污染土体吸力及孔隙溶液浓度测定方法及装置

摘要

本发明提供了一种污染土体吸力及孔隙溶液浓度测定方法及装置，本方法包括：制备标准试样、进行标定试验、标定拟合曲线、控制试样吸力、记录并分析数据和计算试样吸力及孔隙溶液浓度；本装置包括：顶盖、土柱腔室、基座、化学溶液循环系统、气体循环系统和数据采集系统；本发明采用渗析法和气相法准确控制土中吸力，可测定不同化学污染土体在不同含水量下对应的基质吸力和渗透吸力，采用TDR技术测定土体含水量和孔隙溶液浓度，根据土水特征曲线和孔隙溶液电导率与孔隙溶液浓度之间的对应关系可实现土中吸力及孔隙溶液浓度联合测定，具有精度高、速度快、无损、自动化监测等优点。

权利要求

1.一种污染土体吸力及孔隙溶液浓度测定方法，其特征在于，包括：步骤一，制备标准试样，将预设量不同浓度的化学溶液与试样均匀混合，分别配制预设体积含水量范围内的若干标准试样，并将标准试样送入测定装置内部；

步骤二，进行标定试验，测试标准试样的介电常数ε和电阻抗ZL，结合标准试样的电阻抗计算试样电导率值σs，测试标准试样实测含水量θ以及孔隙溶液电导率值σw；

步骤三，标定拟合曲线，将介电常数ε与标准试样实测含水量θ进行拟合，得到ε‑θ标定拟合曲线，试样电导率值σs与实测孔隙液电导率值σw进行线性拟合，得到σs‑σw标定拟合曲线；

步骤四，制备试样并控制试样吸力，制备测定用的试样，将试样送入测定装置内部，利用试验装置控制试样吸力，直到试样土体内部达到平衡；

步骤五，记录并分析数据，读取并记录试验数据，得到ε和σs测定值，利用ε‑θ和σs‑σw标定拟合曲线计算试样对应的体积含水量θ和孔隙溶液电导率σw；

步骤六，计算试样吸力及孔隙溶液浓度，根据孔隙溶液浓度C和孔隙溶液电导率σw的对应关系，计算孔隙溶液浓度C；结合试样体积含水量θ和试样土水特征曲线，计算试样总吸力基质吸力 和渗透吸力π。

2.根据权利要求1所述的污染土体吸力及孔隙溶液浓度测定方法，其特征在于，在步骤一中，采用0.01mol/L或0.03mol/L或0.05mol/L浓度的KCl溶液，与土样混合均匀后压实制成多个试验标准试样，并保持标准试样的体积含水量在0.3‑0.6之间。

3.根据权利要求1所述的污染土体吸力及孔隙溶液浓度测定方法，其特征在于，在步骤二中，通过TDR探头测试试样的介电常数ε和电阻抗ZL，通过经验公式，结合标准试样的电阻抗计算试样电导率σs，用烘干法测试标准试样实测含水量θ，采用电导率仪实测土中孔隙溶液电导率σw。

4.根据权利要求1所述的污染土体吸力及孔隙溶液浓度测定方法，其特征在于，在步骤四中，采用渗析法或气相法控制试样吸力；采用渗析法控制试样吸力时，利用试验装置向试样泵送测试溶液；采用气相法控制试样吸力时，利用试验装置向试样通入具有预设吸力值的气体。

5.根据权利要求4所述的污染土体吸力及孔隙溶液浓度测定方法，其特征在于，向试样泵送测试溶液采用0.005mol/L‑0.05mol/L的KCl溶液、CaCl2溶液或500mg/L的COD/BOD溶液；向试样通入具有预设吸力值的气体利用K2SO4、ZnSO4、NaCl、K2CO3或LiCl的饱和盐溶液控制不同吸力值的气体。

