[发明专利]一种测定气体在土体中扩散系数的简易装置及方法

说明书

本发明公开一种测定气体在土体中扩散系数的简易装置及方法，该装置包括水平放置的扩散室，所述扩散室的一侧通过连接螺栓连接样品座，所述样品座里面设置有土样，所述扩散室上设置有氮气进气口和出气口，所述扩散室里面安装有氧气传感器。本发明能够简单高效地测定气体在土体中的扩散系数，并且测定结果更加精确。

技术领域：

本发明涉及一种测定气体在土体中扩散系数的简易装置及方法，属于土木与环境工程的技术领域。

背景技术：

孔隙介质中流体运移研究在水文、地质、生物、生态环境、油气开采、化学工程及膜工程等领域有着非常重要的意义，因而受到人们的广泛关注。

土体是最常见的孔隙介质，土体中的气体运移就是最普通也是存在最广泛的孔隙介质流之一。研究土体中气体运动规律对于改善土壤生态环境、提高农业生产效率、防治土体侵蚀和盐渍化、防止地下水污染、合理布局垃圾填埋场的覆盖层等实际工程非常重要。

土体空气来自于大气，是土体的重要组成部分，存在于土体孔隙中，并不断的在土体孔隙中运动，同时与大气进行气体交换。由于空气与水分共同存在于土体孔隙中，土体水分的变化必然导致土体中空气含量的变化，进而影响到土体的通气状况。而土体空气的交换主要是通过土体中相互连接的充气孔隙实现，而土体大孔隙是土体通气的主要通道，因此大孔隙的比例与数量是决定土体通气性能的内在因素。土体中的微生物的活动、物理和化学过程都有土体空气状况直接有关。除了空气之外，有机污染场地中的VOC气体，垃圾填埋场中的甲烷、二氧化碳等温室气体还会击穿上覆土层对周边环境造成危害。因此研究气体在土体中的传输规律，测试其表征参数显得十分重要。土体和大气的交换主要是通过土体中相互连接的孔隙进行的，其主要的气体交换机制是气体扩散运动。土体中的气体扩散的快慢程度用土体气体扩散系数(D_s)来表征。D_s的获取只有两个途径：实测或通过模型估算。虽然目前已有很多实测方法可供选择，相关技术也比较成熟，但是大多采用双气室扩散原理，且结构复杂，缺乏简单、高效的测试装备。

发明内容：

本发明的目的是针对上述存在的问题提供一种测定气体在土体中扩散系数的简易装置及方法，能够简单高效地测定气体在土体中的扩散系数，并且测定结果更加精确。

本发明的上述目的可通过以下技术方案来实现：

一种测定气体在土体中扩散系数的简易装置，包括水平放置的扩散室，所述扩散室的一侧通过连接螺栓连接样品座，所述样品座里面设置有土样，所述扩散室上设置有氮气进气口和出气口，所述扩散室里面安装有氧气传感器。

所述的测定气体在土体中扩散系数的简易装置，所述扩散室与所述样品座之间设置有橡胶圈。

用上述测定气体在土体中扩散系数的简易装置进行气体在土体中扩散系数的测定方法，该方法包括如下步骤：

第一步：将所述的简易装置放在密封箱内，无振动，无阳光直射，同时在密封箱内放置加湿器，保证试验环境处于恒湿状态；

第二步：测量之前检查仪器功能；

第三步：将扩散室的进气口连接氮气传输装置，调整压力值；

第四步：将准备好的土样，放入样品座内，并将样品座通过螺栓与扩散室连接稳定；

第五步：打开扩散室的氮气进气口和氮气出气口，从氮气进气口处通入扩散室100％的氮气，扩散室内原有的空气从出气口排出，直至传感器测得的氧气含量为零，再持续3-5s后关闭氮气进气口及出气口；

第六步：将氮气进气口及出气口的阀门关上以后，开始气体扩散并计时，氧气传感器测定扩散室内O₂的浓度随时间的变化，并按照气体传输原理计算扩散系数。

有益效果：