CN103706150B - 扩散气体冲刷系统 - Google Patents

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Abstract

一种扩散气体冲刷系统，包括气液分离装置和水泵，所述气液分离装置包括空腔室和隔板，所述空腔室的上端开设有用于排出液体中的扩散气体的排气口，所述空腔室的侧壁上开设有用于液体进出的第一排液口和第二排液口；所述隔板的两端固定连接在所述空腔室内部的侧壁上将所述第一排液口和所述第二排液口分隔在所述隔板的两侧，所述隔板的上端高于所述第一排液口和所述第二排液口的位置，所述隔板的下端低于所述第一排液口和所述第二排液口的位置，所述隔板的下端和所述空腔室的底部隔有间隔；所述水泵的一端和所述第一排液口相连，所述水泵用于提供所述扩散气体冲刷系统中的所述液体的流动动力。本发明通过设置隔板使得冲刷效果更好，气液分离更彻底。

Description

扩散气体冲刷系统
技术领域
本发明涉及非饱和土测量领域，具体地说，涉及一种扩散气体冲刷系统。
背景技术
在岩土工程中，非饱和土性质的研究一直备受关注。其中轴平移技术是目前较常用的试验技术。
Hilf提出了轴平移技术，通过提升孔隙气压力ua来使孔隙水压力uw达到正值，以避免排水系统中发生气化。轴平移技术原理是基于数学中等式的性质。基质吸力S等于孔隙气压力ua与孔隙水压力uw的压力差即，S=ua-uw。随着气压力的升高，增大总应力σ以保持净应力（σ-ua）不变。处于现实条件下的非饱和土所承受的作用力包括总应力σ1、孔隙空气压力ua 1（通常等于大气压）和孔隙水压力uw 1（通常为负的压力表压力）。在采用轴平移技术的时候，孔隙空气压力和孔隙水压力分别从ua 1和uw 1升高到ua 2和uw 2。在这个过程中，基质吸力保持不变。这个过程被称为“轴平移”。根据这个轴平移原理，可以在远高于1个大气压的吸力范围内对基质吸力变量进行控制。为了达到预定的基质吸力并将孔隙水压力达到容易控制的范围，进而利用稳定气源将孔隙气压力与孔隙水压力同时变化相同幅度。
实现轴平移技术的关键在于使用具有高进气值的多孔陶瓷板来隔离土中的气相和水相。只要施加的基质吸力不超过进气值，多孔材料饱和后只允许水通过，而不允许自由空气通过。用非饱和土测量仪测试待测试样时，待测土样、多孔陶瓷板板和过滤板放置在密闭的压力室中。待测土样放置在多孔陶瓷板上，多孔陶瓷板用于控制孔隙水压力；待测土样上方设置用于控制孔隙空气压力的过滤板。
在将轴平移技术用于非饱和土测量的过程中，向待测试样施加垂直压力，此时，多孔陶瓷板上方的液体的压力大于多孔陶瓷板下方的液体的压力。由于压力梯度，液体从多孔陶瓷板上方向多孔陶瓷板下方渗透。通过测量液体的体积的量变值可以得到非饱和土的含水率。但是，在液体渗透过程中，液体中的气体也会从多孔陶瓷板上方向多孔陶瓷板下方扩散且随着液体压强的降低从液体中逸出附着在多孔陶瓷板下方，并随着液体的流动被带入到液体量变测量装置中。扩散气体占据一定的体积空间，使得对渗透出的液体的量变值的测量不准确。为了准确测量、减小误差，在测量之前应对渗透出的液体进行冲刷，使扩散气体排出，以消除扩散气体对测量精度的影响。
