一种连续测量变温度下非饱和膨胀土气相渗透系数的测量装置及其测量方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种连续测量变温度下非饱和膨胀土气相渗透系数的测量装置，所述装置主要由气体供应系统、温度控制系统和柔性壁渗透系统组成；所述气体供应系统包括高精度质量流量控制器，与渗透室和压力室连通；所述温度控制系统包括温度控制器、液体加热棒和液体热电偶，加热棒和热电偶置于压力室内的液体中；所述柔性壁渗透系统包括土样和橡皮膜，土样浸没在压力室的液体中，土样和液体之间以橡皮膜隔离；还公开了上述测量装置的测量方法。本发明专利技术测试过程简单快捷，成本低、操作简单且计算方便，能够获得包括膨胀土在内的非饱和土在不同温度下的气相渗透系数，应用前景广阔。应用前景广阔。应用前景广阔。

【技术实现步骤摘要】
一种连续测量变温度下非饱和膨胀土气相渗透系数的测量装置及其测量方法


[0001]本专利技术涉及环境岩土工程
，尤其涉及一种连续测量变温度下非饱和膨胀土气相渗透系数的测量装置及其测量方法。

技术介绍

[0002]膨胀土是一种主要由蒙脱石和伊利石组成的具有强胀缩性的高塑性粘性土，易受环境温度及湿度变化的影响，产生胀缩变形。膨胀土吸水膨胀的特性以及对污染物的强吸附性能使其成为最常用的污染场地处理材料之一。危害性气体是污染场地常见的污染物之一，评价危害性气体在非饱和膨胀土中的迁移具有重要的工程应用价值。例如在化工污染场地的处理和修复过程中，挥发性有机污染物在膨胀土覆盖层中的迁移直接影响污染场地的修复效果；城市生活垃圾填埋场封场处理过程中，垃圾降解产生的多组分污染性填埋气在封顶覆盖屏障中的迁移直接影响臭气和甲烷的排放。气相渗透系数是判断气体在非饱和膨胀土中迁移特性的关键指标，而污染场地如生活垃圾填埋场中垃圾的降解会产生热量，土壤温度的提高对膨胀土中气体迁移产生影响。因此有必要测量不同温度下非饱和膨胀土的气相渗透系数，对污染场地覆盖屏障的工程设计及其服役性能评估具有重要意义。
[0003]目前国内外一般采用常规土柱试验来测量非饱和土的气相渗透系数，即向土柱中通入气体并控制其压差，代入公式计算气相渗透系数；同时也存在一些其他测量非饱和土体气相渗透系数的测试装置。然而，这些装置和方法具有以下缺点：(1)测试中土样温度与环境温度一致，不能根据需要改变土样温度，无法获得不同温度下的非饱和土的气相渗透系数；(2)土样装填装置为刚性材料，在膨胀土随着环境温度和湿度的变化发生胀缩变形时，土样装填装置无法随之变形，无法获得膨胀土的有效气相渗透系数；(3)测试成本高，具有较高的应用门槛，难以在工程中广泛应用。