6.根据权利要求1‑5任一项所述的污染土体吸力及孔隙溶液浓度测定方法，其特征在于，本方法通过一种污染土体吸力及孔隙溶液浓度测定装置进行测定操作，所述污染土体吸力及孔隙溶液浓度测定装置包括：顶盖、土柱腔室、基座、化学溶液循环系统、气体循环系统和数据采集系统；

所述顶盖设置在所述土柱腔室的上端，所述基座设置在所述土柱腔室的下端，所述顶盖、土柱腔室和基座相配合形成了密闭空间，所述密闭空间用于放置试样；所述顶盖开设有气体入口和气体出口，所述气体循环系统通过所述气体入口和气体出口与所述土柱腔室的内部连通，所述气体循环系统用于向所述土柱腔室的内部提供不同吸力值的气体；所述基座开设有溶液入口和溶液出口，所述化学溶液循环系统通过所述溶液入口和溶液出口与所述土柱腔室的内部连通，所述化学溶液循环系统用于向所述土柱腔室的内部提供不同测试溶液；所述土柱腔室的外壁均匀开设有多个预制孔，所述数据采集系统设置有多个TDR探头，所述TDR探头通过所述预制孔埋设在所述试样内，所述数据采集系统用于测试所述试样的各项参数；

所述顶盖底部设置有圆形凸台，所述气体出口和气体入口均从所述顶盖的顶面连通至所述圆形凸台的底面，所述圆形凸台的直径与所述土柱腔室的内径相同，所述圆形凸台紧密插设在所述土柱腔室的内部；所述基座为竖直设置的碗状结构，所述基座的凹槽内径与所述土柱腔室的外径相同，所述土柱腔室紧密插设在所述基座内，所述溶液入口和溶液出口均从所述基座的底面连通至基座的凹槽底面；

所述试样与圆形凸台和基座之间均设置有透水石，所述试样与基座之间还设置有半透膜；

所述化学溶液循环系统设置有溶液瓶和蠕动泵，所述溶液瓶内放置有所述测试溶液，所述溶液瓶内设置有溶液输入蠕动管和溶液输出蠕动管，所述溶液输入蠕动管的一端管口设置在所述测试溶液的液面上，所述溶液输入蠕动管的另一端管口用于连接所述溶液出口，所述溶液输出蠕动管的一端管口设置在所述测试溶液的液面之下，所述溶液输出蠕动管的另一端管口设置有一阀门并用于连通所述溶液入口，所述蠕动泵设置在所述溶液输出蠕动管的中部用于提供溶液循环动力；

所述气体循环系统设置有干燥皿和气动泵，所述干燥皿内设置有饱和盐溶液，所述干燥皿内部设置有气体输出管和气体输入管，所述干燥皿整体密封通过所述气体输出管和气体输入管与外界连通，所述气体输出管的一端穿过所述干燥皿的外壁设置在所述饱和盐溶液的液面之上，所述气体输出管的另一端接通所述气体入口，所述气体输入管的一端接通所述气体出口，所述气体输入管的另一端穿过所述干燥皿的外壁设置在所述饱和盐溶液的液面下，所述气体输入管的中部接入所述气动泵用于提供气体动力。

说明书

污染土体吸力及孔隙溶液浓度测定方法及装置

技术领域

[0001] 本发明涉及地质工程及土木工程(岩土)技术领域，特别涉及一种污染土体吸力及孔隙溶液浓度测定方法及装置。

背景技术

[0002] 固体废弃物处理场、化工厂、有色金属冶炼厂等工矿企业在建设和运营期间向周围环境排放了大量的有机和无机污染物，使原厂址成为严重污染场地。污染场地中，污染土
的工程性质及孔隙溶液中污染物溶质迁移是人们最为关注的两个问题。

[0003] 土的吸力是研究非饱和污染土工程性质的一项重要参数，含水量及孔隙溶液浓度变化则反应了污染土中溶质迁移规律。为了对污染土展开深入研究，对上述参数进行测定
是首要前提。

