到的荷載增加產(chǎn)生壓 縮形變，位于輕質(zhì)彈黃（16-10)上的止水閥（16-5)打開，煤桿石淋濾液（15)繼續(xù)經(jīng)輸液管 (16-12)從煤桿石淋濾液噴頭（16-9)流入圓柱構件（10)內(nèi)進行補給；當補給到圓柱構件 (10)內(nèi)液體的液面高度再次上升到高出原狀±樣（12)1111111時，止水閥（16-5)就會處于關閉 狀態(tài)，反之則止水閥（16-5)打開繼續(xù)補給，模擬出了低強度煤桿石淋濾液全入滲邊界條件； (2) 、在模擬低強度煤桿石淋濾液全入滲過程中，滲出原狀±樣（12)內(nèi)的煤桿石淋濾液 從通水孔（1-5)內(nèi)流出并經(jīng)過塑料軟管(2)流入出滲量測量量杯(3)內(nèi)；在低強度煤桿石淋 濾液全入滲過程中，觀測到煤桿石淋濾液桶（16-1)的補水間隔為2小時W上時，說明達到入 滲穩(wěn)定，關閉煤桿石淋濾液補給系統(tǒng)，停止實驗;此時，煤桿石淋濾液桶（16-1)內(nèi)煤桿石淋 濾液（15)的損失量與圓柱構件（10)內(nèi)淋濾液未滲入量之差記錄為煤桿石淋濾液總降入量 Qz，在低強度煤桿石淋濾液全入滲條件下，煤桿石淋濾液總降入量也數(shù)值上等于煤桿石淋濾 液入滲量Qr;此時，查看出滲量測量量杯(3)內(nèi)滲出原狀±樣（12)的煤桿石淋濾液的量，并 將該讀數(shù)記錄為煤桿石淋濾液出滲量Qc; 步驟五所述的Ξ種水力邊界條件，其中強度煤桿石淋濾液有徑流入滲的具體模擬步驟 為： (1)、計算機(7)發(fā)出信號接通空氣壓縮機（17-4)的供電回路，然后驅(qū)動壓力控制電磁 閥（17-5)打開，空氣壓縮機（17-4)啟動，產(chǎn)生的壓縮空氣經(jīng)過壓力控制電磁閥（17-5)調(diào)節(jié) 壓力后通過煤桿石淋濾液容器內(nèi)壓力控制管（17-8)進入煤桿石淋濾液容器（17-9)內(nèi)，將煤 桿石淋濾液容器（17-9)內(nèi)的煤桿石淋濾液從圓形小孔（17-10)中噴出，之后到達圓柱構件 (10)內(nèi)的抗水壓沖擊板(A)上，再到原狀±樣（12)的上表面，所述抗水壓沖擊板(A)起到保 護原狀±樣（12)不受煤桿石淋濾液沖擊侵蝕的作用，模擬出了中強度煤桿石淋濾液有徑流 入滲邊界條件；中強度煤桿石淋濾液有徑流入滲模擬過程中，壓力傳感器（17-6)對經(jīng)過煤 桿石淋濾液容器（17-9)內(nèi)壓力控制管（17-8)的壓縮空氣壓力進行實時監(jiān)測并將監(jiān)測到的 信號輸出給計算機(7)，計算機(7)將其接收到的壓力監(jiān)測值與實驗設定的壓力闊值進行比 對，當壓力監(jiān)測值小于壓力闊值時，計算機(7)驅(qū)動壓力控制電磁閥（17-5)打開的開度增 大，當壓力監(jiān)測值大于壓力闊值時，計算機(7)驅(qū)動壓力控制電磁閥（17-5)打開的開度減 小，從而使經(jīng)過煤桿石淋濾液容器（17-9)內(nèi)壓力控制管（17-8)的壓縮空氣壓力維持在壓力 闊值范圍內(nèi)；同時，所述水位傳感器（17-11)對煤桿石淋濾液容器（17-9)內(nèi)液體的液面高度 進行實時監(jiān)測并將監(jiān)測到的信號輸出給計算機(7)，計算機(7)將其接收到的液體的液面高 度監(jiān)測值與實驗設定的液體的液面高度設定值進行比對，當液體的液面高度監(jiān)測值小于液 體的液面高度設定值時，計算機(7)控制接通進液累（17-1)的供電回路，并驅(qū)動進液電磁閥 (17-2)打開，外部煤桿石淋濾液通過進液管（17-7)流入煤桿石淋濾液容器（17-9)內(nèi)，當液 體的液面高度監(jiān)測值大于液體的液面高度設定值時，計算機(7)控制斷開進液累（17-1)的 供電回路，并驅(qū)動進液電磁閥（17-2)關閉，停止往煤桿石淋濾液容器（17-9)內(nèi)注入煤桿石 淋濾液，從而使煤桿石淋濾液容器（17-9)內(nèi)液體的液面高度維持穩(wěn)定，保證了煤桿石淋濾 液入滲過程的持續(xù)進行； (2 )、在模擬中強度煤桿石淋濾液有徑流入滲過程中，未滲入原狀±樣（12)內(nèi)的煤桿石 淋濾液從出液口（ 10-1)內(nèi)流出并經(jīng)過塑料軟管（2)流入徑流量量杯（13);滲出原狀±樣 (12)內(nèi)的煤桿石淋濾液從通水孔（1-5)內(nèi)流出并經(jīng)過塑料軟管（2)流入出滲量測量量杯 (3 )，模擬中強度煤桿石淋濾液入滲過程中，第一流量傳感器(17-3)對煤桿石淋濾液入滲量 