[實用新型]一種測試含氣土樣里氣泡表面張力的試驗裝置

有效

• 申請號: 201921496765.3
• 申請日: 2019-09-10
• 公開（公告）號: CN210742057U
• 公開（公告）日: 2020-06-12
• 發明（設計）人: 趙紅芬;鄧林杰;吳俊宇;黃逢亮;常高黎;林錦逸;陳胤達
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: G01N13/02
• 分類號: G01N13/02
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 張琳麗

本實用新型公開一種測試含氣土樣里氣泡表面張力的試驗裝置，包括加載架、外壓力室、內壓力室、計算機系統和測體變系統，含氣土試樣置于內壓力室中，內壓力室置于封閉的外壓力室中，外壓力室放置在加載架上，且加載架上的豎向加荷軸依次穿過外壓力室和內壓力室后對含氣土試樣施加載荷；采用上下兩種不同的透水石和在試樣的中間部分安裝P_TDG探頭兩種方法來獲取含氣土內孔隙氣體壓力信息。本實用新型的測試含氣土樣里氣泡表面張力的試驗裝置，解決了無法量化含氣土中氣泡對土顆粒產生的表面張力的難題，本實用新型中借用非飽和土中測量總體變的裝置來測量含氣土的體變，以獲取含氣試樣的孔隙氣體壓力的信息。

技術領域

本實用新型涉及土樣測試試驗裝置技術領域，特別是涉及一種測試含氣土樣里氣泡表面張力的試驗裝置。

背景技術

淺層沼氣給地下和海洋空間的開發利用帶來了許多棘手的問題。淺層氣的主要來源之一是淤泥質軟土里的有機質在微生物的作用下分解、發酵，產生以甲烷為主的生物氣。生物氣以孤立氣泡形式分布于軟土孔隙中，使地下水位以下的軟土處于非飽和狀態，此時的飽和度比較高(一般認為Sr85％)。因為含氣土所表現出來的力學性質不同于飽和土和傳統的非飽和土，20世紀80年代，被定義為“含氣土”。目前，國內外學者針對含氣土已經開展了大量的試驗研究，但值得注意的是，測量游離氣泡內的孔隙氣壓力是非常困難的，并且孔隙氣壓力是一個變量，隨氣泡的產生、體積的膨脹/收縮而變化，含氣土的力學性能將會發生很大的變化。至今，試驗和理論方面的研究一般假定孔隙氣壓力(u_g)等于孔隙水壓力(u_w)，忽略了氣泡產生的表面張力(u_g-u_w)對土顆粒骨架的影響，直接采用有效應力原理解釋試驗結果。但這種假定是不正確的，否則氣泡不可能形成。這些假設給試驗結果的解釋、本構模型的建立和數值分析都帶來了很大的不確定性。因此，獲取含氣土內的孔隙氣壓力的信息對分析含氣土的壓縮、強度和模量性質等至關重要。

三軸儀是測定變形和強度常用的儀器。目前在土工試驗中的三軸裝置分為飽和三軸儀與非飽和三軸儀。但對于測試含氣土都存在不足。在飽和三軸儀中，因為土中的孔隙全部被水充滿，在排水試驗中，排出或吸入的水的體積就是土樣的體積變化，無法測量含氣土中氣泡收縮/膨脹等所引起體變；在不排水試驗中，測到的孔隙壓力為孔隙水壓力。因此通常三軸儀僅能測量試樣頂部或底部的孔隙水壓力的變化,無法測量含游離氣土的孔隙氣體壓力，即無法量化作用在土骨架的表面張力(孔隙氣壓力和水壓力之差)。

非飽和三軸儀裝置適用于試樣中氣相和水相各自連通的狀況，因為氣相是連通的，通常用軸平移法來控制試樣內的孔隙氣體壓力，從而控制試樣內的基質吸力(u_g-u_w),即使用過程中保持孔隙氣壓力和孔隙水壓力兩者之間的差值，從而控制土體的基質吸力值。對非飽和土來說，因土中含有氣體，其土樣的體積變化與排出的水的體積不相等，最經常采用的是HKUST內壓力室和差壓傳感器測體變(Ng et al.2002)。

三軸儀是測定變形和強度常用的儀器。目前在土工試驗中的三軸裝置分為飽和三軸儀與非飽和三軸儀。但對于測試含氣土都存在不足。對于含游離氣泡的土體，氣泡是隨機分布在試樣中的，因此測量氣泡內的孔隙氣壓力是非常困難的，并且孔隙氣壓力是一個變量，孔隙氣壓力會隨著氣泡的收縮和膨脹變化。這些給含氣土試驗結果的解釋、本構模型的建立和數值分析都帶來了很大的不確定性。因此，獲取孔隙氣壓力的信息對分析含氣土的壓縮、強度和模量性質等至關重要。

實用新型內容

本實用新型的目的是提供一種測試含氣土樣里氣泡表面張力的試驗裝置，解決了無法量化含氣土中氣泡對土顆粒產生的表面張力的難題，本實用新型中借用非飽和土中測量總體變的裝置來測量含氣土的體變，以獲取含氣試樣的飽和度。