[0004] 时域反射法(Time Domain Reflectometry，TDR)利用驻波技术可测定土体的介电常数和电阻抗，可用于完成土中体积含水量和孔隙溶液浓度的测定；现有技术存在有许多
方法能对上述参数实施准确测定，其中少数运用到了时域反射法，但仍存在试验方法复杂、
测定各参数费时且某些参数的测定方法对土体具有破坏性等问题。

发明内容

[0005] 本发明提供了一种污染土体吸力及孔隙溶液浓度测定方法及装置，其目的是为了避免现有方法测定土中吸力和孔隙溶液浓度试验流程复杂、对土体具有破坏性的问题。

[0006] 为了达到上述目的，本发明的实施例提供了一种污染土体吸力及孔隙溶液浓度测定方法，包括：

[0007] 步骤一，制备标准试样，将预设量不同浓度的化学溶液与试样均匀混合，分别配制预设体积含水量范围内的若干标准试样，并将标准试样送入测定装置内部；

[0008] 步骤二，进行标定试验，测试标准试样的介电常数ε和电阻抗ZL，结合标准试样的电阻抗计算试样电导率值σs，测试标准试样实测含水量θ以及孔隙溶液电导率值σw；

[0009] 步骤三，标定拟合曲线，将介电常数ε与标准试样实测含水量θ进行拟合，得到ε‑θ标定拟合曲线，试样电导率值σs与实测孔隙液电导率值σw进行线性拟合，得到σs‑σw标定拟
合曲线；

[0010] 步骤四，制备试样并控制试样吸力，制备测定用的试样，将试样送入测定装置内部，利用试验装置控制试样吸力，直到试样土体内部达到平衡；

[0011] 步骤五，记录并分析数据，读取并记录试验数据，得到ε和σs测定值，利用ε‑θ和σs‑σw标定拟合曲线计算试样对应的体积含水量θ和孔隙溶液电导率σw；

[0012] 步骤六，计算试样吸力及孔隙溶液浓度，根据孔隙溶液浓度C和孔隙溶液电导率σw的对应关系，计算孔隙溶液浓度C；结合试样体积含水量θ和试样土水特征曲线，计算试样总
吸力 基质吸力 和渗透吸力π。

[0013] 其中，在步骤一中，可采用3种浓度的KCl溶液(0.01mol/L，0.03mol/L，0.05mol/L)，与土样混合均匀后压实制成多个试验标准试样，并保持标准试样的体积含水量在0.3‑
0.6之间。

[0014] 其中，在步骤二中，通过TDR探头测试试样的介电常数ε和电阻抗ZL，通过经验公式，结合标准试样的电阻抗计算试样电导率σs，用烘干法测试标准试样实测含水量θ，采用
电导率仪实测土中孔隙溶液电导率σw。

[0015] 其中，在步骤四中，采用渗析法或气相法控制试样吸力；采用渗析法控制试样吸力时，利用试验装置向试样泵送测试溶液；采用气相法控制试样吸力时，利用试验装置向试样
通入具有预设吸力值的气体。

[0016] 其中，向试样泵送测试溶液可采用0.005mol/L‑0.05mol/L的KCl溶液、CaCl2溶液或500mg/L的COD/BOD溶液；向试样通入具有预设吸力值的气体可利用K2SO4、ZnSO4、NaCl、
K2CO3或LiCl的饱和盐溶液控制不同吸力值的气体。

[0017] 本发明的实施例还提供了一种污染土体吸力及孔隙溶液浓度测定装置，包括：顶盖、土柱腔室、基座、化学溶液循环系统、气体循环系统和数据采集系统；

[0018] 所述顶盖设置在所述土柱腔室的上端，所述基座设置在所述土柱腔室的下端，所述顶盖、土柱腔室和基座相配合形成了密闭空间，所述密闭空间用于放置试样；所述顶盖开
设有气体入口和气体出口，所述气体循环系统通过所述气体入口和气体出口与所述土柱腔
室的内部连通，所述气体循环系统用于向所述土柱腔室的内部提供不同吸力值的气体；所
述基座开设有溶液入口和溶液出口，所述化学溶液循环系统通过所述溶液入口和溶液出口
与所述土柱腔室的内部连通，所述化学溶液循环系统用于向所述土柱腔室的内部提供不同
测试溶液；所述土柱腔室的外壁均匀开设有多个预制孔，所述数据采集系统设置有多个TDR
探头，所述TDR探头通过所述预制孔埋设在所述试样内，所述数据采集系统用于测试所述试
样的各项参数。