现有的扩散气体冲刷装置和非饱和土测量仪连接使用时，由于扩散气体冲刷装置的出液口和出气口之间没有阻挡，结构不合理，一部分扩散气体容易进入到出液口，继续留在液体中，而不是从排气口排出。因此，其冲刷效果不佳，气液分离不彻底，也不能正反向反复冲刷。此外，现有的扩散气体冲刷装置的冲刷及测量方式主要以人工操作为主。该方式缺陷在于人为的随机误差对结果的影响较大。其操作的复杂性及液体量变测量的准确性也是需要改进的重点。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是在非饱和土测量过程中，现有技术的出液口和出气口之间没有阻挡，一部分扩散气体容易进入到出液口，继续留在液体中，而不是从排气口排出，冲刷效果差，气液分离不彻底；采用人工操作的方式冲刷，人为的随机误差对测量结果的影响较大。
本发明的技术方案如下：
一种扩散气体冲刷系统，包括气液分离装置和水泵，所述气液分离装置包括空腔室和隔板，所述空腔室的上端开设有用于排出液体中的扩散气体的排气口，所述空腔室的侧壁上开设有用于液体进出的第一排液口和第二排液口；所述隔板的两端固定连接在所述空腔室内部的侧壁上将所述第一排液口和所述第二排液口分隔在所述隔板的两侧，所述隔板的上端高于所述第一排液口和所述第二排液口的位置，所述隔板的下端低于所述第一排液口和所述第二排液口的位置，所述隔板的下端和所述空腔室的底部隔有间隔；所述水泵的一端和所述第一排液口相连，所述水泵用于提供所述扩散气体冲刷系统中的所述液体的流动动力。
进一步：所述扩散气体冲刷系统还包括用于将所述水泵的一端和所述第一排液口相连的第一连通管道。
进一步：所述扩散气体冲刷系统还包括第二连通管道和第三连通管道，当所述扩散气体冲刷系统用于和测量非饱和土中液体体积变化的测量仪连接状态下，所述第二连通管道用于连接所述第二排液口和所述测量仪的液体排出口；所述第三连通管道用于连接所述水泵的另一端和所述测量仪的另一液体排出口。
进一步：所述第一排液口、所述第二排液口与所述空腔室的底部隔有间隔。
进一步：所述空腔室由位于上部的管体和位于下部的筒体构成，所述管体的内径比所述筒体的内径小。
进一步：所述管体和所述筒体的连接处为上窄下宽的喇叭口形状。
进一步：所述扩散气体冲刷系统还包括连接所述排气口的气体收集装置，其用于收集所述扩散气体以便测量所述扩散气体的体积。
进一步：所述扩散气体冲刷系统还包括由多个压力传感器组成的液体量变测量装置，所述多个压力传感器和所述管体的侧壁连接，其用于测量所述液体的压强从而得到所述液体的量变值。
进一步：所述扩散气体冲刷系统还包括覆盖在所述排气口上的多孔板，其用于阻止蒸发的所述液体排出所述空腔室以便减小所述液体的量变值测量误差。
进一步：所述扩散气体冲刷系统还包括和所述水泵电连接的自动冲刷继电器，其用于实现所述水泵的开关、正反方向冲刷或者定时冲刷中的一个或者多个功能。
本发明的技术效果如下：
1、本发明的扩散气体冲刷系统在空腔室内部设置隔板可以避免在冲刷排出扩散气体的过程中，一部分扩散气体进入排液口而不是进入到排气口中使得排气效果不佳的问题，本发明的扩散气体冲刷系统使得冲刷效果更好，气液分离更彻底。
2、本发明的扩散气体冲刷系统通过设置水泵和自动冲刷继电器，可以实现自动冲刷，实现水泵的自动开关、正反方向冲刷或者定时冲刷，减少了人为的误差，提高了自动化程度。
3、本发明的扩散气体冲刷系统可以使液体沿正反两个方向流动，使得冲刷的效果更好。
4、本发明的扩散气体冲刷系统的液体量变测量装置和气液分离装置共用一个空腔室，节省了空间，使该系统得到了充分的利用。
5、本发明的扩散气体冲刷系统还可以通过设置气体收集装置来测量扩散气体的体积。
附图说明
图1为本发明的扩散气体冲刷系统一优选实施例的结构简图；
图2为本发明的扩散气体冲刷系统一优选实施例的气液分离装置的剖面图。
具体实施方式
