本发明属于隧道渗水防堵领域，具体涉及一种土工布化学淤堵量测方法。
背景技术：
土工布在工程中的功能大致可以分为增强和稳定功能、过滤功能、隔离功能、排水功能、防水(防渗)功能、防护功能以及复合以上几种功能。
现有的淤堵试验中，主要研究土工布在土颗粒填土作用下的物理淤堵情况。而在富水岩溶岩石隧道中，由于地下水中含有大量的ca2 、mg2 、so42-和hco3-等离子，在长时间的渗流过程中，土工布的表面和内部会受到离子结晶(主要为caco3)沉淀的影响，土工布会发生化学淤堵。且由于岩石隧道不同于砂土隧道，隧道周围的大部分岩石都是完整的，裂隙发育不完全，细粒土不容易进入到土工布的表面和内部，所以在富水岩溶隧道中，土工布的淤堵主要为化学结晶淤堵。而现有的淤堵试验中并未考虑化学结晶的淤堵情况。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种土工布淤堵量测方法，该方法采用离子溶液进行循环，可模拟富含离子的地下水渗透土工布的淤堵情况，更加符合土工布经富水淤堵后的性能，从而能够提供更加真实有效的数据。
本发明提供一种土工布淤堵量测方法，所述量测方法包括以下步骤：
在量测装置的试验箱底面上铺设待测土工布；
在所述试验箱中注入离子溶液；
使所述试验箱中的所述离子溶液保持在预定高度下使所述离子溶液穿过所述土工布进行循环；和
以第一时间间隔测量穿过所述土工布的排水量。
根据本发明的一种实施方式，所述离子溶液具有模拟实际工程土工布上方的水流成分。实际工程土工布上方的水流可为富含离子的地下水，地下水的水流成分根据不同地质情况而有所不同，可能含有不同种类的离子。具体地，地下水中可能含有大量的ca2 、mg2 、so42-和hco3-等离子，但不限于此。
在实际工程中，土工布的表面和内部会受到离子结晶沉淀的影响，其中主要可能是caco3沉淀。优选地，所述离子溶液含有预定浓度的ca2 和hco3-。
更优选地，所述离子溶液通过将预定浓度的cacl2溶液和预定浓度的nahco3溶液混合后，调整所述离子溶液呈碱性。
具体地，将预定浓度的cacl2溶液和预定浓度的nahco3溶液混合，此时ca2 和hco3-可在溶液中大量共存，注入所述试验箱中进行循环后，进一步向试验箱中注入碱性溶液调节混合溶液整体呈碱性，此时，hco3-可与oh-反应生成co32-，co32-继续与ca2 反应生成caco3沉淀。用于模拟实际工程中土工布受到离子结晶(主要为caco3)沉淀的淤堵情况。
根据本发明的一种实施方式，所述离子溶液的循环过程中，保持所述离子溶液中的各离子浓度不变。
具体地，保持所述离子溶液中的各离子浓度不变通过以第二时间间隔检测所述离子溶液中各离子浓度，并补充离子浓度降低了的相应离子。所述第二时间间隔可为0.5～1.5h，但不限于此。检测所述离子溶液中各离子浓度的方法可为滴定法，但不限于此。以所述离子溶液中的离子为ca2 为例，取出试验箱内的部分离子溶液用作水样，加入碱性溶液调节其ph值，然后向水样中加入微量钙红指示剂，此时ca2 与钙红指示剂络合溶液呈紫红色，采用一定浓度的乙二胺四乙酸(edta)溶液进行滴定，edta会夺取络合物中的ca2 ，滴定至终点时，钙红指示剂完全释放出来，溶液成蓝色。根据反应的化学计量比可计算得到水样中ca2 的浓度。随着试验箱内离子溶液的循环，caco3逐渐沉淀至土工布上，离子溶液中的离子浓度逐渐降低，此时应补充相应的试剂，以保持试验箱内离子溶液的离子浓度不变。
根据本发明的一种实施方式，在铺设待测土工布后，在所述试验箱中加入土样并夯实后再注入所述离子溶液。具体地，在所述试验箱中加入土样并夯实，以模拟物理淤堵的情况，而后在所述试验箱中注入离子溶液，则是模拟化学淤堵的情况，综合两种情况则是模拟耦合淤堵的情况。
根据本发明的一种实施方式，所述第一时间间隔为2～4h。本领域技术人员应了解，根据实际测试需要，测量穿过土工布的排水量的时间间隔也可以更短或更长。
本发明的土工布淤堵量测方法，适用于各种不同土工布应用场景的淤堵量测装置。可根据实际工程中应用土工布的不同场景，来设计不同的淤堵量测装置以进行模拟，而本发明的土工布淤堵量测方法同样适用于上述淤堵量测装置。