[0019] 其中，所述顶盖底部设置有圆形凸台，所述气体出口和气体入口均从所述顶盖的顶面连通至所述圆形凸台的底面，所述圆形凸台的直径与所述土柱腔室的内径相同，所述
圆形凸台紧密插设在所述土柱腔室的内部；所述基座为竖直设置的碗状结构，所述基座的
凹槽内径与所述土柱腔室的外径相同，所述土柱腔室紧密插设在所述基座内，所述溶液入
口和溶液出口均从所述基座的底面连通至基座的凹槽底面。

[0020] 其中，所述试样与圆形凸台和基座之间均设置有透水石，所述试样与基座之间还设置有半透膜。

[0021] 其中，所述化学溶液循环系统设置有溶液瓶和蠕动泵，所述溶液瓶内放置有所述测试溶液，所述溶液瓶内设置有溶液输入蠕动管和溶液输出蠕动管，所述溶液输入蠕动管
的一端管口设置在所述测试溶液的液面上，所述溶液输入蠕动管的另一端管口用于连接所
述溶液出口，所述溶液输出蠕动管的一端管口设置在所述测试溶液的液面之下，所述溶液
输出蠕动管的另一端管口设置有一阀门并用于连通所述溶液入口，所述蠕动泵设置在所述
溶液输出蠕动管的中部用于提供溶液循环动力。

[0022] 其中，所述气体循环系统设置有干燥皿和气动泵，所述干燥皿内设置有饱和盐溶液，所述干燥皿内部设置有气体输出管和气体输入管，所述干燥皿整体密封通过所述气体
输出管和气体输入管与外界连通，所述气体输出管的一端穿过所述干燥皿的外壁设置在所
述饱和盐溶液的液面之上，所述气体输出管的另一端接通所述气体入口，所述气体输入管
的一端接通所述气体出口，所述气体输入管的另一端穿过所述干燥皿的外壁设置在所述饱
和盐溶液的液面下，所述气体输入管的中部接入所述气动泵用于提供气体动力。

[0023] 本发明的上述方案有如下的有益效果：

[0024] (1)本发明采用时域反射法(TDR)测定土体体积含水量和孔隙溶液电导率，根据土水特征曲线和孔隙溶液电导率与孔隙溶液浓度之间的对应关系可实现土中吸力及孔隙溶
液浓度联合测定，从而简化测定流程；

[0025] (2)本发明装置包括有化学溶液循环系统和气体循环系统，采用渗析法和气相法准确控制土中吸力，可测定不同化学污染土体在不同含水量下对应的基质吸力和渗透吸
力；

[0026] (3)本发明采用TDR技术测定土体含水量和孔隙溶液浓度，具有精度高、速度快、无损、自动化监测等优点。

附图说明

[0027] 图1为本发明的污染土体吸力及孔隙溶液浓度测定装置的流程简化示意图；

[0028] 图2为本发明的污染土体吸力及孔隙溶液浓度测定方法的主体结构示意图；

[0029] 图3为本发明的污染土体吸力及孔隙溶液浓度测定装置的化学溶液循环系统示意图；

[0030] 图4为本发明的污染土体吸力及孔隙溶液浓度测定装置的气体循环系统示意图。

[0031] 【附图标记说明】

[0032] 1‑顶盖；2‑土柱腔室；3‑基座；4‑化学溶液循环系统；5‑气体循环系统；6‑数据采集系统；7‑试样；8‑透水石；9‑半透膜；11‑气体入口；12‑气体出口；13‑圆形凸台；21‑预制孔；
31‑溶液入口；32‑溶液出口；41‑测试溶液；42‑溶液瓶；43‑蠕动泵；44‑溶液输入蠕动管；45‑
溶液输出蠕动管；46‑阀门；51‑干燥皿；52‑气动泵；53‑饱和盐溶液；54‑气体输出管；55‑气
体输入管；61‑TDR探头。

