CN111610309A - 一种可控土体外荷载的土体对气体吸附量和氧化效能试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可控制土体外载荷的土体对气体吸附量和氧化效能试验装置。该装置包括底部支座、试样室、位移传感器、吸力控制***、待测气体供气***、气体检测***、安全导排***、气体循环***、反力架加载***、荷重传感器。通过吸力控制***控制土体吸力、通过反力架与加载杆施加外荷载，通过荷重传感器检测土样内部应力变化，通过气体供气装置将定量的待测温室气体通入装置内，通过气体检测***对吸附氧化后的气体进行实时检测，对不同改性土样、含有微生物的土样进行吸力、荷载变化时对土体吸附、氧化气体效能和内部应力影响规律研究，得到填埋场服役期间填埋气浓度变化规律。实验装置设计简便、轻巧，操作方便，一体化性能好，应用广泛。

Description

一种可控土体外荷载的土体对气体吸附量和氧化效能试验 装置

技术领域

本发明涉及一种可控土体外荷载的土体对气体吸附量和氧化效能试验装置，属于岩土环境工程测量仪器制造技术及测试领域。

背景技术

随着工业化和城市化进程的加速发展，约有1/3的城市正深陷垃圾围城的困局。城市生活垃圾对城市及周边的生态环境带来了沉重的压力。现阶段，我国的生活垃圾处理方式主要有焚烧、堆肥、填埋，现有的垃圾处理方式中约五分之四是进行填埋。垃圾填埋堆放场气体无组织释放，这给城市带来了巨大的环境风险，对周围居民的生活质量和城市经济发展产生巨大影响。垃圾填埋气体的主要成份为甲烷、二氧化碳、氧化亚氮、氨气以及其他微量气体。近年来随着我国城市垃圾产量的快速增长，垃圾填埋场填埋气体对环境的危害日益突出，已成为一个亟待解决的环境问题。

相关研究表明，提高填埋场覆盖层对温室气体吸附、氧化能力是控制填埋场温室气体释放的一种经济高效的手段。目前，对垃圾填埋场上覆层有害填埋气吸附、生物氧化试验多是稳态、半稳态性质的研究，即假定上覆层土体理化性质与应力状态是保持不变的。而现实情况中，季节交替、降雨蒸腾，均会引起土体吸力的改变。同时，当垃圾车行驶、机械施工碾压、生物降解引起垃圾层沉降时，上覆土层承受外载荷作用发生变化。吸力改变及外荷载变化引起土体内部应力的变化，从而引起上覆层土体的物化性质发生改变，例如：密度、pH值、孔隙结构等。这些理化性质的变化会影响上覆层土体吸附、氧化温室气体的能力，为合理选取上覆层土体设计参数，非常有必要研发一种可控土体外荷载的土体对气体吸附量和氧化效能试验装置来研究在覆盖层土体在不同吸力、荷载、含水率下，覆盖层对温室气体吸附、氧化效能的变化，从而得到更完善的上覆层土体水力、力学参数及对填埋气体氧化效能的研究成果。

本发明所提出的一种可控土体外荷载的土体对气体吸附量和氧化效能试验装置，可以通过改变土体的吸力、外荷载大小，进行不同改性土样、含有微生物的土样对填埋气吸附、氧化效能的研究，实时得到土体中填埋气浓度变化的规律。

发明内容

本发明针对填埋场上覆盖层土体内应力变化会对土体理化性质产生影响，进而引起其对填埋气吸附、生物氧化性能变化的特点，提供一种可控土体外的土体对气体吸附量和氧化效能的试验装置。