根据本发明的一种实施方式，所述试验箱具有进水口和排水口，所述试验箱的底面设置有弧形板以模拟隧道的上半部分拱形结构，且所述弧形板上设置有多个泄水孔。具体地，以第一时间间隔测量穿过所述土工布的排水量包括以第一时间间隔测量分别穿过各泄水孔的排水量。在该实施方式中，可以测量模拟隧道情况下对土工布的化学淤堵或耦合淤堵的情况。
根据本发明所述量测方法进一步可包括当所述排水量稳定后，取出被测土工布并称量其干重的步骤。
优选地，所述被测土工布的干重为风干所述被测土工布后测量的重量。
根据针对模拟隧道的具体的实施方式，可以分别测量对应不同泄水孔处单位面积的土工布的干重，从而更好地掌握不同铺设位置土工布的淤堵情况。
根据模拟隧道的实施方式，所述弧形板的弧形形状可与实际工程设计相一致，例如可以由一个或多个圆的圆弧组成。优选地，所述弧形板为半圆弧形板。
所述半圆弧形板的半径与实际工程相比可按照1:15～1:5的比例，优选1:10的比例缩小。
所述半圆弧形板的半径可为0.3～1.0m，例如还可为0.4m、0.5m、0.6m、0.7m、0.8m或0.9m。
所述弧形板的纵向长度，只要方便进行检测，并没有特别限定。例如对于一个土工布样品来说，弧形板的长度可以为0.2～0.8m范围内任何适宜的长度。
在该实施方式中，所述泄水孔模拟实际工程中环向盲管布置的相对位置布置在所述弧形板上。
优选地，所述泄水孔在所述半圆形弧形板的弧形截面上以该弧形所在圆的圆心角20°～40°，优选25°～35°间隔布置。
更优选地，所述泄水孔在所述半圆形弧形板的弧形截面上以该弧形所在圆的圆心角30°间隔布置。
根据本发明的一种实施方式，所述量测装置还包括集水箱和变频水泵，所述集水箱中的离子溶液通过所述变频水泵输送至所述试验箱，所述试验箱中的离子溶液经所述排水口和所述泄水孔排出，流入所述集水箱中，以形成所述离子溶液的循环。其中所述变频水泵可根据测量所需的水位高度调节所述水循环的速率。
根据一种具体的实施方式，所述集水箱布置在所述试验箱的下部。在该实施方式中，试验箱的排水口可设置在其底面上。所述排水口可进一步设置有防止测试中土样流失的筛网或滤网。
所述变频水泵可布置在所述集水箱内部。
所述试验箱上可设置有多个排水口(如2～10个)和多个进水口(如4～40个)。
根据一种具体的实施方式，所述试验箱的进水口可设置在所述试验箱的侧面。根据一种具体实施方式，进水口可均匀分布在所述试验箱的各个侧壁上。
根据本发明的一种实施方式，所述试验箱可具有至少两个测试腔室。
优选地，所述至少两个测试腔室通过垂直于所述试验箱底部的隔板将所述弧形板分隔开而形成。
优选地，所述至少两个测试腔室相互间是流体连通的，以便使各个测试腔室中的测试可以在相同试验条件下进行；和/或所述至少两个测试腔室相互间是流体隔离的，以便能够进行独立的离子溶液的循环，以便使各个测试腔室中的测试可以在不相同试验条件下进行。
根据一种具体的实施方式，各个腔室间可以通过阀门等方式实现流体的连通或隔离的切换。
多个测试腔室的设置可以实施平行测试，举例来说，可以实现不同土工布样品在相同条件下的测试，也可以实现一种土工布样品在不同条件下的测试。
根据本发明的一种实施方式，所述量测装置还包括分水器，所述分水器的入口与所述变频水泵连接，且所述分水器具有多个分水口以分别与所述进水口连接。
本发明的土工布淤堵量测方法，通过配制离子溶液替代水，以模拟富含大量离子的地下水渗透土工布，由于离子结晶发生化学淤堵的情况，因此，该方法中土工布发生化学淤堵的情况更加符合富水隧道中的情况。
附图说明
图1为本发明的一种实施方式的试验装置的结构示意图；
图2为本发明的一种实施方式的弧形板的弧形截面上的泄水孔分布示意图；
图3为本发明的一种实施方式的试验装置中的试验箱铺设土工布后的俯视图；
图4为本发明的一种实施方式的试验装置中的试验箱内土工布淤堵后的俯视图；
图5为本发明的一种实施方式的隧道短丝土工布在泄水孔处排水流量变化图(半圆弧形板的一个弧形截面)；
图6为本发明的一种实施方式的隧道短丝土工布在泄水孔处排水流量变化图(半圆弧形板的另一个弧形截面)；
图7为本发明的一种实施方式的隧道长丝土工布在泄水孔处排水流量变化图(半圆弧形板的一个弧形截面)；
图8为本发明的一种实施方式的隧道长丝土工布在泄水孔处排水流量变化图(半圆弧形板的另一个弧形截面)；
图中包括：1-试验箱，2-集水箱，3-分水器，31-分水口，4-进水口，5-排水口，6-弧形板，61-泄水孔，7-隔板。
具体实施方式
