一种连续测试变吸力下非饱和土体气体渗透系数的装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种连续测试变吸力下非饱和土体气体渗透系数的装置和方法，包括供气装置、围压装置、吸力控制装置和排气装置，测试装置的内室用于放置土样，外室用于储存预定浓度的渗析溶液和施加围压；供气装置包括空气压缩机，围压装置一端连接空气压缩机，围压装置的另一端连接测试装置的外室，空气压缩机用于向测试装置的外室输入围压气体和向测试装置的内室输送测试气体；吸力控制装置用于对土样施加和控制吸力；排气装置用于排出内室的测试气体；本发明专利技术采用渗析法改变吸力，基于同一个土样，避免了土样扰动，通过监控土样吸力变化，从而获得同一土样在不同含水量下的气体渗透系数，试验装置的可操作性更强，更加方便快捷。更加方便快捷。更加方便快捷。

【技术实现步骤摘要】
一种连续测试变吸力下非饱和土体气体渗透系数的装置和方法


[0001]本专利技术涉及一种连续测试变吸力下非饱和土体气体渗透系数的装置和方法，属于岩土工程


技术介绍

[0002]气体渗透系数是判断气体在土层中运移特性的重要指标，主要受土体结构及其变化、孔隙曲折度、孔隙尺寸和饱和度等因素的影响。土质覆盖层是我国固体废物填埋场封场覆盖系统的重要组成部分，其气体渗透系数是覆盖层气体运移分析与设计的重要参数，对填埋场温室气体和有害气体减排有重要影响。
[0003]目前，国内外测试非饱和土的气体渗透特性时，大部分先通过轴平移技术来实现吸力控制，然后再通过三轴渗透仪或水气运动联合测定仪等各种装置测量气体渗透系数。传统方法的缺点是：(1)轴平移是将孔压增大为正值,同时也增大气压,通过二者的差值来施加设定的基质吸力，但是推广到现场状态时,非饱和土中的孔压都是负的,这种技术的适用性需要进一步考察并且轴平移可能会导致试样变形和内部结构变化，导致试验数据不准确；(2)由于轴平移技术能够达到的吸力值有限(0～1500kPa),因此研究试样处于高吸力条件进行试验时将受到限制；(3)测量时需要分别制备不同含水量的试样进行测试，不能直接测试单个试样的气体渗透系数随含水量的变化，可能因试样的个体差异导致试验结果波动；(4)测量时需要反复密封土样、连接装置，操作繁冗。

