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原文传递一种非饱和土壤中气体扩散系数测量装置及方法

专利名称：	一种非饱和土壤中气体扩散系数测量装置及方法
摘要：	本发明涉及一种非饱和土壤中气体扩散系数测量装置，包括测量系统，所述测量系统包括中心腔室和位于中心腔室外围的温控室，所述中心腔室内设置有多孔板和位于多孔板上方并由加载装置驱动上下移动的透水石，所述多孔板和透水石将中心腔室分隔成由上往下依次分布的被动扩散腔、试样腔和主动扩散腔；所述试样腔内套装有用以装纳土壤试样的环刀，所述透水石下行后可伸入环刀中，所述被动扩散腔连接有惰性气体进气管，所述主动扩散腔连接有示踪气体进气管，所述惰性气体进气管和示踪气体进气管上串联有湿度控制器和进气阀门。本发明测量装置通用性高，操作方便，综合研究温度、应力和吸力对非饱和土壤中气体扩散系数的影响，试验结果准确性高。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	福建;35
申请人：	福州大学
发明人：	冯嵩;赵能凯;郭行凯
专利状态：	有效
申请日期：	2019-03-26T00:00:00+0800
发布日期：	2019-06-14T00:00:00+0800
申请号：	CN201910230210.2
公开号：	CN109883892A
代理机构：	福州元创专利商标代理有限公司
代理人：	蔡学俊
分类号：	G01N13/00(2006.01);G;G01;G01N;G01N13
申请人地址：	350108 福建省福州市闽侯县上街镇福州大学城学院路2号福州大学新区
主权项：	1.一种非饱和土壤中气体扩散系数测量装置，其特征在于：包括测量系统，所述测量系统包括中心腔室和位于中心腔室外围的温控室，所述中心腔室内设置有多孔板和位于多孔板上方并由加载装置驱动上下移动的透水石，所述多孔板和透水石将中心腔室分隔成由上往下依次分布的被动扩散腔、试样腔和主动扩散腔；所述试样腔内套装有用以装纳土壤试样的环刀，所述透水石下行后可伸入环刀中，所述被动扩散腔连接有惰性气体进气管，所述主动扩散腔连接有示踪气体进气管，所述惰性气体进气管和示踪气体进气管上串联有湿度控制器和进气阀门。 2.根据权利要求1所述的非饱和土壤中气体扩散系数测量装置，其特征在于：所述测量系统旁侧设置有示踪气体瓶和惰性气体瓶，惰性气体进气管的进气端与惰性气体瓶相连接，示踪气体进气管与示踪气体瓶相连接，所述示踪气体瓶和惰性气体瓶的瓶口安装有阀门和减压器。 3.根据权利要求2所述的非饱和土壤中气体扩散系数测量装置，其特征在于：所述被动扩散腔和主动扩散腔还分别连接有排气管，所述测量系统旁侧设置有与排气管出气端相连接的气体吸收塔，排气管上串联有排气阀门。 4.根据权利要求1或2所述的非饱和土壤中气体扩散系数测量装置，其特征在于：所述被动扩散腔和主动扩散腔内分别安装有风扇，被动扩散腔顶部和主动扩散腔底部分别安装有湿度计、气体浓度传感器以及与外界连通的毛细管，毛细管中具有液滴。 5.根据权利要求1所述的非饱和土壤中气体扩散系数测量装置，其特征在于：所述温控室顶部连接有向温控室内注入控温液体的注液管，注液管上串联有控制阀门，温控室顶部和底部分别安装有温度传感器，温控室内侧壁上部和下部分别安装有温度调节器。 6.根据权利要求1所述的非饱和土壤中气体扩散系数测量装置，其特征在于：所述加载装置采用伺服液压缸，伺服液压缸的伸缩杆由被动扩散腔顶部穿入后通过压力传感器与透水石相连接，被动扩散腔上方安装有用以测量伺服液压缸的伸缩杆位移量的位移千分表。 7.一种非饱和土壤中气体扩散系数测量方法，采用如权利要求1所述的土壤中气体扩散系数测量装置，其特征在于：包括以下步骤：（1）用环刀取现场非饱和土壤试样，将带非饱和土壤试样的环刀放置在试样腔中；（2）向被动扩散腔通入惰性气体，将惰性气体的相对湿度调节至目标值，待土壤样品的质量变化达到稳定后，则土壤样品达到相对湿度对应的吸力值；（3）调节温控室的温度至实验所需温度，加载装置通过透水石给土壤样品施加实验所需应力，待土壤样品达到稳定时，测量土壤样品被压缩后的高度，计算土壤样品的体应变；（4）将实验所需浓度的示踪气体注入到主动扩散腔，调节主、被动扩散腔内的气压至大气压，进行扩散系数测量实验；利用主、被动扩散腔内示踪气体浓度与时间t的关系对实验数据进行回归分析得到直线斜率，计算出非饱和土壤样品中气体扩散系数，，其中为主动扩散腔t时刻的示踪气体浓度，为被动扩散腔t时刻的示踪气体浓度；为开始扩散时主动扩散腔示踪气体浓度；为开始扩散时被动扩散腔示踪气体浓度；为在施加的应力下土体变形达到稳定时的土样的高度；H为主、被动扩散腔的高度；为在施加应力后土壤样品的气体孔隙率；为 (n=1,2,3,…)的第一个正根；U是回归常数。
所属类别：	发明专利