下面将结合本发明实施方式及附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明的一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，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方式，都属于本发明保护的范围。
以下参考附图所示的示意性的示例，进一步说明本发明。通过以下说明，本发明的各方面优点将更加明显。附图中相同的附图标记指代相同的部件。示意性附图中各部件的形状和尺寸仅用于示意，并不能被认为体现了实际的形状、尺寸和绝对的位置。
本发明主要针对现有的土工布堵塞试验方法仅能测量在水流条件下土工布的堵塞情况，而难以模拟富含大量离子的地下水中土工布受到离子沉淀影响的真实情况。由此，本申请提出了一种能够模拟在富含离子的地下水中测量土工布的淤堵状况的量测方法。
本文所述的物理淤堵是指尤其是富水砂土地层，在地下水的作用下，砂土中的细颗粒在渗透力的作用下变为自由颗粒，堵塞在土工布的表面和内部，大大降低了土工布的透水性能的情况。在ca2 和co32-浓度相对不高的富水砂土地层，土工布的淤堵形式主要为物理淤堵。
本文所述的化学淤堵是指在富水岩溶岩地层中，由于地下水含有大量的ca2 、mg2 、so42-和hco3-等离子，在长时间的渗流过程中，离子结晶(主要为caco3)堵塞在土工布的表面和内部，大大降低土工布透水性能的情况。且由于岩石地层不同于砂土地层，裂隙发育不完全，细粒土不容易进入土工布的表面和内部，因此，在ca2 和hco3-等离子浓度相对较高的富水岩溶岩地层，土工布的淤堵形式主要为化学淤堵。本发明的量测方法主要针对化学淤堵的量测。
本文所述的耦合淤堵是指在混合了上述发生化学淤堵和物理淤堵的地质条件的地层的水流中，既存在沙土细粒，又含有浓度相对较高的ca2 和hco3-等离子造成对土工布的淤堵。
本领域技术人员应了解，本发明的量测方法适用于各种不同土工布应用场景的淤堵量测装置。本发明的量测方法可适用于应用土工布的各种实际工程中，例如隧道、铁路、隧洞和堤坝，且不限于此。
以下详述一种土工布淤堵量测方法，所述量测方法包括以下步骤：
在量测装置的试验箱底面上铺设待测土工布；
在所述试验箱中注入离子溶液；
使所述试验箱中的所述离子溶液保持在预定高度下使所述离子溶液穿过所述土工布进行循环；和
以第一时间间隔测量穿过所述土工布的排水量。
在本发明的方法中，所述离子溶液具有模拟实际工程土工布上方的水流成分。实际工程土工布上方的水流可为富含离子的地下水，地下水的水流成分根据不同地质情况而有所不同，可能含有不同种类的离子。具体地，地下水中可能含有大量的ca2 、mg2 、so42-和hco3-等离子，但不限于此。
在实际工程中，土工布的表面和内部会受到离子结晶沉淀的影响，其中主要可能是caco3沉淀。优选地，所述离子溶液含有预定浓度的ca2 和hco3-。
举例来说，ca2 的浓度可为7～9mmol/l，hco3-的浓度可为7～9mmol/l。
更优选地，所述离子溶液通过将预定浓度的cacl2溶液和预定浓度的nahco3溶液混合后，调整所述离子溶液呈碱性。具体地，将预定浓度的cacl2溶液和预定浓度的nahco3溶液混合，此时ca2 和hco3-可在溶液中大量共存，注入所述试验箱中进行循环后，进一步向试验箱中注入碱性溶液调节混合溶液整体呈碱性，此时，hco3-可oh-与反应生成co32-，co32-继续与ca2 反应生成caco3沉淀。用于模拟实际工程中土工布受到离子结晶(主要为caco3)沉淀的淤堵情况。具体反应公式如下：
ca2 oh- hco3-＝caco3↓ h2o
具体地，在实际土工布工程中，富含离子的地下水中可能含有大量的ca2 和hco3-，而ca(hco3)2与caco3之间的转化为可逆反应，当水体汇集至出口时，压力降低，可逆反应的平衡被破坏，co2溢出，可逆反应向着生成caco3沉淀的方向进行，逐渐生成caco3沉淀，从而造成对土工布的化学淤堵。具体反应公式如下：
本发明中的土工布淤堵量测方法，为了便于在试验时间内观察到土工布的淤堵情况，在ca2 和hco3-的溶液中，加入碱性溶液以调整混合溶液整体呈碱性，使反应向着生成caco3沉淀的方向进行。