技术实现思路

[0004]为了克服上述现有技术的不足，本专利技术提出了一种连续测试变吸力下非饱和土体气体渗透系的装置和方法。本试验装置主要是采用渗析法来达到所需要的吸力，土样中的负孔压是接近于现场实际状态的,并采用土样周围脱吸湿,缩短了非饱和土吸力平衡的时间。
[0005]由于Darcy定律可以描述气体在非饱和土中的渗透，因此本试验装置根据Darcy定律中需测的参数设计而来。此外采用渗析法施加所需的吸力,其原理是利用渗析溶液的渗析力。因为不同浓度的渗析溶液通过半透膜的隔挡作用对膜另一侧的非饱和土样的水分产生不同大小的渗透吸力,而土样水分在变化过程中,只有在对水分有吸持作用的基质吸力与溶液的渗透吸力达到平衡了,土样水分才能保持不变。因此采用不同浓度的渗析溶液渗析土样也就达到了对土样施加和控制吸力的目的。
[0006]本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的，一种连续测试变吸力下非饱和土体气体渗透系数的装置，其特征在于：包括供气装置、围压装置、测试装置、吸力控制装置和排气装置；所述测试装置分为内室和外室，内室用于放置土样，外室用于储存预定浓度的渗析溶液和施加围压；所述供气装置包括空气压缩机，围压装置一端连接空气压缩机，围压装置的另一端连接测试装置的外室，所述空气压缩机用于向测试装置的外室输入围压气体和向
测试装置的内室输送测试气体；所述吸力控制装置用于对土样施加和控制吸力；所述排气装置与测试装置的内室连接，排气装置用于排出内室的测试气体。
[0007]吸力控制装置通过第一吸力孔道与第一恒流泵和第二吸力孔道与第二恒流泵，一端不断地供应溶液，另一端不断地流出溶液，使溶液在外室内循环运动，空气压缩机通过总进气管分别连接进气管与围压进气管，总进气管、进气管和围压进气管之间通过三通接头相互连接，在内室中填筑柱形土样，进气管用于将测试气体通入土样下部的下室空腔中，围压装置由空气压缩机提供气源，通过围压进气管与测试装置的顶端连接，用于向放置渗析溶液的室内输送围压气体，进入外室后将气压转换为向土样周围输出液压的气液压力，在测量过程中始终保证围压等于土样底部的下室空腔气压，有利于保证半透膜与土样侧壁紧密贴合，最后通过记录土样底部的第一压力表、土样顶部的第三压力表以及第二电子皂膜流量计的数据计算气体渗透系数。
[0008]所述供气装置包括进气管，进气管的一端连接空气压缩机并将测试气体通入测试装置的内室中，进气管靠近空气压缩机一端依次设有第一调节阀、第一电子皂膜流量计、第一截止阀和第一压力表。
[0009]进气管一端连接空气压缩机，另一端与土样底部的下室空腔连接，将测试气体输入下室空腔中，再通过多孔板进入土样。
[0010]所述围压装置包括围压进气管，空气压缩机提供气源并通过围压进气管将围压气体通入测试装置的外室中，围压进气管靠近空气压缩机一端依次设有第二调压阀、第二截止阀和第二压力表。
[0011]围压进气管一端与空气压缩机连接，另一端与外室的顶部连接。
[0012]所述测试装置包括试样筒、底座和顶盖，底座设置于试样筒的底端，顶盖设置于试样筒的顶端；所述试样筒分为外试样筒、内试样筒，内试样筒将测试装置分为内室和外室，内室为柱形容器，外室为环形容器；内试样筒包括上段试样筒、中段试样筒和下段试样筒，上段试样筒、中段试样筒和下段试样筒三段拼成内室；上段试样筒与顶盖围成上室空腔，中段试样筒上下两端均设有多孔板，中段试样筒与两块多孔板围成中室用于放置土样，下段试样管与底座围成下室空腔；所述中段试样筒为多孔结构。
[0013]测试装置由试样筒、底座和顶盖围成的容器，分内室和外室，内室由上、下室空腔和用于放置柱形的土样的中室组成，土样底部的下室空腔连接所述供气装置，土样底部的上室空腔连接所述的排气装置，中段试样筒为多孔结构、以允许预定浓度的渗析溶液通过孔道与半透膜有最大接触，以缩短渗析时间。
[0014]所述吸力控制装置包括半透膜、预定浓度的渗析溶液、第一恒流泵、第二恒流泵；所述半透膜设置于中段试样管内侧并紧贴于土样侧壁；所述预定浓度的渗析溶液采用上浮一层轻质油的渗析溶液；所述外试样筒相对两侧分别设有第一吸力孔道、第二吸力孔道，第一吸力孔道、第二吸力孔道与外室相通；第一恒流泵通过第一吸力孔道与外试样筒一侧连接并供应溶液，第二恒流泵通过第二吸力孔道与外试样筒另一侧连接并将溶液流出。
[0015]在预定浓度的渗析溶液加入一层轻质油，避免围压气体溶解于渗析溶液中。第一恒流泵通过第一吸力孔道与外试样筒一侧连接的一端不断地供应溶液，第二恒流泵通过第二吸力孔道与外试样筒另一侧连接的一端不断地流出溶液，使外室内的容易循环运动，土样开始脱湿或吸湿。
[0016]所述半透膜套于中段试样筒内，半透膜的上、下两端反套在中段试样筒的上、下两端，上、下两端反套处设有闭合的O型圈，所述上段试样筒的下端、下段试样筒的上端均设有与O型圈相匹配的环形凹槽，中段试样筒与上段试样筒、下段试样筒连接处及多孔板与中段试样筒连接处均采用密封树脂进行密封处理。
[0017]将半透膜的上端反套于中段试样筒的上端，并用O型圈限定，在上段试样筒的下端设置与O型圈相匹配的环形凹槽，用于固定O型圈，半透膜的下端与上端同样用O型圈限定，为保证密封性，连接处采用环氧树脂密封。
[0018]所述外试样筒外壁设有刻度线，通过刻度线观察吸力是否达到平衡。