技术实现思路

[0004]专利技术目的：为了克服
技术介绍
的不足，本专利技术第一目的是公开一种连续测量变温度下非饱和膨胀土气相渗透系数的测量装置；第二目的是公开是利用该测量装置的测量方法；本专利技术只需获得进气体积流量、进气口气压和出气口气压，代入气相渗透系数计算公式即得到土样在不同温度下的气相渗透系数，测试过程简单快捷，成本低、操作简单且计算方便，能够获得包括膨胀土在内的非饱和土在不同温度下的气相渗透系数，应用前景广阔。
[0005]技术方案：本专利技术所公开的连续测量变温度下非饱和膨胀土气相渗透系数的测量装置，包括气体供应系统、温度控制系统以及柔性壁渗透系统；
[0006]所述气体供应系统包括高纯度惰性气体气瓶、调压阀、气压表、高精度质量流量控制器、压力室进气管、渗透室进气管和第一观测气压表，高纯度惰性气体气瓶输出端依次经调压阀、气压表和高精度质量流量控制器后分别连接到压力室进气管和渗透室进气管，所述渗透室进气管上安装第一观测气压表；
[0007]所述温度控制系统包括温度控制器、连接线、液体加热棒、液体热电偶、压力室、进液管和流量控制阀，液体从进液管流入，经过流量控制阀后进入压力室，液体加热棒和液体热电偶置于压力室内的液体中，温度控制器通过连接线与液体加热棒和液体热电偶连接；
[0008]所述柔性壁渗透系统包括底部支撑柱、底座、顶盖、长螺栓、渗透室、大O型密封圈、多孔板、橡皮膜、小O型密封圈、试样、试样固定上环、试样固定下环、短螺栓、渗透室出气管和第二观测气压表，底座和顶盖通过长螺栓连接，连接处布置大O型密封圈，试样置于渗透室中，试样上、下布置多孔板，试样和压力室液体之间以橡皮膜隔离，橡皮膜上部、下部分别和试样固定上环、试样固定下环紧密粘连，试样固定上环和试样固定下环以短螺栓固定连接，渗透室和压力室之间通过小O型密封圈密封，在渗透室出气管上安装第二观测气压表。
[0009]进一步的，所述压力室进气管输入端与高精度质量流量控制器连接，其输出端与压力室顶部连接；所述压力室内液位比试样上表面高出至少2cm，液面与压力室顶部之间的距离不少于3cm。
[0010]进一步的，所述液体加热棒和液体热电偶置于压力室内的液体中，液体加热棒和液体热电偶的下端与压力室底部距离不大于2cm；所述温度控制器的输入端与液体热电偶连接，其输出端与液体加热棒连接。
[0011]进一步的，所述橡皮膜为圆筒形，橡皮膜内壁与试样紧密贴合，橡皮膜外壁浸没于压力室液体中。
[0012]进一步的，所述渗透室进气管输入端与高精度质量流量控制器连接，其输出端与渗透室底部连接；所述第一观测气压表安装在渗透室进气管上，其与底座进气口的距离不超过10cm；所述第二观测气压表安装在渗透室出气管上，其与顶盖出气口的距离不超过10cm。
[0013]上述连续测量变温度下非饱和膨胀土气相渗透系数的测量装置的测量方法，包括以下步骤：
[0014]S1、对渗透室进行水浴升温标定试验，获取饱和试样温度提高至目标温度所需的升温滞后时间；
[0015]S2、利用短螺栓连接试样固定上和试样固定下环，使得试样固定上、下环间的橡皮膜稍微绷紧，在底部放置多孔板，向橡皮膜内分层填筑目标含水量和目标干密度的非饱和膨胀土；
[0016]S3、将试样放置到底座上，在试样上下布置多孔板，利用长螺栓连接顶盖、试样和底座，顶盖和底座连接处布置大O型密封圈，顶盖、试样和底座连接处布置小O型密封圈；
[0017]S4、打开流量控制阀，通过进液管向压力室内注入液体，当液面达到压力内目标高度后，关闭流量控制阀；
[0018]S5、将高纯度惰性气体气瓶、调压阀、气压表、高精度质量流量控制器、压力室进气管以及渗透室进气管连接组成气体供应系统，在渗透室进气管目标位置处安装第一观测气压表，在渗透室出气管目标位置处安装第二观测气压表；
[0019]S6、通过温度控制器设定目标试验温度，在液体加热棒加热至试样升温滞后时间后，打开调压阀，调整调压阀至气压表数值在目标气压范围内，通过高精度质量流量控制器控制进气体积流量Q1；
[0020]S7、在第一观测气压表和第二观测气压表显示的气压数值达到稳定后，记录第一
观测气压表和第二观测气压表分别测得的气压值P1和P2；
[0021]S8、计算试样的气相渗透系数，计算公式为：
[0022][0023]其中，