所述预定高度不限，可通过控制变量法进行研究在同一水位高度下，不同类型的土工布的淤堵情况；相似地，可以通过控制变量法进行研究在同一种类型的土工布情况下，不同水位高度的淤堵情况。一般情况下，水位高度越大，土工布上方的水位差越大，水压越大，其流量也越大，最终所述土工布的淤堵情况越严重。
所述一定时间间隔的设置需要考虑数据结果的表达，时间间隔越短，采集的数据点越多，试验结果会更加准确。同时，时间间隔过长，可能会导致试验结果表达的趋势不准确。所述一定时间间隔可为2～4h，优选为3h。
所述离子溶液的循环过程中，保持所述离子溶液中的各离子浓度不变。
具体地，保持所述离子溶液中的各离子浓度不变通过以第二时间间隔检测所述离子溶液中各离子浓度，并补充离子浓度降低了的相应离子。所述第二时间间隔可为0.5～1.5h，但不限于此。检测所述离子溶液中各离子浓度是为了保持在循环过程中各离子的浓度不变。可以举例的是检测所述离子溶液中的离子浓度的方法可为滴定法，但不限于此。
以所述离子溶液中的离子为ca2 为例，取出试验箱内的部分离子溶液用作水样，加入碱性溶液调节其ph值，然后向水样中加入微量钙红指示剂，此时ca2 与钙红指示剂络合溶液呈紫红色，采用一定浓度的edta溶液进行滴定，edta会夺取络合物中的ca2 ，滴定至终点时，钙红指示剂完全释放出来，溶液成蓝色。根据反应的化学计量比可计算得到水样中ca2 的浓度。随着试验箱内离子溶液的循环，caco3逐渐沉淀至土工布上，离子溶液中的离子浓度逐渐降低，此时应补充相应的试剂，以保持试验箱内离子溶液的离子浓度不变。
具体地，取出试验箱内的离子溶液50ml作为水样，放入20ml的naoh溶液(浓度为0.1mol/l)调节ph值，放入微量钙红指示剂，溶液呈紫红色，用浓度为0.1mol/l的edta溶液进行滴定，近终点时速度要缓慢，当溶液由紫红色变为亮蓝色即为终点。水样中ca2 浓度(x)为：
本领域技术人员应了解，本发明的量测方法包括但不限于化学淤堵或耦合淤堵的情况。本发明的量测方法，在铺设待测土工布后，在所述试验箱中加入土样并夯实后再注入所述离子溶液。具体地，在所述试验箱中加入土样并夯实，以模拟物理淤堵的情况，而后在所述试验箱中注入离子溶液，则是模拟化学淤堵的情况，综合两种情况则是模拟耦合淤堵的情况。
在模拟耦合淤堵的量测方法中，与进行模拟物理淤堵的量测方法类似，只是循环的液体为模拟化学淤堵的离子溶液。
具体地，在模拟物理淤堵的量测方法中，在所述试验箱中铺设待测土工布后，以土样覆盖并夯实；使所述试验箱中的水位保持在预定高度下开始进行水循环；以一定的时间间隔测量个泄水孔的排水量。
所述夯实通过分批加入所述土样进行分批夯实以使所述土样的密实度一致。优选地，通过测量和控制各批土样夯实前后的高度变化来确定所述土样的密实度的一致性。更优选地，夯实所述土样使测量时所述土样的密实度与实际隧道上部土层的密实度相接近。
试验箱1内的土样的密实度可通过定量该土样的密度来表征，但不限于此。
所述预定高度不限，可通过控制变量法进行研究在同一水位高度下，不同类型的土工布的物理淤堵情况；相似地，可以通过控制变量法进行研究在同一种类型的土工布情况下，不同水位高度的物理淤堵情况。一般情况下，水位高度越大，泄水孔61上方的水位差越大，水压越大，其流量也越大，最终所述泄水孔的淤堵情况越严重。
本领域技术人员应了解，本发明的量测方法适用于各种不同土工布应用场景的淤堵量测装置。本发明的量测方法可适用于应用土工布，且存在富含离子的地下水的各种实际工程中，例如隧道、铁路、隧洞和堤坝，且不限于此。
本发明的淤堵量测方法尤其适用于隧道土工布淤堵量测装置。以下通过图1所示的具体实例来具体说明隧道土工布淤堵量测装置。
图1示出了隧道土工布淤堵量测装置的一个实例的结构示意图。参考图1，其中所示的量测装置具有试验箱1、集水箱2和变频水泵(图中未示出)。
试验箱1的底面布置有弧形板6并构成底面的一部分，弧形板6上设置有多个泄水孔61。
图1所示的土工布淤堵量测装置与常规的土工布淤堵量测装置的主要不同之处在于试验箱1的底面具有设置有多个泄水孔61的弧形板6，从而能够模拟隧道的上半部分拱形结构及水流状况。
弧形板6的横截面形状为圆形的一部分弧形。优选所述弧形为半圆形。本实例中，弧形板6为半圆弧形板。
