CN109839494A - 一种可测毛细管气相渗流影响区大小的试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种可测毛细管气相渗流影响区大小的试验装置，该装置包括气体注入装置、试验箱主体和试验箱门。试验箱主体内有一上槽板，上槽板上开有贯通的两个缓冲孔，注入管道与两个缓冲孔相通，两个缓冲孔之间以一条槽缝A相连接。试样室内紧贴着上槽板装有一个可更换的下槽板，下槽板上开有一条与槽缝A相对应的槽缝B。所述试验箱门门体上均匀布设孔隙液取样孔。工作时，气体在槽缝B处流动形成毛细渗流通道，通过施加不同的气体压力，检测不同位置处的气体浓度，即可获得不同压力条件下毛细管气相渗流影响区的大小。通过更换不同型号的槽缝B的下槽板，即可获得不同毛细管尺寸下气相渗流影响区的大小。

Description

一种可测毛细管气相渗流影响区大小的试验装置

技术领域

本发明涉及环境岩土工程技术领域，具体地，涉及一种可测毛细管气相渗流影响区大小的试验装置。

背景技术

随着科学技术的发展，工程实践中，低渗介质条件下，岩土体工程行为越来越受到岩土界的关注。

例如：在垃圾填埋场中，填埋的垃圾被微生物分解后，会产生以甲烷和二氧化碳为主要成分的混合气体，当填埋气体通过土壤的空隙转移到填埋场以外，并与空气混合时，就有可能发生爆炸。产生的填埋气体还含有微量的氨、一氧化碳、硫化氢、多种挥发性有机物等物质，会产生恶臭问题和空气污染。而垃圾填埋场中将垃圾与周围环境隔离所采用的粘土衬层一般都是低渗透性介质，垃圾降解所产生的渗滤液和气体在粘土介质中的运移通道都属于毛细渗流通道尺寸的范围。因此，在低渗介质中，开展不同压力条件下，毛细管气相渗流影响区大小的研究，是填埋场工程建设安全运行评价的关键。

例如：曝气法修复技术是目前公认的处置饱和土体和地下水中挥发性有机物污染的一种有效方法。由于低渗透性土体曝气过程中所需的较高气压可能导致原位土体的扰动破坏或劈裂，形成局部优势渗流通道，从而降低曝气法总体修复效果，也限制了曝气法修复技术在低渗介质中的应用。尽管如此，现场地层的复杂性和非均匀性表明，深入探讨低渗污染介质曝气过程中渗流影响区大下的演化规律，对于揭示曝气法修复机理以及对污染场地的防治与治理具有十分重要的理论和应用价值。

然而，针对毛细管气相渗流影响区大小的测试，目前实验室内还没有专门的试验装置。此外，在不同气体压力和毛细管尺寸下，研究毛细管气相渗流影响区大小的变化规律，对了解岩土的性质具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是为了了解在不同气体压力和不同毛细管尺寸下，毛细管气相渗流影响区的大小。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现。

一种可测毛细管气相渗流通道影响区大小的试验装置，包括气体注入装置、试验箱主体和试验箱门，其特征在于，所述试验箱主体的横截面为矩形，试验箱主体内紧贴试验箱顶部内壁有一上槽板，上槽板上与试验箱门平行的中心线的两侧开有贯通的两个缓冲孔，两个缓冲孔之间以一条槽缝A相连接，槽缝A的缝宽小于或等于缓冲孔的直径；在下槽板下部与下槽板相垂直的两个侧壁上装有支撑块，一个下槽板通过两个支撑块插入拉出，该支撑块上端与上槽板下板面之间的距离为下槽板厚度的1.05-1.2倍；所述下槽板上开有一条与槽缝A相对应的槽缝B，槽缝B的缝宽小于或等于槽缝A的缝宽；

所述试验箱主体顶部侧壁上开有通孔，注入管道通过通孔穿过试验箱主体与所述两个缓冲孔连通；

所述试验箱门试验时关闭，实现试验箱内腔的封闭，形成一个试样室,试验箱门的门体上部分均匀布设有孔隙液取样孔，即所述孔隙液取样孔穿过试验箱门与试样室相通。

优选地，所述下槽板为可更换部件，可定制系列尺寸的槽缝B。

优选地，所述试验箱门与试验箱关闭时接触的部位镶有密封圈。

优选地，所述孔隙液取样孔内布有过滤网。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1)通过气体注入单元控制气压大小，最终可以实现在不同气相压力条件下，对毛细管气相渗流影响区大小的测试。