如图1和2所示，分别为本发明的扩散气体冲刷系统一优选实施例的结构简图和气液分离装置的剖面图。
本发明的扩散气体冲刷系统用于和测量非饱和土中液体体积变化的测量仪1连接，将测量仪1排出的非饱和土内的液体中的扩散气体冲刷排出液体。
该扩散气体冲刷系统包括气液分离装置2和水泵4。气液分离装置2包括空腔室和隔板29。空腔室的上端开设有用于排出液体中的扩散气体的排气口23。空腔室的侧壁上开设有用于液体进出的第一排液口21和第二排液口22。隔板29的两端固定连接在空腔室内部的侧壁上将第一排液口21和第二排液口22分隔在隔板29的两侧。隔板29的上端高于第一排液口21和第二排液口22的位置，隔板29的下端低于第一排液口21和第二排液口22的位置。隔板29的下端和空腔室的底部隔有间隔，使得空腔室形成两个半封闭的腔体。只要隔板的位置和结构满足上述要求，则第一排液口21和第二排液口22可以设置在空腔室的同侧、相邻侧或者对侧。优选的，第一排液口21和第二排液口22设置在空腔室的对侧。隔板29用于液体在扩散气体冲刷系统中反复循环流动的状态下将液体和液体中的扩散气体更好地分离。水泵4的一端和第一排液口21相连。优选的，水泵4的一端和第一排液口21通过第一连通管道24相连。水泵4用于提供扩散气体冲刷系统中的液体的流动动力。
使用该扩散气体冲刷系统时，其与测量仪1连接，此时，该扩散气体冲刷系统还可以设置用于连接第二排液口22和测量仪1的液体排出口的第二连通管道25和用于连接水泵4的另一端和测量仪1的另一液体排出口的第三连通管道。
该扩散气体冲刷系统通过在空腔室内部设置隔板可以避免在冲刷排出扩散气体的过程中，一部分扩散气体进入排液口而不是进入到排气口中，使得排气效果不佳的问题。其原理如下：当测量仪对非饱和土施加压力时，非饱和土中的液体的压强较大，扩散气体溶解在该液体中。液体渗入到多孔陶瓷板下方后，液体的压力减小，扩散气体的溶解度也减小，其可以从液体中逸出，附着在多孔陶瓷板的下方。通过液体的循环流动，将气体带入到扩散气体冲刷系统的空腔室内。液体在进入到空腔室后，在重力的作用下，会从隔板下端与空腔室底部之间的间隔从由隔板形成的一个半封闭腔体流入到另一个半封闭的腔体中，并从另一半封闭的腔体处的排液口排出。扩散气体受到隔板的阻挡且隔板的上端高于另一排液口，扩散气体无法自由运动进入到另一半封闭的腔体内，只能向上运动从排气口排出，不会进入到另一半封闭的腔体处的排液口而继续留在液体中。因此，该扩散气体冲刷系统对扩散气体的冲刷效果较好，气液分离彻底。
另外，由于设置了隔板，两个排液口均可作为液体的进口，其对气体的排出效果不会因为两个排液口的位置高低而显著不同，因此，该扩散气体冲刷系统可以实现液体正反方向反复循环流动，使得冲刷效果更好，气液分离彻底。
此外，该扩散气体冲刷系统通过设置水泵实现了自动冲刷，减少了人为的误差。
优选的，第一排液口21、第二排液口22与空腔室的底部隔有间隔，该间隔可以用于沉淀固体悬浮物防止因其聚集堵塞第一排液口21和第二排液口22。
优选的，空腔室由位于上部的管体26和位于下部的筒体27构成。管体26和筒体27的形状没有特殊要求，可以是圆柱状，也可以是方柱状等形状。管体26的内径比筒体27的内径小。该结构不仅使得空腔室的整体高度变小，便于安装和使用，而且由于管体26的内径较小，其对液体的液位的变化反映较明显，便于后续测量液体的量变值。管体26和筒体27的连接处28为上窄下宽的喇叭口形状。该喇叭口形状起到斜向过渡的作用，可以防止气体存留在管体26和筒体27的变截面处。
优选的，该扩散气体冲刷系统还可以设置气体收集装置，其与排气口23连接，用于收集扩散气体以便测量扩散气体的体积。