弧形板6的弧形半径通常可根据实际工程比例缩小设置为1:15～1:5，优选为1:10。根据实际工程进行比例缩小的设置能够更好地模拟隧道的拱形结构，提供更加真实有效的测量数据。可以举例的弧形半径可为0.5m，但不限于此，可根据具体需要进行设置。
弧形板6的长度可根据试验箱1的宽度来设置，所述弧形板的长度可与试验箱的宽度相同。可以举例的弧形板的长度可为1.4m，但不限于此，可根据具体需要进行设置。
如图1所示，弧形板6上设置有泄水孔61。其中泄水孔61的布置模拟现有工程中环向盲管的设计。通过在弧形板上设置泄水孔，而不是采用筛网来构成弧形板，能够更好地模拟工程中的不均匀分布实际水流情况，从而更好地量测土工布的淤堵情况。
对于不同弧形(不同的半径和/或不同的圆心角)，可以以不同的角度间隔设置泄水孔61。例如可以间隔20°～40°，优选25°～35°。如图2所示，在本实例中，弧形板6为半圆弧形板，所述泄水孔在所述弧形板截面上以该弧形所在圆的圆心角30°间隔布置，即在弧形板6的半圆弧形截面上可具有5个泄水孔61，分别位于30°、60°、90°、120°和150°处。此时，位于30°和150°的泄水孔61对称分布，均属于拱腰位置；位于60°和120°的泄水孔61对称分布，均属于拱肩位置；位于90°的泄水孔61属于拱顶位置。
对于不同弧形板的长度，可以以不同的间隔距离设置多排泄水孔，本发明对此没有特别限制。例如可根据实际工程中环向盲管的布置来设置。例如可以间隔15～35cm，优选20～30cm。本实例中，弧形板6的长度为1.4m，所述弧形板上以间隔25cm设置有4排泄水孔，分别位于弧形板6的25cm、50cm、100cm、125cm四个截面处。
泄水孔61的形状没有特别限制，例如可为圆形、椭圆形、方形、菱形等。本实例中，泄水孔的形状为圆形。
泄水孔61的尺寸可根据隧道排水盲管的开水孔尺寸来确定，一般可为5～8mm，可以举例的泄水孔尺寸可为5mm、6mm、7mm和8mm等。
泄水孔61外侧与排水系统连接，接口处需要密封以防止渗漏。可以举例的泄水孔外侧与排水系统的连接部件为宝塔接头，而接口处通过热熔机进行密封，但该连接部件与密封方式均不限于此，可以根据具体情况选择其他方式。
进一步参考图1，所述集水箱2中的离子溶液通过变频水泵(未示出)输送至所述试验箱1，所述试验箱1中的离子溶液经所述排水口5排出，流入所述集水箱2中，以形成离子溶液的循环。
所述变频水泵可通过调节电机转速来调整水压，进一步来控制试验箱1的离子溶液的流入和流出速率。本实例中，所述变频水泵可为潜水泵，该潜水泵可放置于集水箱2中，额定扬程36m，额定流量3m3/h。
具体地，图1所示的装置还包括分水器3。其中，集水箱2中的离子溶液通过变频水泵输送至分水器3，分水器3可用于将变频水泵提供的离子溶液转移至不同的进水口处。该变频水泵通过管线(如镀锌铁管)与分水器3的入口连接。分水器3上设置有多个分水口31，分水口31通过连接部件与管线连接，进一步分别与各进水口4连接。同样的，在接口处需要进行密封以防止渗漏。本实例中，分水器3中央为积水圆槽，槽上设置12个分水口31；分水口31通过宝塔接头与管线连接，分水口31与宝塔接头间需要缠绕生胶带以防止渗漏；宝塔接头与管线间通过热熔机进行密封防止渗漏；而管线的另一端则通过安装快接插头与进水口4进行密封连接。
在分水口31出口处还可设置水压表(图中未示出)，以便观测不同进水口4水压。
进一步参考图1，所述进水口4设置在试验箱1的侧面，且所述排水口5设置在试验箱1的底面。通过进水口4向试验箱1中注入离子溶液，通过排水口5以及泄水孔61将试验箱1中的离子溶液排出，从而流入集水箱2中。进水口4和排水口5分别为多个，具体个数可根据试验箱1的尺寸，在试验箱侧面或底面的分布排列方式等具体情况进行设置，且离子溶液的流入和流出速率是可进行调控的(例如通过阀门)。
本实例中，试验箱1设置有28个进水口4，在试验箱1的前、后侧面均设置有两排进水口4，第一排进水口4距试验箱1的底面高度为25cm，第二排进水口4距试验箱1的底面高度为75cm。在试验箱1的左右侧面均设置三排进水口4，每排均有3个进水口4；其中，第二列进水口4居于试验箱1宽度方向的正中间，第一、三列进水口4分别距试验箱1的边界25cm。所述进水口4的直径可为15～25cm，优选为20cm。
所述进水口4需要装配密封部件以进行密封。可以举例的进水口4的密封部件为快插接头密封。
