[發明專利]土洞氣體示蹤試驗裝置

在審

• 申請號: 201911127592.2
• 申請日: 2019-11-18
• 公開（公告）號: CN110715890A
• 公開（公告）日: 2020-01-21
• 發明（設計）人: 蒙彥;鄭小戰;雷明堂;周心經;李卓駿;蔣小珍;戴建玲;管振德;賈龍;羅偉權;吳遠斌;潘宗源;程小杰;周富彪;馬驍
• 申請（專利權）人: 中國地質科學院巖溶地質研究所
• 主分類號: G01N15/08
• 分類號: G01N15/08;G08B31/00
• 代理公司: 45107 桂林市持衡專利商標事務所有限公司
• 代理人: 唐智芳

本發明公開了一種土洞氣體示蹤試驗裝置，包括巖石溶蝕室、土壤淋濾室和土洞模擬室，各室均設有進水管、排水管和排氣管，在各管路路徑上均設有閥門和壓力表；所述巖石溶蝕室用于溶蝕巖石樣品并收集溶蝕過程中產生的氣體；土壤淋濾室用于淋濾土壤樣品并收集淋濾過程中產生的氣體；土洞模擬室包括外部氣體示蹤箱、土樣置放箱和內部氣體示蹤箱，用于進行滲透變形試驗及氣體示蹤試驗。本發明所述的土洞氣體示蹤試驗裝置能夠模擬土洞型巖溶塌陷，獲取土洞發育過程中土體變形破壞與土洞氣體運移的定量化對應關系，進一步獲取用于土洞型巖溶塌陷監測預警的氣體指標及參數。

技術領域

本發明涉及模擬巖溶塌陷中氣體示蹤試驗裝置，具體涉及模擬土洞型巖溶塌陷的土洞氣體示蹤試驗裝置。

背景技術

巖溶塌陷是巖溶區的主要地質災害之一，其中土洞型巖溶塌陷較為常見。土洞型巖溶塌陷是指在覆蓋型巖溶區，由于地下水的潛蝕、溶蝕等作用，使得溶洞、管道裂隙上方的土體發生變形破壞，隨著土壤的不斷流失，逐漸在土體內形成土洞，并最終在地表形成塌坑的過程和現象。在土洞的形成和發展過程中，由于地下水的運動以及對土壤和巖石的溶解作用，會在土洞內形成和存儲一定數量的氣體，這些氣體隨著土洞的不同發展階段在濃度、成份、通量、地球化學特征等方面均會發生明顯變化，并沿著土體裂隙向上遷移，在地面出現異常，利用這點可通過監測土洞氣體對巖溶塌陷進行預警預報。在實現監測預警之前，需要遴選用于監測的氣體及其指標參數，研究氣體滲透率與土體孔隙比、飽和度和含氣率之間的依存關系，明確氣體在土洞周圍土體中的滲透和遷移規律，進而建立地表氣體異常特征值與土洞不同發育階段的對應關系，以上工作需要開展土洞氣體示蹤試驗。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種模擬土洞型巖溶塌陷的土洞氣體示蹤試驗裝置。

本發明所述的土洞氣體示蹤試驗裝置，包括巖石溶蝕室、土壤淋濾室和土洞模擬室，其中：

所述各室均設置進水管、排水管和排氣管，在各進水管、排水管和排氣管路徑上均設置有閥門和壓力表；

所述巖石溶蝕室內設置有用于置放巖石樣品的置放架；

所述土壤淋濾室內設置有用于置放土壤樣品的臺架，在臺架的正上方布設有透水石，由進水管進入土壤淋濾室的水先滲透進入透水石才進入土壤淋濾室內部；

所述土洞模擬室包括外部氣體示蹤箱、設置于外部氣體示蹤箱內用于置放原狀土樣的土樣置放箱，以及置于土樣置放箱內且埋于原狀土樣中的內部氣體示蹤箱，其中：

所述外部氣體示蹤箱為一帶蓋且可密封的箱體；

所述土樣置放箱為一帶蓋且為可密封的箱體，該箱體具有一個供來水滲透進入其內部的側面以及供箱體內的水滲透出去的側面，所述的兩個側面采用透水石制作，兩個側面的高度高于或等于原狀土樣的高度；

所述內部氣體示蹤箱的頂部開設有氣孔，底部通過進氣管與土洞模擬室外部的供氣設備連通，在進氣管路徑上設置有閥門及壓力表；

所述土樣置放箱上設置有至少一根氣體收集管，在氣體收集管上設有閥門和壓力表；所述氣體收集管的進氣端伸入土樣置放箱中的原狀土樣內，其排氣端與收集氣體的設備或容器連接。

上述技術方案中，所述的土樣置放箱通過支架設置于外部氣體示蹤箱內，支架上設置有透水板，土樣置放箱置于所述的透水板上，由土樣置放箱內滲透出來的水經由透水板滴落于外部氣體示蹤箱底部。

上述技術方案中，所述的內部氣體示蹤箱根據土洞的形狀進行設計，通常設計成半球形。所述內部氣體示蹤箱頂部的氣孔均勻分布，其大小根據需要進行設置，通常設計成直徑為1-3mm的孔。

上述技術方案中，所述土樣置放箱上的氣體收集管的數量關系取樣的均勻性，可根據需要進行設置，通常為3-7個。