本发明属于扩散系数测量技术领域,具体涉及一种裂隙填充物扩散系数测量装置及方法。
背景技术:
扩散系数的获取依靠扩散装置在介质两侧形成示踪元素/化合物浓度差,依靠浓度差驱动高浓度溶液中示踪物质的扩散,通过测定示踪物质的浓度变化,计算出溶液中示踪物质在介质中的扩散系数。
现有扩散系数测试装置,样品被封装在样品室中,含有示踪物质的高浓度溶液和不含示踪物质的空白溶液分别进入样品室的两侧部分,示踪物质在浓度梯度的驱动下从一侧扩散至另一侧,并进入空白溶液中。通过测定空白溶液中示踪物质的浓度,得到示踪物质在介质中的扩散系数,扩散系数准确测定的关键是实验过程中始终保持介质两侧的液位差为零。
利用现有扩散系数测试装置进行测试时,存在的主要问题是:1)介质两侧的溶液存在液位差,造成溶液具有从高液位一侧向低液位一侧流动的趋势,因此,实际所测量的溶液样品中示踪物质的浓度变化不仅受溶液浓度差的影响,还受到来自介质两侧溶液液位差的严重影响,造成扩散速率测试结果有相当大且不可预估的系统误差;2)取样过程中由于不能保证液位差每时每刻为零,而造成溶液形成或左或右的对流,这导致最终扩散系数计算值严重偏大;3)实施平行实验时,由于不同扩散装置中源液池中浓度在整个实验周期中很难控制到完全一样,所以造成实验结果的不确定度增大。
技术实现要素:
鉴于现有扩散系数测试装置及方法针对的介质多是致密的岩石样品,存在明显缺陷或不足,本发明旨在提供一种裂隙填充物扩散系数测量装置及方法,用以解决现有扩散系数测量装置及方法未考虑介质较松散、样品两侧溶液液位差不为零易造成严重对流弥散以及平行样扩散实验源液池浓度不一致等问题。
为达到以上目的,本发明采用的技术方案是一种裂隙填充物扩散系数测量装置,其中,包括垂直设置在封闭的源液池上的直筒型的扩散柱和连通柱;所述扩散柱的顶端设有取样池,所述取样池位于所述源液池之外;所述扩散柱的底端位于所述源液池内部,设有填充室,用于填充裂隙填充物;所述连通柱用于所述源液池与外部环境的连通;所述连通柱的顶端与所述扩散柱的顶端高度相同。
进一步,所述扩散柱的数量大于等于3根,所述连通柱为1根。
进一步,所述填充室的一部分位于所述源液池内部的液面之下,另一部分位于所述液面之上。
进一步,所述取样池通过所述填充室与所述源液池内部连通。
进一步,还包括设置在所述源液池底部之外的磁力搅拌器和位于所述源液池内部的与所述磁力搅拌器相作用的搅拌子。
进一步,所述扩散柱的顶端和所述连通柱的顶端能够使用多道取样器同时提取或补充溶液。
为达到以上目的,本发明还公开了用于以上所述的一种裂隙填充物扩散系数测量装置的一种裂隙填充物扩散系数测量方法,包括如下步骤:
步骤s1,对采集的裂隙填充物进行粉碎,对粉碎后的所述裂隙填充物进行筛选,将筛选出的所述裂隙填充物与水充分混合振荡十天后分离,得到所述裂隙填充物的待测样品和用于所述裂隙填充物的预平衡水;
步骤s2,进行所述待测样品的填装和压实;
步骤s3,将所述扩散柱和所述连通柱设置在所述源液池上;
步骤s4,通过所述连通柱向所述源液池中加入所述预平衡水,使得所述扩散柱和所述连通柱中的液面升至所述取样池的上端;若无溶液从所述扩散柱和所述连通柱与所述源液池的连接处渗出,则表示密封性良好,进行下一步实验操作;
步骤s5,将10-5mol/l-10-10mol/l的示踪溶液加入所述连通柱的中下端,打开所述磁力搅拌器,搅拌1分钟后,停止搅拌;
