[发明专利]一种冻土导气率稳态测量系统及测量方法

说明书

技术领域：

本发明涉及土壤物理领域，具体地讲是一种冻土导气率稳态测量系统及其测量方法。

背景技术：

导气率是土壤重要的特性参数之一，是土壤重要的特征指标，导气率状况在土壤结构及结构稳定性研究中非常重要，并且土壤导气率与土壤饱和导水率、土壤呼吸、植被根系生长等因素之间存在密切的关系。从供气情况看，测量土壤导气率的方法可分为两大类，一类为稳态气流测量方法，一类为瞬态气流测量方法；从测量边界条件看，测量土壤导气率的方法可分为一维测量方法和三维测量方式，一维主要用于室内的测量，三维可用于原位的导气率测量。目前导气率的测量主要针对于融土，而有关冻土的导气率测量尚未涉及。冻土是指温度在0℃或0℃以下，并含有冰的各种岩石和土壤，由土颗粒、未冻水、冰及气体组成的，是典型的多相体材料。冻土是由固体矿物颗粒、冰包裹体、液相水（未冻水和强结合水）和气态包裹体（水汽和空气）组成的复合介质，冻土与融土的本质区别在于冻土中冰的存在。土冻结后强度将提高很多倍，其中主要依赖于冻土黏聚力的大幅度提高。冻土强度的大幅度提高导致用于测量融土导气率的装置很难应用，主要因为测量筒难于打入或者打入时对土壤造成较大的扰动。

发明内容：

本发明的目的是克服已有技术的不足，而提供一种冻土导气率稳态测量系统。

本发明的另一目的是提供一种冻土导气率稳态测量方法。

本发明主要解决主要解决冻土强度的大幅度提高导致用于测量融土导气率的装置很难应用，主要因为测量筒难于打入或者打入时对土壤造成较大的扰动等问题。

为了达到上述目的，本发明是这样实现的：一种冻土导气率稳态测量系统，其特殊之处在于，包括：

测筒，插入土壤一定深度处，并用来提供一定的气体存储空间；

供气源，用来向测筒提供稳定的气流；

气压测量计，用来测量测筒内的气体压力；

气体流量计，用来测量气体流量；

所述测筒材质为硬塑料或者金属，材质强度应确保在试验过程中筒体不变形，上端用橡皮塞密封，两根连接管一端经橡皮塞分别和测筒内部相通连连接，另一端分别和气压测量计及供气源相连接，与供气源相连接的连接管上设置气体流量计，用以测量通过该连接管的气体流量，测筒下端开通不封闭。

本发明的一种冻土导气率稳态测量方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：

（1）利用土钻在待测位置钻取一定深度L的钻孔，要求钻孔直径和测筒直径D一致，在测筒外部涂抹一定量的凡士林，防止测筒外壁与钻孔之间漏气；

（2）利用供气源向测筒稳定供气，当气压测量计测定的测筒内压力                                                以及气体流量计测量的流量稳定时停止供气并记录稳定的压力和流量值；

（3）在不同的供气强度下，重复步骤（2），获得多组稳定压力和对应的稳定流量；

（4）以稳定流量为因变量，对应的稳定压力为自变量,确定二者的数量关系，并以二者确定的直线斜率作为被测土壤的空气传导特征参数M;

（5）将得到的空气传导特征参数M代入以下公式中来计算土壤的导气率k_a：，上式中L为测筒插入土壤以下的长度（m），为空气粘滞系数，与所处环境温度有关，，A为测筒的横截面积（m²），D为测筒的直径（m），G为与有关的形状系数,，V为测筒内部空间的体积（m³）。

本发明所述的一种冻土导气率稳态测量系统及测量方法和已有技术相比具有突出的实质性特点和显著进步：1、测量在野外原位进行，通过土钻取土对冻土扰动性极小，并给出了该测量边界条件下对应的导气率计算公式，所测结果真实反映了冻土的导气状况；2、系统结构简单、易于操作，成本远远低于目前常用的测量设备，且使用和管理维修方便。 

附图说明：

图1为本发明的构造示意图。

具体实施方式：

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。