具体实施方式

[0033] 为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

[0034] 本发明针对现有方法测定土中吸力和孔隙溶液浓度试验流程复杂、对土体具有破坏性的问题，提供了一种污染土体吸力及孔隙溶液浓度测定方法。

[0035] 实施例1：

[0036] 如图1所示，本发明的实施例提供了一种污染土体吸力及孔隙溶液浓度测定方法，包括：

[0037] 步骤一，制备标准试样，将预设量不同浓度的化学溶液与试样均匀混合，分别配制预设体积含水量范围内的若干标准试样，并将标准试样送入测定装置内部；

[0038] 步骤二，进行标定试验，测试标准试样的介电常数ε和电阻抗ZL，结合标准试样的电阻抗计算试样电导率值σs，测试标准试样实测含水量θ以及孔隙溶液电导率值σw；

[0039] 步骤三，标定拟合曲线，将介电常数ε与标准试样实测含水量θ进行拟合，得到ε‑θ标定拟合曲线，试样电导率值σs与实测孔隙液电导率值σw进行线性拟合，得到σs‑σw标定拟
合曲线；

[0040] 步骤四，制备试样并控制试样吸力，制备测定用的试样，将试样送入测定装置内部，利用试验装置控制试样吸力，直到试样土体内部达到平衡；

[0041] 步骤五，记录并分析数据，读取并记录试验数据，得到ε和σs测定值，利用ε‑θ和σs‑σw标定拟合曲线计算试样对应的体积含水量θ和孔隙溶液电导率σw；

[0042] 步骤六，计算试样吸力及孔隙溶液浓度，根据孔隙溶液浓度C和孔隙溶液电导率σw的对应关系，计算孔隙溶液浓度C；结合试样体积含水量θ和试样土水特征曲线，计算试样总
吸力 基质吸力 和渗透吸力π。

[0043] 本发明上述实施例所述的污染土体吸力及孔隙溶液浓度测定方法，能够测定土体体积含水量和孔隙溶液电导率，根据土水特征曲线和孔隙溶液电导率与孔隙溶液浓度之间
的对应关系可实现土中吸力及孔隙溶液浓度联合测定，从而简化了吸力及孔隙溶液浓度测
定的流程，缩短了测试时间。

[0044] 其中，在步骤一中，采用3种浓度的KCl溶液(0.01mol/L，0.03mol/L，0.05mol/L)，与土样混合均匀后压实制成多个试验标准试样，并保持标准试样的体积含水量在0.3‑0.6
之间。

[0045] 本发明上述实施例所述的污染土体吸力及孔隙溶液浓度测定方法，优选地将KCl溶液与土样混合均匀后应压实制成八个或八个以上试验标准试样，使得试验参数测定更加
准确。

[0046] 其中，在步骤二中，通过TDR探头测试试样的介电常数ε和电阻抗ZL，通过经验公式，结合标准试样的电阻抗计算试样电导率σs，用烘干法测试标准试样实测含水量θ，采用
电导率仪实测土中孔隙溶液电导率σw。

[0047] 其中，在步骤四中，采用渗析法或气相法控制试样吸力；采用渗析法控制试样吸力时，利用试验装置向试样泵送测试溶液；采用气相法控制试样吸力时，利用试验装置向试样
通入具有预设吸力值的气体。

[0048] 其中，向试样泵送测试溶液可采用0.005mol/L‑0.05mol/L的KCl溶液、CaCl2溶液或500mg/L的COD/BOD溶液；向试样通入具有预设吸力值的气体可利用K2SO4、ZnSO4、NaCl、
K2CO3或LiCl的饱和盐溶液控制不同吸力值的气体。