步骤s6,用所述多道取样器同时从所述扩散柱的上端和所述连通柱的上端取样测量,然后用所述多道取样器同时向所述扩散柱的上端和所述连通柱的上端补入同体积的所述预平衡水;
步骤s7,每10分钟重复所述步骤s6。
进一步,在所述步骤s4中,若有溶液从所述扩散柱和所述连通柱与所述源液池的连接处渗出,则对所述扩散柱和所述连通柱与所述源液池的连接处进行密封,并检查密封性是否良好。
本发明的有益效果在于:
1.由于裂隙本发明采用三个平行的扩散柱1和一个连通柱4进行扩散实验,实验过程中同时取样和补偿,即完美地解决了保持实验全周期中液位差为零的难题,又精准地设计了高度平行的实验条件和过程,精巧的设计合理的方法降低了系统误差减小了偶然误差,使得测量结果更可靠准确。
2.三个平行的扩散柱1的设置提高了效率,节省了材料。
3.测量装置结构简单,操作简便快捷,降低了实验器材的制作成本。
附图说明
图1是本发明具体实施方式中所述的一种裂隙填充物扩散系数测量装置的示意图;
图中:1-扩散柱,2-取样池,3-裂隙填充物,4-连通柱,5-源液池,6-搅拌子,7-磁力搅拌器,8-多道取样器。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。
如图1所示,本发明提供的一种裂隙填充物扩散系数测量装置,其中,包括垂直设置在封闭的源液池5上的直筒型的扩散柱1和连通柱4;扩散柱1的顶端设有取样池2,取样池2位于源液池5之外;扩散柱1的底端位于源液池5内部,设有填充室,用于填充裂隙填充物3;连通柱4用于源液池5与外部环境的连通;连通柱4的顶端与扩散柱1的顶端高度相同(位于源液池5之外的部分的高度相同)。
扩散柱1的数量大于等于3根,连通柱4为1根。
填充室的一部分位于源液池5内部的液面之下,另一部分位于液面之上。
取样池2通过填充室与源液池5内部连通。
还包括设置在源液池5底部之外的磁力搅拌器7和位于源液池5内部的与磁力搅拌器7相作用的搅拌子6。
扩散柱1的顶端和连通柱4的顶端能够使用多道取样器8同时提取或补充溶液。
本发明还公开了用于以上所述的裂隙填充物扩散系数测量装置的一种裂隙填充物扩散系数测量一种裂隙填充物扩散系数测量方法,包括如下步骤:
步骤s1,对采集的裂隙填充物3进行粉碎,对粉碎后的所述裂隙填充物3进行筛选,筛选出一定目数的裂隙填充物3与水(例如某中特定地质环境中的地下水)充分混合振荡十天后分离,得到裂隙填充物3的待测样品和用于裂隙填充物3的预平衡水;
步骤s2,进行待测样品的填装和压实(将裂隙填充物3填充并压实在扩散柱1的填充室内);
步骤s3,将扩散柱1(3根)和连通柱4设置在源液池5上;
步骤s4,通过连通柱4向源液池5中加入裂隙填充物3的预平衡水,使得扩散柱1(3根)和连通柱4中的液面升至取样池2的上端;若无溶液从扩散柱1和连通柱4与源液池5的连接处渗出,则表示密封性良好,进行下一步实验操作;
步骤s5,用长针注射器将10-5mol/l-10-10mol/l的示踪溶液加入连通柱4的中下端,打开磁力搅拌器7,搅拌1分钟后,停止搅拌;
步骤s6,用多道取样器8同时从扩散柱1(3根)的上端(取样池2)和连通柱4的上端取样测量,然后用多道取样器8同时向扩散柱1(3根)的上端(取样池2)和连通柱4的上端补入同体积的预平衡水;