[0019]打开第一吸力孔道，用第一恒流泵将预定浓度的渗析溶液注入外室，待达到比土样稍微靠上的位置时，开启第二吸力孔道和恒流泵，一端不断供应溶液，另一端不断流出，使溶液在外室中形成循环运动，土样开始脱湿或吸湿，当渗析溶液液本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种连续测试变吸力下非饱和土体气体渗透系数的装置，其特征在于：包括供气装置、围压装置、测试装置、吸力控制装置和排气装置；所述测试装置分为内室和外室(13)，内室用于放置土样(6)，外室(13)用于储存预定浓度的渗析溶液和施加围压；所述供气装置包括空气压缩机(1)，围压装置一端连接空气压缩机(1)，围压装置的另一端连接测试装置的外室(13)，所述空气压缩机(1)用于向测试装置的外室(13)输入围压气体和向测试装置的内室输送测试气体；所述吸力控制装置用于对土样(6)施加和控制吸力；所述排气装置与测试装置的内室连接，排气装置用于排出内室的测试气体。2.根据权利要求1所述的一种连续测试变吸力下非饱和土体气体渗透系数的装置，其特征在于：所述供气装置包括进气管，进气管的一端连接空气压缩机(1)并将测试气体通入测试装置的内室中，进气管靠近空气压缩机(1)一端依次设有第一调节阀(2
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1)、第一电子皂膜流量计(3
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1)、第一截止阀(4
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1)和第一压力表(5
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1)。3.根据权利要求1所述的一种连续测试变吸力下非饱和土体气体渗透系数的装置，其特征在于：所述围压装置包括围压进气管，空气压缩机(1)提供气源并通过围压进气管将围压气体通入测试装置的外室(13)中，围压进气管靠近空气压缩机(1)一端依次设有第二调压阀(2
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2)、第二截止阀(4
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2)和第二压力表(5
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2)。4.根据权利要求1所述的一种连续测试变吸力下非饱和土体气体渗透系数的装置，其特征在于：所述测试装置包括试样筒、底座(10)和顶盖(11)，底座(10)设置于试样筒的底端，顶盖(11)设置于试样筒的顶端；所述试样筒分为外试样筒(12
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1)、内试样筒，内试样筒将测试装置分为内室和外室(13)，内室为柱形容器，外室(13)为环形容器；内试样筒包括上段试样筒(12
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2)、中段试样筒(12
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3)和下段试样筒(12
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4)，上段试样筒(12
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2)、中段试样筒(12
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3)和下段试样筒(12
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4)三段拼成内室；上段试样筒(12
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2)与顶盖(11)围成上室空腔，中段试样筒(12
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3)上下两端均设有多孔板(7)，中段试样筒(12
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3)与两块多孔板(7)围成中室用于放置土样(6)，下段试样管(12
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4)与底座(10)围成下室空腔；所述中段试样筒(12
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3)为多孔结构。5.根据权利要求4所述的一种连续测试变吸力下非饱和土体气体渗透系数的装置，其特征在于：所述吸力控制装置包括半透膜(8)、预定浓度的渗析溶液、第一恒流泵(15
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1)、第二恒流泵(15
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2)；所述半透膜(8)设置于中段试样管(12
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3)内侧并紧贴于土样(6)侧壁；所述预定浓...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐浩青，孔德辉，吴涛，姜朋明，周爱兆，王丽艳，吴思麟，梁景瑞，施鑫淼，陈建国，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：发明
国别省市：