优选的，该扩散气体冲刷系统还可以设置由多个压力传感器组成的液体量变测量装置3。多个压力传感器和管体26的侧壁连接，其用于测量液体的压强从而根据液位和空腔室的体积得到液体的量变值。待扩散气体完全排出，液体的压强值稳定后即可测量液体的量变值。在冲刷过程中，后续从非饱和土体积变化测量仪中渗出的液体非常少，可以忽略不计。液体量变测量装置3和气液分离装置2共用一个空腔室，节省了空间，使该系统得到了充分的利用。
优选的，为了减少液体蒸发从排气口23逸出造成的误差，该扩散气体冲刷系统还可以包括覆盖在排气口23上的多孔板，其用于阻止蒸发的液体排出空腔室，以便减小液体的量变值测量误差。
优选的，为了提高系统的自动化及使冲刷更完全，该扩散气体冲刷系统还可以包括和水泵4电连接的自动冲刷继电器5，其用于实现水泵4的开关、正反方向冲刷或者定时冲刷中的一个或者多个功能。
该扩散气体冲刷系统的各个部件的材料可根据实际要求进行配置。进而使该系统适用性更加广泛。

Claims (10)

1.一种扩散气体冲刷系统，其特征在于：包括气液分离装置和水泵，
所述气液分离装置包括空腔室和隔板，
所述空腔室的上端开设有用于排出液体中的扩散气体的排气口，所述空腔室的侧壁上开设有用于液体进出的第一排液口和第二排液口；
所述隔板的两端固定连接在所述空腔室内部的侧壁上将所述第一排液口和所述第二排液口分隔在所述隔板的两侧，所述隔板的上端高于所述第一排液口和所述第二排液口的位置，所述隔板的下端低于所述第一排液口和所述第二排液口的位置，所述隔板的下端和所述空腔室的底部隔有间隔；
所述水泵的一端和所述第一排液口相连，所述水泵用于提供所述扩散气体冲刷系统中的所述液体的流动动力。
2.如权利要求1所述的扩散气体冲刷系统，其特征在于：还包括用于将所述水泵的一端和所述第一排液口相连的第一连通管道。
3.如权利要求1或2所述的扩散气体冲刷系统，其特征在于：还包括第二连通管道和第三连通管道，当所述扩散气体冲刷系统用于和测量非饱和土中液体体积变化的测量仪连接状态下，
所述第二连通管道用于连接所述第二排液口和所述测量仪的液体排出口；
所述第三连通管道用于连接所述水泵的另一端和所述测量仪的另一液体排出口。
4.如权利要求1所述的扩散气体冲刷系统，其特征在于：所述第一排液口、所述第二排液口与所述空腔室的底部隔有间隔。
5.如权利要求1所述的扩散气体冲刷系统，其特征在于：所述空腔室由位于上部的管体和位于下部的筒体构成，所述管体的内径比所述筒体的内径小。
6.如权利要求5所述的扩散气体冲刷系统，其特征在于：所述管体和所述筒体的连接处为上窄下宽的喇叭口形状。
7.如权利要求1所述的扩散气体冲刷系统，其特征在于：还包括连接所述排气口的气体收集装置，其用于收集所述扩散气体以便测量所述扩散气体的体积。
8.如权利要求5所述的扩散气体冲刷系统，其特征在于：还包括由多个压力传感器组成的液体量变测量装置，所述多个压力传感器和所述管体的侧壁连接，其用于测量所述液体的压强从而得到所述液体的量变值。
9.如权利要求8所述的扩散气体冲刷系统，其特征在于：还包括覆盖在所述排气口上的多孔板，其用于阻止蒸发的所述液体排出所述空腔室以便减小所述液体的量变值测量误差。
10.如权利要求1所述的扩散气体冲刷系统，其特征在于：还包括和所述水泵电连接的自动冲刷继电器，其用于实现所述水泵的开关、正反方向冲刷或者定时冲刷中的一个或者多个功能。
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