微生物驱动的生物气聚集成藏原位生态模拟装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术的目的是提供一种微生物驱动的生物气聚集成藏原位生态模拟装置及方法，包括模拟柱，模拟柱为两端开口且中空的筒状结构，模拟柱顶部设有模拟柱顶盖，模拟柱顶盖与模拟柱通过螺纹密闭连接，模拟柱顶盖上部设有气泵，气泵下部设有轴力杆，轴力杆穿过模拟柱顶盖，轴力杆底部设有轴力压板，轴力压板设有若干个通孔；模拟柱底部设有模拟柱底盖，模拟柱底盖与模拟柱通过螺纹密闭连接，模拟柱底盖一侧设有底压控制器接口，模拟柱底盖底部设有底座。本申请利用一种微生物驱动的生物气聚集成藏原位生态模拟装置，模拟生物气的运移和聚集，模拟柱中能够模拟不同原位土应力条件和土体原位孔隙状态，较大程度再现微生物所处的原位环境。环境。环境。

【技术实现步骤摘要】
微生物驱动的生物气聚集成藏原位生态模拟装置及方法


[0001]本专利技术涉及工程安全及生态模拟相关的领域，尤其涉及一种微生物驱动的生物气聚集成藏原位生态模拟装置及方法。

技术介绍

[0002]我国东部沿海和长江中下游地区的工程建设中,曾多次遇到过埋深较浅的含浅层气土层，气藏规模大小不一、厚度不均、气压力不等,主要赋存于含有贝壳的砂层中。部分地段,前期经钻探释放气体后,间隔数日二次复钻时,仍会出现喷气、冒砂现象,说明藏连通性较好并能二次运移。因浅层气释放而引发隧道、基坑、沉井、水工构筑物沉陷、断裂等导致工程事故、造成重大经济损失的例子屡有报道。
[0003]甲烷气体无色、无味、易燃、易爆,加之气藏埋深浅、分布广且气量较大,势必会对正在修建的地铁工程带来不利影响，而对其放气处理后二次产气的现象，仍会对工程的后续安全问题造成巨大威胁，因此，亟需对原位条件下浅层气藏二次产气的强度和规模开展模型试验研究。
[0004]现有研究往往根据有机质含量对生气潜力进行估算，未考虑厌氧氧化菌对甲烷气的消耗，也未考虑气体聚集前在多孔介质当中的运移，对全过程缺少更符合实际情况的模型模拟。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种微生物驱动的生物气聚集成藏原位生态模拟装置及方法，以填补对该过程进行模型模拟的技术空缺。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：
[0007]一种微生物驱动的生物气聚集成藏原位生态模拟装置，包括模拟柱，所述模拟柱为两端开口且中空的筒状结构，所述模拟柱顶部设有模拟柱顶盖，所述模拟柱顶盖与所述模拟柱通过螺纹密闭连接，模拟柱顶盖与模拟柱之间还可以加设橡胶垫圈用以进一步提升气密性，所述模拟柱顶盖上部设有气泵，气泵外壳与模拟柱顶盖可以为一体式结构，所述气泵下部设有轴力杆，所述轴力杆穿过所述模拟柱顶盖，轴力杆与模拟柱顶盖之间设有密封结构，如橡胶密封条等，减少对整个模拟装置气密性的影响，所述轴力杆底部设有轴力压板，所述轴力压板设有若干个通孔，以保证使用时在滤纸的配合下，使气体或液体能够透过轴力压板，但黏土、砂土等固态物质无法透过轴力压板。
[0008]所述模拟柱底部设有模拟柱底盖，所述模拟柱底盖与所述模拟柱通过螺纹密闭连接，模拟柱底盖与模拟柱之间也可以加设橡胶垫圈用以进一步提升气密性，所述模拟柱底盖一侧设有底压控制器接口，底压控制器接口与模拟柱底盖为一体式结构，底压控制器接口上设置有控制器接口阀门，所述模拟柱底盖底部设有底座，用以保证整个装置放置时的稳定性；
[0009]所述模拟柱上部一侧设有反压控制器接口，反压控制器接口与模拟柱为一体式结
构，反压控制器接口上设置有控制器接口阀门，所述模拟柱一侧在所述反压控制器接口与所述模拟柱的底端之间设有竖直排列的若干个取样口；
[0010]所述模拟柱内部下部设有卡环，此处所指的卡环可以是完整的环形，也可以是由多个限位点组成的，其主要目的是为了对透水板限位，防止其掉落，所述卡环上部设有透水板，所述透水板设有若干个通孔，以保证使用时在滤纸的配合下，使气体或液体能够透过透水板，但黏土、砂土等固态物质无法透过。
[0011]进一步，所述模拟柱选用透明材质，便于模拟过程中对模拟柱内部的情况进行实时观测。
[0012]进一步，所述模拟柱一侧中部设有气压表，用以测定使用时模拟柱中的气压值，气压表的位置设置于模拟柱的中间部分且不与取样口同侧，既可以保证使用时气压表可以与模拟柱中的砂土保持在同一层面，也可以保证不影响通过取样口进行取样。
[0013]进一步，任一所述取样口包括取样管体，所述取样管体靠近所述模拟柱的一端设有取样阀门，所述取样管体内部设有取样滤膜，取样滤膜可以使气体或液体能够透过，但黏土、砂土等固态物质不能透过，所述取样管体远离所述模拟柱的一端设有密封膜，所述取样管体远离所述模拟柱的一端外部设有密封螺帽。
[0014]一种微生物驱动的生物气聚集成藏原位生态模拟方法，基于上述一种微生物驱动的生物气聚集成藏原位生态模拟装置，同时模拟前需完成对被模拟地块的土质采样及数据采集工作，用以完成模拟，需采样的土质包括被模拟地块处的黏土，即原位黏土，以及被模拟地块处的砂土，即原位砂土，需采集的数据包括被模拟地块处的原位土壤应力、土壤原位孔压水平、环境温度、土壤中水分的原位离子组分及浓度、原位孔隙水含量等，具体模拟方法包括如下步骤：