步骤s7,每10分钟重复步骤s6(用多道取样器8同时从扩散柱1和连通柱4上端取样测量和补偿预平衡水)。
在步骤s4中,若有溶液从扩散柱1和连通柱4与源液池5的连接处渗出,则对扩散柱1和连通柱4与源液池5的连接处进行密封,并检查密封性是否良好。
本发明所述的装置并不限于具体实施方式中所述的实施例,本领域技术人员根据本发明的技术方案得出其他的实施方式,同样属于本发明的技术创新范围。
1.一种裂隙填充物扩散系数测量装置,其特征是:包括垂直设置在封闭的源液池(5)上的直筒型的扩散柱(1)和连通柱(4);所述扩散柱(1)的顶端设有取样池(2),所述取样池(2)位于所述源液池(5)之外;所述扩散柱(1)的底端位于所述源液池(5)内部,设有填充室,用于填充裂隙填充物(3);所述连通柱(4)用于所述源液池(5)与外部环境的连通;所述连通柱(4)的顶端与所述扩散柱(1)的顶端高度相同。
2.如权利要求1所述的裂隙填充物扩散系数测量装置,其特征是:所述扩散柱(1)的数量大于等于3根,所述连通柱(4)为1根。
3.如权利要求1所述的裂隙填充物扩散系数测量装置,其特征是:所述填充室的一部分位于所述源液池(5)内部的液面之下,另一部分位于所述液面之上。
4.如权利要求3所述的裂隙填充物扩散系数测量装置,其特征是:所述取样池(2)通过所述填充室与所述源液池(5)内部连通。
5.如权利要求2所述的裂隙填充物扩散系数测量装置,其特征是:还包括设置在所述源液池(5)底部之外的磁力搅拌器(7)和位于所述源液池(5)内部的与所述磁力搅拌器(7)相作用的搅拌子(6)。
6.如权利要求5所述的裂隙填充物扩散系数测量装置,其特征是:所述扩散柱(1)的顶端和所述连通柱(4)的顶端能够使用多道取样器(8)同时提取或补充溶液。
7.用于如权利要求6所述的裂隙填充物扩散系数测量装置的一种裂隙填充物扩散系数测量方法,包括如下步骤:
步骤s1,对采集的裂隙填充物(3)进行粉碎,对粉碎后的所述裂隙填充物(3)进行筛选,将筛选出的所述裂隙填充物(3)与水充分混合振荡十天后分离,得到所述裂隙填充物(3)的待测样品和用于所述裂隙填充物(3)的预平衡水;
步骤s2,进行所述待测样品的填装和压实;
步骤s3,将所述扩散柱(1)和所述连通柱(4)设置在所述源液池(5)上;
步骤s4,通过所述连通柱(4)向所述源液池(5)中加入所述预平衡水,使得所述扩散柱(1)和所述连通柱(4)中的液面升至所述取样池(2)的上端;若无溶液从所述扩散柱(1)和所述连通柱(4)与所述源液池(5)的连接处渗出,则表示密封性良好,进行下一步实验操作;
步骤s5,将10-5mol/l-10-10mol/l的示踪溶液加入所述连通柱(4)的中下端,打开所述磁力搅拌器(7),搅拌1分钟后,停止搅拌;
步骤s6,用所述多道取样器(8)同时从所述扩散柱(1)的上端和所述连通柱(4)的上端取样测量,然后用所述多道取样器(8)同时向所述扩散柱(1)的上端和所述连通柱(4)的上端补入同体积的所述预平衡水;
步骤s7,每10分钟重复所述步骤s6。
8.如权利要求7所述的裂隙填充物扩散系数测量方法,其特征是:在所述步骤s4中,若有溶液从所述扩散柱(1)和所述连通柱(4)与所述源液池(5)的连接处渗出,则对所述扩散柱(1)和所述连通柱(4)与所述源液池(5)的连接处进行密封,并检查密封性是否良好。
技术总结