[發明專利]一種凍土導氣率穩態測量系統及測量方法

無效

• 申請號: 201210143447.5
• 申請日: 2012-05-10
• 公開（公告）號: CN102680351A
• 公開（公告）日: 2012-09-19
• 發明（設計）人: 張振華;李陸生;張富倉;楊潤亞;潘英華
• 申請（專利權）人: 張振華
• 主分類號: G01N7/00
• 分類號: G01N7/00
• 代理公司: 煙臺信合專利代理有限公司 37102
• 代理人: 遲元香

技術領域：

本發明涉及土壤物理領域，具體地講是一種凍土導氣率穩態測量系統及其測量方法。

背景技術：

導氣率是土壤重要的特性參數之一，是土壤重要的特征指標，導氣率狀況在土壤結構及結構穩定性研究中非常重要，并且土壤導氣率與土壤飽和導水率、土壤呼吸、植被根系生長等因素之間存在密切的關系。從供氣情況看，測量土壤導氣率的方法可分為兩大類，一類為穩態氣流測量方法，一類為瞬態氣流測量方法；從測量邊界條件看，測量土壤導氣率的方法可分為一維測量方法和三維測量方式，一維主要用于室內的測量，三維可用于原位的導氣率測量。目前導氣率的測量主要針對于融土，而有關凍土的導氣率測量尚未涉及。凍土是指溫度在0℃或0℃以下，并含有冰的各種巖石和土壤，由土顆粒、未凍水、冰及氣體組成的，是典型的多相體材料。凍土是由固體礦物顆粒、冰包裹體、液相水（未凍水和強結合水）和氣態包裹體（水汽和空氣）組成的復合介質，凍土與融土的本質區別在于凍土中冰的存在。土凍結后強度將提高很多倍，其中主要依賴于凍土黏聚力的大幅度提高。凍土強度的大幅度提高導致用于測量融土導氣率的裝置很難應用，主要因為測量筒難于打入或者打入時對土壤造成較大的擾動。

發明內容：

本發明的目的是克服已有技術的不足，而提供一種凍土導氣率穩態測量系統。

本發明的另一目的是提供一種凍土導氣率穩態測量方法。

本發明主要解決主要解決凍土強度的大幅度提高導致用于測量融土導氣率的裝置很難應用，主要因為測量筒難于打入或者打入時對土壤造成較大的擾動等問題。

為了達到上述目的，本發明是這樣實現的：一種凍土導氣率穩態測量系統，其特殊之處在于，包括：

測筒，插入土壤一定深度處，并用來提供一定的氣體存儲空間；

供氣源，用來向測筒提供穩定的氣流；

氣壓測量計，用來測量測筒內的氣體壓力；

氣體流量計，用來測量氣體流量；

所述測筒材質為硬塑料或者金屬，材質強度應確保在試驗過程中筒體不變形，上端用橡皮塞密封，兩根連接管一端經橡皮塞分別和測筒內部相通連連接，另一端分別和氣壓測量計及供氣源相連接，與供氣源相連接的連接管上設置氣體流量計，用以測量通過該連接管的氣體流量，測筒下端開通不封閉。

本發明的一種凍土導氣率穩態測量方法，其特殊之處在于，包括以下步驟：

（1）利用土鉆在待測位置鉆取一定深度L的鉆孔，要求鉆孔直徑和測筒直徑D一致，在測筒外部涂抹一定量的凡士林，防止測筒外壁與鉆孔之間漏氣；

（2）利用供氣源向測筒穩定供氣，當氣壓測量計測定的測筒內壓力????????????????????????????????????????????????以及氣體流量計測量的流量穩定時停止供氣并記錄穩定的壓力和流量值；

（3）在不同的供氣強度下，重復步驟（2），獲得多組穩定壓力和對應的穩定流量；

（4）以穩定流量為因變量，對應的穩定壓力為自變量,確定二者的數量關系，并以二者確定的直線斜率作為被測土壤的空氣傳導特征參數M;

（5）將得到的空氣傳導特征參數M代入以下公式中來計算土壤的導氣率k_a：，上式中L為測筒插入土壤以下的長度（m），為空氣粘滯系數，與所處環境溫度有關，，A為測筒的橫截面積（m²），D為測筒的直徑（m），G為與有關的形狀系數,，V為測筒內部空間的體積（m³）。

本發明所述的一種凍土導氣率穩態測量系統及測量方法和已有技術相比具有突出的實質性特點和顯著進步：1、測量在野外原位進行，通過土鉆取土對凍土擾動性極小，并給出了該測量邊界條件下對應的導氣率計算公式，所測結果真實反映了凍土的導氣狀況；2、系統結構簡單、易于操作，成本遠遠低于目前常用的測量設備，且使用和管理維修方便。?

附圖說明：

圖1為本發明的構造示意圖。

具體實施方式：

下面結合附圖和實施例，對本發明的具體實施方式作進一步詳細描述。以下實施例用于說明本發明，但不用來限制本發明的范圍。