2)试验箱门可开启可关闭可拆卸，装填试样方便快捷。

3)试验箱门与试验箱主体固接的一面镶有密封圈，保证试验装置的气密性。

4)上槽板上设有缓冲孔，有利于气体均匀地向槽缝中扩散。

5)通过控制试样室内下槽板槽缝的宽度，形成相应大小的毛细渗流通道，且下槽板为可更换面板，根据实验要求进行更换，可以实现对不同毛细管渗流影响区大小的研究。

6)孔隙液取样孔上的胶头套拆卸后，可作为试样饱和时的注水孔，实现一孔多用。

7)本装置结构简单，功能齐全，操作便捷，实验容易。

附图说明

图1是本发明试验装置工作示意图。

图2是本发明试验装置正面示意图。

图3是本发明试验装置侧面示意图。

图4是本发明中上槽板与下槽板槽缝示意图。

1、乙炔储存罐；2、不锈钢卡套接头；3、不锈钢钢管；4、气体缓冲罐；5、调压阀；6、压力传感器；7、二通球阀；8、试验箱主体；9、试验箱门；10、通孔；11、注入管道；12、缓冲孔；13、上槽板；14、下槽板；15、支撑块；16、孔隙液取样孔；17、试样室；18、密封圈；19、槽缝A；20、槽缝B；21、试样；22、取样孔胶头套；23、过滤网。

具体实施方式

以下结合附图1-图4对本发明的实施例进行详细的描述。

本发明提供了一种可测毛细管气相渗流通道影响区大小的试验装置，包括气体注入装置、试验箱主体8和试验箱门9。

所述试验箱主体8的横截面为矩形，试验箱主体8内紧贴试验箱顶部内壁有一上槽板13，上槽板13上与试验箱门平行的中心线的两侧开有贯通的两个缓冲孔12，两个缓冲孔12之间以一条槽缝A19相连接，槽缝A19的缝宽小于或等于缓冲孔12的直径；

所述下槽板14下部与下槽板14相垂直的两个侧壁上装有支撑块15，一个下槽板14通过两个支撑块15插入拉出，该支撑块15上端与上槽板13下板面之间的距离为下槽板14厚度的1.05-1.2倍；所述下槽板14上开有一条与槽缝A19相对应的槽缝B20，槽缝B20的缝宽小于或等于槽缝A19的缝宽；

所述试验箱主体8顶部侧壁上开有通孔10，注入管道11通过通孔10穿过试验箱主体8与所述两个缓冲孔12连通；

所述试验箱门9试验时关闭，实现试验箱内腔的封闭，形成一个试样室17，试验箱门9的门体上部分均匀布设有孔隙液取样孔16，即所述孔隙液取样孔16穿过试验箱门9与试样室17相通。

所述下槽板14为可更换部件，可定制系列尺寸的槽缝B20。

所述试验箱门9与试验箱主体8关闭时接触的部位镶有密封圈18。

在本实施例中，上槽板13长180毫米、宽40毫米、厚10毫米，槽缝A19长144毫米，缝宽2毫米。缓冲孔12直径为13毫米。下槽板14长180毫米、宽40毫米，厚5毫米。下槽板14做成多种型号，槽缝B20长144毫米，缝宽包括0.2毫米，0.4毫米，0.6毫米、0.8毫米多种型号。支撑块15上端与上槽板13的距离为5.5毫米，即下槽板14插入到位后与上槽板保持紧贴状态，保证了试验的准确性。

试验箱门9与试验箱主体8关闭时，接触的部位镶有密封圈18，试验箱门9试验时关闭，实现试验箱内腔的封闭。

所述孔隙液取样孔16内布有过滤网23，且孔隙液取样孔16可作为试样21饱和时的进水口。

试验箱门9的门体上相对试样室17的部分均匀布设有孔隙液取样孔16，即所述孔隙液取样孔16穿过试验箱门9与试样室17相通。本实施例中孔隙液取样孔16的数量为10个。在每个孔隙液取样孔16上覆盖有取样孔胶头套22，取样时用小号注射器取样，并通过气相色谱法测试孔隙液中试验气体的浓度。