本实例中，试验箱1的底面设置有4个排水口5，所述排水口5的直径可为20～30cm，优选为25cm。
本发明量测装置的试验箱还可具有顶盖(图中未示出)。所述顶盖与箱体之间需要进行固定以及密封。本实例中，所述顶盖与箱体之间可通过螺丝进行固定，但不限于此；同时在所述顶盖与箱体之间可通过密封压条以进行密封，但不限于此。
本发明量测装置的试验箱可以具有两个或更多个测试腔室。两个或多个测试腔室的设置可以同时研究两种或多种土工布的淤堵情况，不仅可以缩短试验时间，提高试验效率，还可以减少由于重复试验带来的误差，提高试验精度。例如，试验箱可具有2～10个，优选2～5个，更优选2个或3个腔室。
所述至少两个测试腔室相互间可以是流体连通的，从而保证不同腔室之间的水循环状态相同，可进行平行试验测试。
所述至少两个测试腔室相互间还可以是流体隔离的以便能够进行独立的水循环，从而可在同一次试验中模拟不同的水循环状态。
可以通过在试验箱1中设置隔板7的方式，将试验箱1分隔为多个腔室，但不限于此。
各腔室之间可以通过设置通断装置(如阀门)来控制相邻腔室之间是流体连通的还是流体隔离的。
如图1所示，本实例中，通过在弧形板6的长度方向的75cm处设置隔板7，将试验箱1分隔为两个面积相同的测试腔室。隔板7的高度可以例如是60cm，但不限于此。
试验箱1的形状没有特别限制，通常可为长方体。该试验箱1的尺寸根据实际需要设置，可以例如是2m×1.5m×1m(长×宽×高)，但不限于此。
集水箱2的形状也没有特别限制，也可例如为长方体。该集水箱2的尺寸可以例如是3m×1m×0.9m(长×宽×高)，但不限于此。
适于本发明的试验箱1的材质没有特别限制，但需能承载试验所需的压力。可以例如由不锈钢板焊接而成，不锈钢板的厚度可为5～15mm，优选为10mm。
适于本发明的集水箱2的材质可以与试验箱1的材质相同，也可以不同。例如由不锈钢板焊接而成，不锈钢板的厚度可为3～7mm，优选为5mm。
由于本发明中试验箱1和集水箱2的材质均可为不锈钢，而不锈钢材质与离子溶液和空气长期接触后，箱体内侧会产生大量的铁锈(fe2o3)，具体的化学反应方程如下：
4fe 6h2o 3o2＝4fe(oh)3
2fe(oh)3＝fe2o3 3h2o
产生的铁锈会随着离子溶液附在土工布的表面并使其产生一定的淤堵。为了防止大量铁锈的生成，在试验之前对试验箱1和集水箱2的内侧进行全面喷漆，起到隔绝空气和水的作用。
实施例采用隧道土工布淤堵量测装置进行化学淤堵量测
首先，检查隧道土工布淤堵量测装置，确保没有漏水和堵塞的现象。这是由于试验装置的漏水和堵塞情况会对试验结果产生显著影响，因此，在正式试验开始前对试验装置进行检查是非常必要的。
检查过程如下：首先，检查集水箱2是否漏水。向集水箱2中注入水至指定高度，1h后观察并测定水位高度，若水位高度无变化，则证明集水箱2不漏水；若水位高度下降，则证明集水箱2存在漏水现象，需要对集水箱2进行检查和维修。其次，检查试验箱1的进水口4、排水口5和泄水孔61等是否漏水或堵塞。接通变压器电源，将水泵接通至变压器，调节水泵转速至适当值，通过分水器3将集水箱2中的水输送至试验箱1中(在此过程中检查各连接处是否存在漏水情况，若发现漏水，则需止水处理后再开始试验)，待试验箱1水位达到指定水位高度后关闭水泵，在此过程中逐一检查每个排水口5是否排水通畅；若存在堵塞的排水口5，及时进行清理使其通常后继续进行试验。1h后观察并测定试验箱1内水位高度，如水位高度无变化，则证明试验箱1不漏水；如水位高度下降，则证明试验箱1存在漏水现象，需对试验箱1进行重新检查和维修。最后，检查完成后，打开试验箱1和集水箱2的排水口5，将水全部排出。
然后，测定土工布的单位面积质量。
测定质量的过程如下：由于试验箱1的尺寸为2m×1.5m×1m(长×宽×高)，试验箱1的各侧面的不锈钢板的厚度为10mm，弧形板6的半径为0.5m。此时，铺设于弧形板6的土工布的长度为0.5π(约为1.57m)，宽度为0.65m，土工布的面积约为1m2。具体地，土工布试样的剪裁应准确至1mm。分为3组，每组试样的数量为10个，并进行编号。将土工布试样逐一在天平上进行称量，天平读数精度准确至0.1g。