[0015]S01、将所述模拟柱连接于所述模拟柱底盖上，将所述透水板置于所述卡环上，在所述透水板上放置滤纸；
[0016]S02、由所述模拟柱顶端开口处依次向所述模拟柱内放置原位黏土、原位砂土、原位黏土，在顶层的原位黏土上方放置滤纸；
[0017]S03、将所述模拟柱顶盖通过螺纹连接于所述模拟柱顶部，使所述模拟柱内部处于密封状态；
[0018]S04、将与原位离子浓度一致的无气水通入所述模拟柱中进行渗流排气，直至所述模拟柱中的反压达到原位孔压水平，并使所述模拟柱中形成厌氧环境；
[0019]S05、通过调节所述气泵，使所述轴力压板压紧放置于位于顶层的原位黏土上方放置的滤纸，并使所述轴力压施加于该滤纸之上的力达到原位土壤处的应力水平；
[0020]S06、将所述模拟装置放置于温控箱中，调整到与原环境温度近似的温度，说明书中所指的模拟装置即为前述的微生物驱动的生物气聚集成藏原位生态模拟装置；
[0021]S07、分别从各所述取样口中取水样，通过仪器检测水样中的生物气浓度；
[0022]S08、周期性重复完成所述S07，并将检测出的水样中的生物气浓度进行记录，绘制浓度与时间关系曲线，同时还可定期观测模拟柱中砂土或黏土的变化情况，进行生物气产生、聚集的速率以及运移方向分析。
[0023]进一步，在前述S04过程中，具体步骤包括：
[0024]S041、使用两个压力体积控制器，分别作为反压控制器及底压控制器，并分别注入
与原位离子浓度一致的无气水；
[0025]S042、将所述反压控制器通过管路与所述反压控制器接口连接，将所述底压控制器通过管路与所述底压控制器接口连接；
[0026]S043、设置所述反压控制器压力为0KPa，设置所述底压控制器压力为100KPa，在压力差作用下从下到上进行渗流排水，当反压控制器中的进水量超过2倍原位孔隙体积时认为排气基本完成，所述模拟柱内处于厌氧环境，试验过程中一般认为反压控制器进水量大于等于两倍的土体孔隙体积时排气完成，即进水量充分替换了土孔隙中的空气以及孔隙水。
[0027]进一步，在前述S06过程中，所述温控箱温度设置范围一般为10℃
‑
30℃之间，具体温度参考被模拟处实际温度，所述模拟装置放入所述温控箱之前使用黑色遮光布进行包裹，以模拟黑暗的原位土层条件。
[0028]进一步，所述取样口数量为3个，其中由上至下的第二个所述取样口位于所述模拟柱一侧的中点位置，其余两个取样口具第二个取样口的距离相等。
[0029]进本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种微生物驱动的生物气聚集成藏原位生态模拟装置，其特征在于，包括模拟柱，所述模拟柱为两端开口且中空的筒状结构，所述模拟柱顶部设有模拟柱顶盖，所述模拟柱顶盖与所述模拟柱通过螺纹密闭连接，所述模拟柱顶盖上部设有气泵，所述气泵下部设有轴力杆，所述轴力杆穿过所述模拟柱顶盖，所述轴力杆底部设有轴力压板，所述轴力压板设有若干个通孔；所述模拟柱底部设有模拟柱底盖，所述模拟柱底盖与所述模拟柱通过螺纹密闭连接，所述模拟柱底盖一侧设有底压控制器接口，所述模拟柱底盖底部设有底座；所述模拟柱上部一侧设有反压控制器接口，所述模拟柱一侧在所述反压控制器接口与所述模拟柱的底端之间设有竖直排列的若干个取样口；所述模拟柱内部下部设有卡环，所述卡环上部设有透水板，所述透水板设有若干个通孔。2.根据权利要求1所述的一种微生物驱动的生物气聚集成藏原位生态模拟装置，其特征在于，所述模拟柱选用透明材质。3.根据权利要求2所述的一种微生物驱动的生物气聚集成藏原位生态模拟装置，其特征在于，所述模拟柱一侧中部设有气压表。4.根据权利要求3所述的一种微生物驱动的生物气聚集成藏原位生态模拟装置，其特征在于，任一所述取样口包括取样管体，所述取样管体靠近所述模拟柱的一端设有取样阀门，所述取样管体内部设有取样滤膜，所述取样管体远离所述模拟柱的一端设有密封膜，所述取样管体远离所述模拟柱的一端外部设有密封螺帽。5.一种微生物驱动的生物气聚集成藏原位生态模拟方法，基于权利要求4所述的一种微生物驱动的生物气聚集成藏原位生态模拟装置，其特征在于，包括如下步骤：S01、将所述模拟柱连接于所述模拟柱底盖上，将所述透水板置于所述卡环上，在所述透水板上放置滤纸；S02、由所述模拟柱顶端开口处依次向所述模拟柱内放置原位黏土、原位砂土、原位黏土，在顶层的原位黏土上方放置滤纸；S03、将所述模拟柱顶盖通过螺纹连接于所述模拟柱顶部，使所述模拟柱内部处于密封状态；S04、将与原位离子浓度一致的无气水通入所述模拟柱中进行渗流排气，直至所述模拟柱中的反压达到原位孔压水平，并使所述模拟柱中形成厌氧环境；S05、通过调节所...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙光煜，陈环宇，陈晓轩，叶启扬，周吾桐，叶振波，洪义，王立忠，郑道琼，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：