進行實時監(jiān)測并將監(jiān)測到的信號實時輸出給計算機(7)，徑流量量杯（13)對未滲入原狀± 樣（12)內(nèi)的煤桿石淋濾液的量進行監(jiān)測并記錄，當相鄰的兩個采樣時刻的未滲入原狀±樣 (12)內(nèi)的煤桿石淋濾液的量的差值小于等于1cm3時，說明達到了入滲穩(wěn)定，關閉煤桿石淋 濾液補給系統(tǒng)，停止實驗;此時，計算機(7)記錄為煤桿石淋濾液總降入量Qz;此時，查看徑 流量測量量杯（13)內(nèi)未滲入原狀±樣（12)內(nèi)的煤桿石淋濾液的量，并將該讀數(shù)記錄為煤桿 石淋濾液徑流量Qj;查看出滲量測量量杯(3)內(nèi)滲出原狀±樣（12)的煤桿石淋濾液的量，并 將該讀數(shù)記錄為煤桿石淋濾液出滲量Qc; 步驟五所述的Ξ種水力邊界條件，其高強度煤桿石淋濾液穩(wěn)定入滲的具體模擬步驟 為： (1)、向煤桿石淋濾液桶（14-1)內(nèi)加煤桿石淋濾液（15)，此時使止水閥（14-5)處于關閉 狀態(tài)，然后打開止水閥（14-5)，所述煤桿石淋濾液(15)經(jīng)輸液管（14-12)從煤桿石淋濾液噴 頭（14-9)流至圓柱構件（10)內(nèi)的抗水壓沖擊板(A)上，再到達原狀±樣（12)的上表面，所述 抗水壓沖擊板(A)起到保護原狀±樣（12)不受煤桿石淋濾液沖擊侵蝕的作用;位于U型水頭 控制管（10-2)內(nèi)的輕質(zhì)塑料片（14-8)與其上方的永久磁鐵（14-7)在煤桿石淋濾液（15)的 浮力作用下上升，達到與圓柱構件（10)內(nèi)液體的液面高度相同，當上部的圓柱構件（10)內(nèi) 液體的液面高度上升到實驗預設高度時，通過導線(9)給電線圈（14-6)供電形成電磁鐵，同 時通過把手（14-4)帶動轉(zhuǎn)輪（14-2)轉(zhuǎn)動，所述轉(zhuǎn)輪（14-2)上纏有拉線（14-3)，所述電線圈 (14-6)隨著拉線（14-3)在滑槽（14-13)內(nèi)垂直運動，轉(zhuǎn)動把手（14-4)調(diào)整拉線（14-3)長度 使止水閥（14-5)在輕質(zhì)彈黃（14-10)的作用下接近于關閉狀態(tài)來進行粗調(diào)，然后改變電線 圈（14-6)的外部導線(9)所接電源電壓的大小來進行精調(diào)，使此時止水閥（14-5)剛好處于 關閉狀態(tài)；當U型水頭控制管（10-2)內(nèi)液體的液面高度隨著上部的圓柱構件（10)內(nèi)液體的 液面高度下降時，所述輕質(zhì)塑料片（14-8)和永久磁鐵（14-7)也隨之下降，永久磁鐵（14-7) 與電線圈（14-6)之間的磁力減小，所述輕質(zhì)彈黃(14-10)受到的荷載增加產(chǎn)生壓縮形變，位 于輕質(zhì)彈黃(14-10)上的止水閥（14-5)打開，煤桿石淋濾液(15)繼續(xù)經(jīng)輸液管（14-12)從煤 桿石淋濾液噴頭（14-9)流入圓柱構件（10)內(nèi)進行補給;當補給到圓柱構件（10)內(nèi)液體的液 面高度再次上升到高出原狀±樣（12)預設實驗高度時，止水閥（14-5)就會處于關閉狀態(tài)， 反之則止水閥（14-5)打開繼續(xù)補給，模擬出了高強度煤桿石淋濾液穩(wěn)定入滲邊界條件； (2)、在模擬高強度煤桿石淋濾液穩(wěn)定入滲過程中，滲出原狀±樣（12)內(nèi)的煤桿石淋濾 液從通水孔（1-5)內(nèi)流出并經(jīng)過塑料軟管(2)流入出滲量測量量杯(3);在高強度煤桿石淋 濾液穩(wěn)定入滲過程中，觀測到煤桿石淋濾液桶（14-1)的補水間隔為2小時W上時，說明達到 入滲穩(wěn)定，關閉煤桿石淋濾液補給系統(tǒng)，停止實驗;此時，煤桿石淋濾液桶（14-1)內(nèi)煤桿石 淋濾液（15)的損失量記錄為煤桿石淋濾液總降入量Qz，同時，將煤桿石淋濾液桶（14-1)內(nèi) 煤桿石淋濾液（15)的損失量與圓柱構件（10)內(nèi)未滲入的煤桿石淋濾液的量之差記錄為煤 桿石淋濾液入滲量Qr，查看出滲量測量量杯(3)內(nèi)滲出原狀±樣（12)的煤桿石淋濾液的量， 并將該讀數(shù)記錄為煤桿石淋濾液出滲量Qc。
【文檔編號】G01N33/24GK106093347SQ201610480182
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月25日
【發(fā)明人】王雙明, 王生全, 毛正君
【申請人】西安科技大學