土工布的原料选择应该同时考虑应用环境中所需要的物理性能、化学性能、使用寿命以及成本。一般而言，天然纤维相比合成纤维在强度、抗老化性、耐酸碱性和耐腐蚀性等方面要差，因此土工布所用原料多采用合成纤维，如聚酯纤维(涤纶)、聚丙烯纤维(丙纶)、聚酰胺纤维(锦纶)、聚乙烯醇缩醛纤维(维纶)和聚丙烯腈纤维(腈纶)等，其中应用最多的是聚酯纤维和聚丙烯纤维。本实施例中，采用两种类型的土工布，分别为聚酯长丝土工布和涤纶短丝土工布。
根据模型箱的尺寸剪裁土工布，将土工布平铺在试验箱1内侧的拱形面上，从拱顶依次向隧道底部挤压出内部存在的空气，并同时从中间向两侧排出多余的空气，然后土工布两侧边缘用防水胶布进行固定，防止溶液从边缘空隙处流入。
进一步地，参考图3，其中示出了本发明的一种实施方式的试验装置中的试验箱铺设土工布后的俯视图。
最后，进行土工布化学淤堵试验。
化学淤堵试验的过程如下：首先，将水桶放到电子秤上，去皮倒入水至指定水位，根据预定的离子浓度计算所需氯化钙(cacl2)和碳酸氢钠(nahco3)质量，本实施例中ca2 的浓度为9mmol/l，hco3-的浓度为8mmol/l。用电子称称量相应质量材料并倒入桶中充分搅拌，将配制好的化学溶液缓慢倒入集水箱2中；重复操作直至集水箱2中的水位达到指定高度。
取集水箱2中水样50ml，放入20ml氢氧化钠溶液(浓度0.1mol/l)调节ph值。放入微量钙红指示剂，溶液呈紫红色。用浓度为0.1mol/l的edta溶液滴定，近终点时速度要缓慢，当溶液颜色由紫红色变为亮蓝色即为终点，测定并记录初始的集水箱2中ca2 离子浓度。接通变压器电源，将水泵接通至变压器，调节水泵转速至适当值，通过分水器将集水箱2中的溶液输送至试验箱1中，待水位达到指定水位高度后，根据排水口5的流量调节水泵转速，控制试验箱1内的水位高度不变，此时试验箱1内的水位高度距离箱底为75cm。
进一步地，参考图4，其中示出了本发明的一种实施方式的试验装置中的试验箱内土工布淤堵后的俯视图。
等待上述cacl2和nahco3的溶液在试验箱1和集水箱2中循环稳定后，向其中加入少量naoh溶液以调节混合溶液整体呈碱性，使其生成caco3沉淀。
水循环1h后，从集水箱2中取中水样50ml，重复操作，将测定的ca2 浓度和集水相内初始的ca2 浓度进行比较，计算出ca2 浓度的减小量，并结合集水箱2中水位的变化，计算所补充的相关试剂的质量。此后，每间隔1h测定集水箱2中离子溶液的ca2 浓度。同时根据排水孔处的流量变化，调节水泵的转速，保持试验箱内的水位高度保持不变。此后每间隔1h后，重复进行调节水泵的转速，保持试验箱1内的水位高度保持不变。若在试验开始后，试验箱1内的水位高度下降，存在漏水现象，可采用防水喷枪进行局部补漏，尽量减少漏水情况给试验带来的影响。
水循环开始后，每间隔3h，用计时器测定量筒接取一定时间内的泄水孔61处的排水量，记录实验数据。由此计算得到不同位置的泄水孔61的流量，从而得到流量与时间的函数关系。
图5和图6分别示出了隧道短丝土工布在半圆弧形板的两个弧形截面上的泄水孔处排水流量变化图。图7和图8分别示出了隧道长丝土工布在半圆弧形板的两个弧形截面上的泄水孔处排水流量变化图。随着时间的增长，半圆弧形板上各截面的泄水孔的排水量不断地减少，并在一段时间后保持基本稳定。将排水量的变化曲线大致分为两个阶段，初期流量减少阶段和排水量稳定阶段。在初期流量减少阶段，尤其在前3h内，由于结晶沉淀和杂质的大量形成并堆积覆盖在土工布的表面和内部，泄水孔处的流量快速减少；之后接结晶不断形成泄水孔的流量变化有所减少但还是在不断减少，到24h后流量基本保持不变。
如图5～8所示。由图可以看出三个位置下的流量都是随着时间的增长而不断降低(初期减少阶段)经过24h后大致保持在稳定值(稳定阶段)，但是很明显的可以看出拱腰(30°和150°)各个时段的泄水孔的排水流量大于拱肩(60°和120°)并大于拱顶(90°)的排水量，这可能是由于不同位置处的水力坡度造成的，在同一水位下，拱腰处的水力坡降大于拱肩并大于拱顶处，不同的位置随着水力坡降的增大，各个点处的排水量也会随之增大。虽然，不同位置下的排水流量不同，但是，不同位置泄水孔的排水流量随时间增长而降低的变化趋势相同。
最后，待36h后，关闭水泵开关，打开试验箱1内的排水口5，将试验箱1内的离子溶液全部排出，将土工布从试验箱1进一步待土工布完全风干后，用剪刀裁剪土工布，并用电子秤测定不同位置处的土工布化学淤堵后质量变化，读数精度准确至0.1g，运用刻度尺量取并记录处淤堵后的单位面积质量和土工布厚度。