在本实施例中气体注入装置包括乙炔储存罐1、不锈钢卡套接头2、不锈钢钢管3、气体缓冲罐4、调压阀5、压力传感器6、二通球阀7和注入管道11。乙炔储存罐1的容量4L，耐压10MPa以上。不锈钢钢管3尺寸为1/8。气体缓冲罐4容量耐压1.0MPa，通过1/8不锈钢管与乙炔储存罐1相连接。调压阀5的量程为0.1-1.6MPa，材质为316L不锈钢。压力传感器6的量程为1MPa，其精度为0.01MPa。

本发明具体实施的操作包括：

压制试样21：预设试样干密度，根据体积法，计算填满试样室17所需散土质量；再将粉末状土倒入试样室17，分层压实。

饱和试样：试样21装填好后，关闭箱门9，进行试样饱和。蒸馏水以一定水压经箱门9最下端一孔隙液取样孔16进入试样21，水从两个通孔10流出，直至流速达到稳定为止。

仪器安装：试样21饱和结束后，立即将该孔隙液取样孔装上取样孔胶头套22，试验箱静置0.5h；将气体注入装置一端的不锈钢钢管3与一通孔10连接，另一端通孔10保持开通状态；检查气体注入装置，确保开关阀门处于闭合状态。

开始试验：打开乙炔储存罐1的阀门，气体经不锈钢钢管3进入气体缓冲罐4，缓冲一定气压的气体。根据试验要求，调节调压阀5致预设定的气压，压力传感器6通过无纸记录仪来显示和记录压力大小。最后，通过控制二通球阀7通断对试验箱通孔10输入气体。气体经注入管道11，到达缓冲孔12，并通过开槽缝A19进入下槽板14的开槽缝B20，最终在开槽缝B20中形成流动的气流，形成毛细管渗流通道，并与试样21顶部接触。定时使用小号注射器通过取样孔胶头套22进行取样，并通过气相色谱法测试乙炔浓度。当各孔隙液取样孔16中乙炔的浓度测试值基本不变时，试验结束。

数据分析：本实施例中，将能够检测出乙炔含量的取样孔位置视为毛细管气相渗流影响区域，槽缝B下影响区域所能到达的竖向深度即为气相渗透影响区大小。通过改变初始的注入气压，即可获得不同压力条件下，气相渗流影响区大小的变化规律；通过更换下槽板14，即可获得不同毛细管尺寸下，气相渗流影响区大小的变化规律。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种可测毛细管气相渗流通道影响区大小的试验装置，包括气体注入装置、试验箱主体(8)和试验箱门(9)，其特征在于，所述试验箱主体(8)的横截面为矩形，试验箱主体(8)内紧贴试验箱顶部内壁有一上槽板(13)，上槽板(13)上与试验箱门平行的中心线的两侧开有贯通的两个缓冲孔(12)，两个缓冲孔(12)之间以一条槽缝A(19)相连接，槽缝A(19)的缝宽小于或等于缓冲孔(12)的直径；在下槽板(14)下部与下槽板(14)相垂直的两个侧壁上装有支撑块(15)，一个下槽板(14)通过两个支撑块(15)插入拉出，该支撑块(15)上端与上槽板(13)下板面之间的距离为下槽板(14)厚度的1.05-1.2倍；所述下槽板(14)上开有一条与槽缝A(19)相对应的槽缝B(20)，槽缝B(20)的缝宽小于或等于槽缝A(19)的缝宽；

所述试验箱主体(8)顶部侧壁上开有通孔(10)，注入管道(11)通过通孔(10)穿过试验箱主体(8)与所述两个缓冲孔(12)连通；

所述试验箱门(9)试验时关闭，实现试验箱内腔的封闭，形成一个试样室(17)，试验箱门(9)的门体上部分均匀布设有孔隙液取样孔(16)，即所述孔隙液取样孔(16)穿过试验箱门(9)与试样室(17)相通。

2.根据权利要求1所述的一种可测毛细管气相渗流通道影响区大小的试验装置，其特征在于，所述下槽板(14)为可更换部件，可定制系列尺寸的槽缝B(20)。

3.根据权利要求1所述的一种可测毛细管气相渗流通道影响区大小的试验装置，其特征在于，所述试验箱门(9)与试验箱主体(8)关闭时接触的部位镶有密封圈(18)。

4.根据权利要求1所述的一种可测毛细管气相渗流通道影响区大小的试验装置，其特征在于，所述孔隙液取样孔(16)内布有过滤网(23)。