[发明专利]可观测含水土层中曝气气流流量分布的试验系统及方法

权利要求书

1.一种可观测含水土层中曝气气流流量分布的试验系统，其特征是，包括：

透明试样箱，为顶部敞口的矩形箱体，在透明试样箱内的底部中间位置设有矩形的曝气头，在曝气头的两侧设有与曝气头高度一致的玻璃珠过渡层，在透明试样箱的两侧壁的底部各自设有进水孔；

曝气模块，包括依次连接的空气压缩机、调压器、气体流量计和气压传感器，所述气压传感器通过管路与曝气头连接；

气流流量测量装置，包括底部敞口的气流分隔箱、与气流分隔箱顶部相连通的若干三通阀以及气体流量计；气流分隔箱的底部与透明试样箱顶部密封对接，在气流分隔箱内间隔设有若干竖直的气流隔板，气流隔板的顶面和侧面均与气流分隔箱内壁相粘结，气流隔板的底端延伸至透明试样箱顶部，气流隔板将气流分隔箱分隔为若干独立的腔室，每个腔室的顶部开孔并安装所述三通阀，各三通阀左侧阀门通过管道汇集后连接收集排放通道，各三通阀右侧阀门通过管道汇集后连接所述气体流量计；

光学观测模块，包括摄像机和平行光源，摄像机位于透明试样箱前侧，平行光源位于透明试样箱后侧，光学观测模块用于记录试样图像。

2.根据权利要求1所述的可观测含水土层中曝气气流流量分布的试验系统，其特征是，所述透明试样箱由透明有机玻璃板制作而成，在透明试样箱顶部和气流分隔箱底部均设有连接外沿，透明试样箱的连接外沿通过螺栓和橡胶垫与气流分隔箱的连接外沿密封相连。

3.根据权利要求1所述的可观测含水土层中曝气气流流量分布的试验系统，其特征是，所述曝气头是由两块角板构成的呈矩形腔室状的曝气头，两块角板内侧相对设于透明试样箱的底面上，透明试样箱的前侧壁和后侧壁构成矩形腔室状曝气头的两端面，透明试样箱的底面构成矩形腔室状曝气头的底面，两角板在顶面留有间隙，从而形成曝气缝。

4.根据权利要求1所述的可观测含水土层中曝气气流流量分布的试验系统，其特征是，在所述气流分隔箱的侧壁上设有溢流孔。

5.一种可观测含水土层中曝气气流流量分布的试验方法，其特征是，包括以下步骤：

（a）设置权利要求1~4任一所述试验系统；

（b）在透明试样箱中堆积特定密实程度的土样，然后安装所述气流分隔箱，并采用管道将透明试样箱与所述曝气模块相连，安装完毕后，通过进水孔向透明试样箱中注水饱和试样；

（c）在曝气前，打开三通阀中连接收集排放通道的阀门，关闭三通阀中连接气体流量计的阀门；

（d）打开平行光源和摄像机，对摄像机进行调焦，并开始记录试样图像；

（e）开启空气压缩机，通过调压阀调整到特定的曝气压力；

（f）逐个测量气流分隔箱内各独立腔室中的气流流量；当需要测量某个腔室内气流流量时，首先将该腔室三通阀中连接气体流量计的阀门打开，然后关闭其连接收集排放通道的阀门，即可通过气体流量计记录该腔室内的气流流量；一个腔室的气流流量测量完毕后，将该腔室三通阀的开闭状态恢复为测量之前的状态，继续采用相同的方法测量下一个腔室的气流流量，直到获得所有腔室的气流流量，即得到土层表层气流流量分布；

（g）变换不同的曝气压力、土层颗粒级配，开展若干次曝气试验，并记录试样图像，进而研究曝气参数和土层特性对含水土层中曝气气流流量分布特征的影响。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征是，步骤（b）中，在土样上方铺设一层玻璃珠堆积层，在玻璃珠堆积层上设置一层滤网。