以上所述仅为本发明的优选实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。
1.一种土工布淤堵量测方法，其特征在于，所述量测方法包括以下步骤：
在量测装置的试验箱底面上铺设待测土工布；
在所述试验箱中注入离子溶液；
使所述试验箱中的所述离子溶液保持在预定高度下使所述离子溶液穿过所述土工布进行循环；和
以第一时间间隔测量穿过所述土工布的排水量。
2.如权利要求1所述的土工布淤堵量测方法，其特征在于，所述离子溶液具有模拟实际工程土工布上方的水流成分。
3.如权利要求1所述的土工布淤堵量测方法，其特征在于，所述离子溶液含有预定浓度的ca2 和hco3-。
4.如权利要求3所述的土工布淤堵量测方法，其特征在于，所述离子溶液通过将预定浓度的cacl2溶液和预定浓度的nahco3溶液混合后，调整所述离子溶液呈碱性。
5.如权利要求1所述的土工布淤堵量测方法，其特征在于，所述离子溶液的循环过程中，保持所述离子溶液中的各离子浓度不变。
6.如权利要求5所述的土工布淤堵量测方法，其特征在于，所述保持所述离子溶液中的各离子浓度不变通过以0.5～1.5h第二时间间隔检测所述离子溶液中各离子的浓度，并补充离子浓度降低了的相应离子。
7.如权利要求1所述的土工布淤堵量测方法，其特征在于，在铺设待测土工布后，在所述试验箱中注入所述离子溶液。
8.如权利要求1所述的土工布淤堵量测方法，其特征在于，所述第一时间间隔为2～4h。
9.根据权利要求1～8中任一项所述的土工布淤堵量测方法，其特征在于，所述试验箱具有进水口和排水口，所述试验箱的底面设置有弧形板以模拟隧道的上半部分拱形结构，且所述弧形板上设置有多个泄水孔。
10.如权利要求9所述的土工布淤堵量测方法，其特征在于，所述以第一时间间隔测量穿过所述土工布的排水量包括以第一时间间隔测量分别穿过各泄水孔的排水量。
11.如权利要求10所述的土工布淤堵量测方法，其特征在于，所述量测方法进一步包括当所述各泄水孔的排水量稳定后，取出被测土工布并称量其干重。
12.如权利要求11所述的隧道土工布化学淤堵量测方法，其特征在于，所述被测土工布的干重为风干所述被测土工布后测量的重量。
13.如权利要求9所述的土工布淤堵量测方法，其特征在于，所述弧形板的弧形形状与实际工程设计相一致。
14.如权利要求13所述的土工布淤堵量测方法，其特征在于，所述弧形板为半圆弧形板。
15.如权利要求14所述的土工布淤堵量测方法，其特征在于，所述半圆弧形板的半径与实际工程相比按照1:15～1:5的比例缩小。
16.如权利要求14所述的土工布淤堵量测方法，其特征在于，所述半圆弧形板的半径为0.3～1.0m。
17.如权利要求9所述的土工布淤堵量测方法，其特征在于，所述多个泄水孔模拟实际工程中环向盲管布置的相对位置布置在所述弧形板上。
18.如权利要求17所述的土工布淤堵量测方法，其特征在于，所述泄水孔在所述弧形板的弧形截面上以该弧形所在圆的圆心角20°～40°间隔布置。
19.如权利要求18所述的土工布淤堵量测方法，其特征在于，所述泄水孔在所述弧形板的弧形截面上以该弧形所在圆的圆心角30°间隔布置。
20.如权利要求9所述的土工布淤堵量测方法，其特征在于，所述量测装置还包括集水箱和变频水泵，所述集水箱中的离子溶液通过所述变频水泵输送至所述试验箱，所述试验箱中的离子溶液经所述排水口和所述泄水孔排出，流入所述集水箱中，以形成所述离子溶液的循环。
21.如权利要求9所述的土工布淤堵量测方法，其特征在于，所述试验箱具有至少两个测试腔室。
22.如权利要求21所述的土工布淤堵量测方法，其特征在于，所述至少两个测试腔室通过垂直于所述试验箱底部的隔板将所述弧形板分隔开而形成。
23.如权利要求21所述的土工布淤堵量测方法，其特征在于，所述至少两个测试腔室相互间是流体连通的，或者所述至少两个测试腔室相互间是流体隔离的以便能够进行独立的水循环。
24.如权利要求9所述的土工布淤堵量测方法，其特征在于，所述进水口设置在所述试验箱的侧面，且所述排水口设置在所述试验箱的底面。
25.如权利要求20所述的土工布淤堵量测方法，其特征在于，所述量测装置还包括分水器，所述分水器的入口与所述变频水泵连接，且所述分水器具有多个分水口以分别与所述进水口连接。
技术总结