[0049] 本发明上述实施例所述的污染土体吸力及孔隙溶液浓度测定方法，K2SO4、ZnSO4、NaCl、K2CO3或LiCl的饱和盐溶液分别能够用于控制4.2MPa、12.6MPa、38MPa、110MPa和
309MPa气体。

[0050] 实施例2：

[0051] 如图2、3、4所示，本发明的实施例提供了一种污染土体吸力及孔隙溶液浓度测定装置，包括：顶盖1、土柱腔室2、基座3、化学溶液循环系统4、气体循环系统5和数据采集系统
6；所述顶盖1设置在所述土柱腔室2的上端，所述基座3设置在所述土柱腔室2的下端，所述
顶盖1、土柱腔室2和基座3相配合形成了密闭空间，所述密闭空间用于放置试样7；所述顶盖
1开设有气体入口11和气体出口12，所述气体循环系统5通过所述气体入口11和气体出口12
与所述土柱腔室2内部连通，所述气体循环系统5用于向所述土柱腔室2的内部提供不同吸
力值的气体；所述基座3开设有溶液入口31和溶液出口32，所述化学溶液循环系统4通过所
述溶液入口31和溶液出口32与所述土柱腔室2的内部连通，所述化学溶液循环系统4用于向
所述土柱腔室2的内部提供不同测试溶液41；所述土柱腔室2的外壁均匀开设有多个预制孔
21，所述数据采集系统6设置有多个TDR探头61，所述TDR探头61通过所述预制孔21埋设在所
述试样7内，所述数据采集系统6用于测试所述试样7的各项参数。

[0052] 本发明上述实施例所述的污染土体吸力及孔隙溶液浓度测定装置，所述顶盖1、土柱腔室2和基座3内部用于放置所述试样7，当需要采用渗析法控制所述试样7吸力时，则将
所述化学溶液循环系统4连接至所述溶液入口31和溶液出口32，当需要采用气相法控制所
述试样7吸力时，则将气体循环系统5连接至所述气体入口11和气体出口12，在控制所述试
样吸力直到所述试样内部达到平衡状态时，通过所述数据采集系统6读取并记录相应试验
数据，从而配合完成污染土体吸力及孔隙溶液浓度测定。

[0053] 其中，所述顶盖1底部设置有圆形凸台13，所述气体出口12和气体入口11均从所述顶盖1的顶面连通至所述圆形凸台13的底面，所述圆形凸台13的直径与所述土柱腔室2的内
径相同，所述圆形凸台13紧密插设在所述土柱腔室2的内部；所述基座3为竖直设置的碗状
结构，所述基座3的凹槽内径与所述土柱腔室2的外径相同，所述土柱腔室2紧密插设在所述
基座3内，所述溶液入口31和溶液出口32均从所述基座3的底面连通至基座3的凹槽底面。

[0054] 本发明上述实施例所述的污染土体吸力及孔隙溶液浓度测定装置，所述顶盖1通过所述圆形凸台13插设在所述土柱腔室2的上端开口，所述基座3通过上方所述基座3的凹
槽套设在所述土柱腔室2的下端开口外，由于所述圆形凸台13的直径与所述土柱腔室2的内
径相同，所述基座3的凹槽内径与所述土柱腔室2的外径相同，因此所述顶盖1、土柱腔室2和
基座3形成了具有气密性、防渗水的密闭腔室；当通入气体或溶液时，会分别由所述试样7的
顶部和底部接触进入。

[0055] 其中，所述试样7与圆形凸台13和基座3之间均设置有透水石8，所述试样7与基座3之间还设置有半透膜9。

[0056] 本发明上述实施例所述的污染土体吸力及孔隙溶液浓度测定装置，所述半透膜9包裹在底部的所述透水石8上的一部分，所述试样7中的孔隙溶液和化学溶液中溶剂(水)可
自由通过所述半透膜9，溶质分子(盐、重金属离子、PEG等)不能通过，所述试样7与外部化学
溶液之间存在渗透吸力梯度，以控制所述试样7中的吸力。

