[發明專利]貫入式原位測量非飽和土層中氣體運移參數的裝置和方法

有效

• 申請號: 201910828573.6
• 申請日: 2019-09-03
• 公開（公告）號: CN110455673B
• 公開（公告）日: 2020-08-07
• 發明（設計）人: 詹良通;吳濤;馮嵩;陳云敏
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01N7/10
• 分類號: G01N7/10;G01N13/00;G01N13/04;G01N15/08
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 林超

本發明公開了一種貫入式原位測量非飽和土層中氣體運移參數的裝置和方法。主要由氣體供應系統、氣體濃度顯示記錄儀、氣體壓力顯示記錄儀、套管、氣體濃度傳感器、氣體壓力傳感器、多孔透氣管和錐形貫入頭組成，只需要測取所需測試的非飽和土層的深度(目標點位)處的氣體壓力值、氣體濃度值和對應的氣體流量值，并帶入氣體擴散系數和滲透系數的計算式即得到非飽和土的氣體擴散系數和滲透系數。本發明測試過程簡單快捷，成本低、操作簡單且計算方便，可快速精準地在現場快速測取設計深度處非飽和土層的氣體擴散系數和滲透系數，工程應用價值高。

技術領域

本發明屬環境巖土工程技術領域，具體涉及一種原位測試非飽和土層中某處土體的氣體擴散系數和滲透系數的裝置及方法。

背景技術

氣體擴散系數和滲透系數是判斷氣體在土層中運移特性的重要指標，主要受土體結構及其變化、孔隙曲折度、孔隙尺寸和飽和度等因素的影響。土質覆蓋層是我國固體廢物填埋場封場覆蓋系統的重要組成部分，其氣體擴散系數和滲透系數是覆蓋層氣體運移分析與設計的重要參數，對填埋場溫室氣體和有害氣體減排有重要影響。土質覆蓋層分布面積大，由于干濕循環、施工技術和不均勻土質等因素的影響，其氣體擴散系數和滲透系數具有空間變異性，這也導致室內試驗測得的非飽和土的氣體擴散系數和滲透系數與現場測試結果出現差異。因此，發明一種可以在原位精準快速測量非飽和土不同深度處的土體氣體擴散系數和滲透系數的裝置和方法，對填埋場土質覆蓋層工程設計以及其閉氣性能評估具有重要意義。

目前的非飽和土層的氣體滲透特性測試方法主要是在工程現場取得土樣，然后轉移到實驗室內依據菲克定律和達西定律對試樣進行氣體擴散系數和滲透系數測試。然而，填埋場土質覆蓋層分布范圍大，測試所需土樣數量多，而且取樣送至實驗室測試耗時費力的同時還易使土樣受到擾動，整個過程比較復雜且干擾因素較多。國內外學者提出了一些原位測試非飽和土氣體滲透系數的方法，這些方法中一部分測試成本很高，另一部分需要做復雜的數值分析或者受經驗系數的影響，都具有較高的應用門檻，難以在工程中廣泛應用。

發明內容

為了克服現有技術的上述不足，本發明提供了一種貫入式原位測量非飽和土層中氣體運移參數的裝置和方法，運移參數是包括了擴散系數和滲透系數，用以滿足工程應用的需求。

本發明的技術方案是：

一、一種貫入式原位測量非飽和土層中氣體運移參數的裝置：

主要由氣體供應系統、氣體濃度顯示記錄儀、氣體壓力顯示記錄儀、套管、氣體濃度傳感器、氣體壓力傳感器、多孔透氣管和錐形貫入頭組成，多孔透氣管頂部與套管底部通過螺紋連接，多孔透氣管底部與錐形貫入頭通過螺紋連接，多孔透氣管內部填充砂粒；氣體供應系統包括高純度惰性氣體氣瓶、高壓空氣瓶、小流量調壓閥、大流量調壓閥、氣壓表、小量程質量流量控制器、大量程質量流量控制器和輸氣管，并且組成了兩條供氣線路，一是高純度惰性氣體氣瓶輸出端依次經小流量調壓閥、氣壓表、小量程質量流量控制器后連接到輸氣管的一端，二是高壓空氣瓶輸出端依次經大流量調壓閥、氣壓表、大量程質量流量控制器后也連接到輸氣管的一端；輸氣管另一端伸入并穿過套管和套管底部的多孔透氣管連通；氣體濃度傳感器和氣體壓力傳感器安裝在多孔透氣管內部，氣體濃度傳感器、氣體壓力傳感器經各自的數據線分別與多孔透氣管外部的氣體濃度顯示記錄儀、氣體壓力顯示記錄儀連接。

所述的套管、多孔透氣管和錐形貫入頭構成的剛性體貫插入到非飽和土層中，多孔透氣管處于非飽和土層中氣體運移參數所需測量深度處。

所述的數據線向上穿出于套管后分別與多孔透氣管外部的氣體濃度顯示記錄儀、氣體壓力顯示記錄儀連接。

所述的氣體濃度傳感器和氣體壓力傳感器安裝在多孔透氣管內壁。

所述的套管下部置于非飽和土層中，上部伸出地面。

所述氣瓶包括但不限于高壓空氣瓶和高純度惰性氣體氣瓶，用于產生通入氣體所需的氣壓及用做示蹤氣體。