[0024]式中，k
g
是非饱和膨胀土样的气相渗透系数(m2)；Q是通过土样的气体体积流量(m3/s)；μ
a
是惰性气体的气体粘度(Pa s)；h是土样的高度(m)；A是土样的横截面积(m2)；P1和P2分别是第一观测气压表和第二观测气压表测得的绝对气压值(Pa)；Q1是高精度质量流量控制器的控制进气体积流量(m3/s)；T是试验温度(K)；P
s
和T
s
分别是标况下的大气压(101325Pa)和温度(273.15K)。
[0025]S9、改变高精度质量流量控制器的进气体积流量，测得多组数据并计算对应的多个气相渗透系数值，在测得的结果中取多个在允许差值范围内的气相渗透系数值，求得其平均值作为试本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种连续测量变温度下非饱和膨胀土气相渗透系数的测量装置，其特征在于：包括气体供应系统、温度控制系统以及柔性壁渗透系统；所述气体供应系统包括高纯度惰性气体气瓶(1)、调压阀(2)、气压表(3)、高精度质量流量控制器(4)、压力室进气管(5)、渗透室进气管(6)和第一观测气压表(7)，高纯度惰性气体气瓶(1)输出端依次经调压阀(2)、气压表(3)和高精度质量流量控制器(4)后分别连接到压力室进气管(5)和渗透室进气管(6)，所述渗透室进气管(6)上安装第一观测气压表(7)；所述温度控制系统包括温度控制器(23)、连接线(24)、液体加热棒(25)、液体热电偶(26)、压力室(27)、进液管(8)和流量控制阀(9)，液体从进液管(8)流入，经过流量控制阀(9)后进入压力室(27)，液体加热棒(25)和液体热电偶(26)置于压力室(27)内的液体中，温度控制器(23)通过连接线(24)与液体加热棒(25)和液体热电偶(26)连接；所述柔性壁渗透系统包括底部支撑柱(10)、底座(11)、顶盖(12)、长螺栓(20)、渗透室(28)、大O型密封圈(29)、多孔板(13)、橡皮膜(14)、小O型密封圈(15)、试样(16)、试样固定上环(17)、试样固定下环(18)、短螺栓(19)、渗透室出气管(22)和第二观测气压表(21)，底座(11)和顶盖(12)通过长螺栓(20)连接，连接处布置大O型密封圈(29)，试样(16)置于渗透室(28)中，试样(16)上、下布置多孔板(13)，试样(16)和压力室(27)液体之间以橡皮膜(14)隔离，橡皮膜(14)上部、下部分别和试样固定上环(17)、试样固定下环(18)紧密粘连，试样固定上环(17)和试样固定下环(18)以短螺栓(19)固定连接，渗透室(28)和压力室(27)之间通过小O型密封圈(15)密封，在渗透室出气管(22)上安装第二观测气压表(21)。2.根据权利要求1所述的连续测量变温度下非饱和膨胀土气相渗透系数的测量装置，其特征在于：所述压力室进气管(5)输入端与高精度质量流量控制器(4)连接，其输出端与压力室(27)顶部连接；所述压力室(27)内液位比试样(16)上表面高出至少2cm，液面与压力室(27)顶部之间的距离不少于3cm。3.根据权利要求1所述的连续测量变温度下非饱和膨胀土气相渗透系数的测量装置，其特征在于：所述液体加热棒(25)和液体热电偶(26)置于压力室(27)内的液体中，液体加热棒(25)和液体热电偶(26)的下端与压力室(27)底部距离不大于2cm；所述温度控制器(23)的输入端与液体热电偶(26)连接，其输出端与液体加热棒(25)连接。4.根据权利要求1所述的连续测量变温度下非饱和膨胀土气相渗透系数的测量装置，其特征在于：所述橡皮膜(14)为圆筒形，橡皮膜(14)内壁与试样(16)紧密贴合，橡皮膜(14)外壁浸没于压力室(27)液体中。5.根据权利要求1所述的连续测量变温度下非饱和膨胀土气相渗透系数的测量装置，其特征在于：所述渗透室进气管(6)输入端与...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴涛，徐浩青，张雷，吴思麟，竺明星，王丽艳，李小娟，王炳辉，刘义，孔德辉，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：发明
国别省市：