[0057] 其中，所述化学溶液循环系统4设置有溶液瓶42和蠕动泵43，所述溶液瓶42内放置有所述测试溶液41，所述溶液瓶42内设置有溶液输入蠕动管44和溶液输出蠕动管45，所述
溶液输入蠕动管44的一端管口设置在所述测试溶液41的液面上，所述溶液输入蠕动管44的
另一端管口用于连接所述溶液出口32，所述溶液输出蠕动管45的一端管口设置在所述测试
溶液41的液面之下，所述溶液输出蠕动管45的另一端管口设置有一阀门46并用于连通所述
溶液入口31，所述蠕动泵43设置在所述溶液输出蠕动管45的中部用于提供溶液循环动力。

[0058] 本发明上述实施例所述的污染土体吸力及孔隙溶液浓度测定装置，所述测试溶液41通过所述蠕动泵43驱动，由所述溶液瓶42自所述溶液输出蠕动管45流出流入所述溶液入
口31从而令溶剂渗入所述试样7内，所述试样7饱和后过剩的所述测试溶液41的溶剂会由所
述溶液出口32流向所述溶液输入蠕动管44进而返回所述溶液瓶42；所述测试溶液41可采用
0.005mol/L‑0.05mol/L的KCl溶液、CaCl2溶液或500mg/L的COD/BOD溶液。

[0059] 其中，所述气体循环系统5设置有干燥皿51和气动泵52，所述干燥皿51内设置有饱和盐溶液53，所述干燥皿51内部设置有气体输出管54和气体输入管55，所述干燥皿51整体
密封通过所述气体输出管54和气体输入管55与外界连通，所述气体输出管54的一端穿过所
述干燥皿51的外壁设置在所述饱和盐溶液53的液面之上，所述气体输出管54的另一端接通
所述气体入口11，所述气体输入管55的一端接通所述气体出口12，所述气体输入管55的另
一端穿过所述干燥皿51的外壁设置在所述饱和盐溶液53的液面下，所述气体输入管55的中
部接入所述气动泵52用于提供气体动力。

[0060] 本发明上述实施例所述的污染土体吸力及孔隙溶液浓度测定装置，所述干燥皿51内设置有所述饱和盐溶液53，所述气动泵52速度可调，所述气动泵52泵送的气体经过所述
饱和盐溶液53会变成具有固定吸力大小的气体，如：K2SO4、ZnSO4、NaCl、K2CO3或LiCl的所述
饱和盐溶液53分别能够用于控制4.2MPa、12.6MPa、38MPa、110MPa和309MPa气体。

[0061] 实施例3：

[0062] 本发明的实施例3采用渗析法控制土中吸力，具体试验流程和方法如下：

[0063] (1)首先，对TDR系统进行含水量和孔隙溶液电导率的标定试验。

[0064] 采用3种浓度的KCl溶液(0.01mol/L，0.03mol/L，0.05mol/L)，与土样混合均匀后压实制成8个标准试样(所述标准试样的数量可大于8个)，并保持所述标准试样体积含水量
在0.3‑0.6之间。将所述标准试样装入试验装置的土柱腔室2内，并将所述TDR探头61插入土
中指定位置，用TDR系统测试所述标准试样的介电常数ε和电阻抗ZL。通过经验公式，结合所
述标准试样的电阻抗计算土体电导率σs。从各个标准试样中取出部分土样，用烘干法实测
土样的含水量θ，采用电导率仪实测土中孔隙溶液电导率σw。将TDR系统测定的土体的介电
常数ε与土体实测含水量θ进行函数拟合(也可参照Topp经验公式)，得到ε‑θ标定拟合曲线。
土体电导率σs与孔隙液电导率σw之间存在线性关系，并与土体的体积含水量θ相关，将TDR测
定的土体电导率σs与实测孔隙液电导率σw进行线性拟合，得到σs‑σw标定拟合曲线。在已知
孔隙溶液中溶质种类前提下，孔隙溶液浓度C和孔隙溶液电导率σw具有一一对应的关系，可
根据σw计算C。

[0065] (2)按图1和图3所示组装本发明装置，将所述化学溶液循环系统4中的所述溶液输入蠕动管44和溶液输出蠕动管45分别与所述基座3的底端的溶液出口32和溶液入口31连
通，检查装置密封性。配备试验用的所述测试溶液41，压制好所述试样7或准备原状样，装入
装置所述土柱腔室2内中，将所述TDR探头61插入所述试样7的指定位置，完成前期准备工
作。

[0066] (3)启动所述蠕动泵43，打开所述阀门46，由所述化学溶液循环系统4往所述土样腔室2内中泵送测试溶液41(如0.005‑0.05mol/L的KCl溶液、CaCl2溶液或500mg/L的COD/
BOD溶液)，采用渗析法控制土体的吸力。

[0067] (4)经过一段时间，当所述试样7与外部的所述测试溶液41之间的水分交换达到平衡状态时，关闭所述阀门46，停止通入所述测试溶液41，通过所述数据采集系统6读取并记
录试验数据，得到ε和σs测定值。利用步骤(1)标定试验得到的ε‑θ和σs‑σw标定拟合曲线计算
试样对应的体积含水量θ和孔隙溶液电导率σw。根据孔隙溶液浓度C和孔隙溶液电导率σw的
对应关系，计算C。(如当土中孔隙溶液中溶质为KCl时，参考Weast(1965)公式，孔隙溶液浓
‑4 ‑2
度与电导率的关系是：C＝‑0.7×10 +7.6×10 σW)

[0068] (5)根据步骤(4)得到的土体体积含水量θ，结合试样土水特征曲线，计算试样总吸力 基质吸力 和渗透吸力π。

[0069] (6)使用不同种类和浓度的所述测试溶液41，对应不同的吸力值，获得试样在不同含水量下的基质吸力 和渗透吸力π。

[0070] 实施例4：

[0071] 本发明的实施例4采用气相法控制土中吸力，具体试验流程和方法如下：

[0072] (1)首先，对TDR系统进行含水量和孔隙溶液电导率的标定试验。具体方法参照实施例3步骤(1)。

[0073] (2)如图1和图4所示，组装本发明装置，将所述气体循环系统5中的气体输出管54和气体输入管55分别与所述顶盖1的所述气体入口11和气体出口12连通，检查装置密封性。
准备不同吸力点干燥气体对应的所述饱和盐溶液53，压制好所述试样7或准备原状样，装入
所述土柱腔室2中，将所述TDR探头61插入所述试样7的指定位置，完成前期准备工作。

[0074] (3)打开所述气动泵52，由所述气体循环系统5向所述土柱腔室2中通入具有预设吸力值的气体(如饱和盐溶液K2SO4、ZnSO4、NaCl、K2CO3和LiCl分别能控制的4.2MPa、
12.6MPa、38MPa、110MPa和309MPa气体)，采用气相法控制土体的总吸力。

[0075] (4)经过一段时间，当所述试样7的土体内部达到平衡状态时，关闭所述气动泵52，停止气体供应，通过所述数据采集系统6读取并记录试验数据，得到ε和σs测定值。利用步骤
(1)标定试验获得的ε‑θ和σs‑σw标定拟合曲线计算试样对应的体积含水量θ和孔隙溶液电导
率σw。根据孔隙溶液浓度C和孔隙溶液电导率σw的对应关系，计算C。(如当孔隙溶液中溶质为
‑3 ‑2
CaCl2时，参考Weast(1965)公式，C＝‑1.2×10 +9.4×10 σW)

[0076] (5)根据步骤(4)得到的土体体积含水量θ，结合试样土水特征曲线，计算试样总吸力 基质吸力 和渗透吸力π。

[0077] (6)通入具有不同吸力值的气体，获得所述试样7在不同含水量下的基质吸力和渗透吸力π。

[0078] 以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也
应视为本发明的保护范围。