本发明的主要思想是：

1.使用同一种饱和盐溶液，保持土体吸力不变，改变竖向荷载，研究土体吸力不变应力变化时土样吸附、氧化温室气体效能的变化规律。

2.保持竖向荷载不变，改变土样吸力值，研究土样应力不变，吸力变化时土样吸附、氧化温室气体效能的变化规律。

3.在进行上覆层土体不同工况实验时，通过位移传感器可测土体体积的变化规律。结合竖向应力，得到土样的应力应变关系。

4.在保持土样体积不变，仅改变土样吸力时，可通过载荷传感器反映土样内部应力变化，得到吸力与土样内部应力的变化关系。

该仪器装置设计简便、操作灵活，整体性好，可对多种工况下填埋场上覆层填埋气削减效能进行持续性研究。

为达到上述发明目的，解决现有技术问题，本发明的构思是：

本装置包括试样底部支座、试样室、位移传感器、吸力控制***、待测气体供气***、气体检测***、安全导排***，气体循环***、反力架加载***、载荷传感器组成。试样室包括试样腔室、腔室底盘、腔室盖板三部分。试样腔室安装有插管口，分别与气体检测***、气体循环***、气体导出***连接，腔室底盘安装有两个插管口，分别与吸力控制***和待测气体供气***连接。在试样腔室内制备好土样后，通过气体供气***向装置内提供一定量的待测气体，通过吸力控制装置控制土样吸力，同时气体检测***实时反映气体浓度的变化，试样室上方安装位移传感器与反力架加载***，整个装置可测得不同吸力、荷载作用下试样吸附、氧化效能的变化趋势与试样高度的变化。在加载杆顶部安装荷重传感器，当进行土样体积恒定仅改变土样吸力的实验时，可通过载荷传感器反映土样内部的应力变化，得到吸力与内部应力的变化关系。

根据上述发明构思，本发明采用下述技术方案：

一种可控土样外荷载的土体对气体吸附量和氧化效能实验装置，包括装填试样的试样室，其特征在于：

1)有一个反力架式加载***，对试样室内的试样实施可控外荷载；

2)所述试样室底面右边有一个管接口，接通一个待测气体供气***；

3)所述试样室底面左边有一个管接口，接通一个吸力控制***；

4)所述试样室右侧壁有一个管接口，接通一个安全导排***；

5)所述试样室右侧壁有一个管接口，接通一个气体循环***；

6)所述试样室顶盖有两个管接口，接通一个待测气体分析***；

7)在试样室与反力架***之间设置有位移传感器。

所述吸力控制***，是由一个蠕动泵D连接一个装有饱和盐溶液洗气瓶E组成，可以通过改变饱和盐溶液的种类，控制试样的吸力大小。

所述待测气体供气***，是由阀门B连接一个储气罐A组成。将供气装置与试样室连通，通过设置储气罐A上的流量计便可以控制气体的通气量。

所述安全导排***由一个安全阀F连接一个压力表G组成，压力表G实时监控装置内压强的变化，如遇到压力过大等危险的情况，安全阀门自动开启，气体通过导排口进行排气，使装置内压强达到安全范围。

所述位移传感器1通过螺栓2固定在加载杆上，位移传感器的伸缩针紧紧靠在试样上，用于反映试样高度的变化。

这种测试方法所依托的试验装置，构造简单，设计轻巧，操作方便，一体化性能好，作用广泛。

本发明与现有技术相比，具有如下显而易见的突出的实质性特点和显著优点：

1.本发明针对垃圾填埋场上覆层填埋气吸附、氧化效能的试验研究，为测试填埋场上覆层土体吸附、氧化填埋气提供一套试验装置，可进行在不同吸力、外荷载条件下上覆层填埋气体削减的性能测试。

2.本发明的实验装置中，供气装置可以向实验装置内提供定量的气体，同时可以通过气体检测***，实时监测实验装置中有害气体浓度的变化，得出浓度变化趋势图。待浓度稳定后，可换算出试样吸附或氧化气体的具体的量。

3.该试验装置最大的创新点在于吸力控制、竖向荷载施加、位移监测、气体浓度监测等多种技术可同时应用，在吸力与外力变化下可同时测量土体吸附、氧化效能、土体体积的变化，得出不同吸力作用下的应力应变关系；吸力与气体吸附量、氧化量之间的关系；应力与气体吸附量、氧化量之间的关系。

4.在保持土样体积恒定仅改变土样吸力时，在加载杆上方安装荷重传感器，实时反映土样内部应力的变化规律，得到吸力与土样内部应力之间的变化关系。

本发明的实验装置能够达到多种目的，实现对填埋气吸附、氧化效能的研究。实验装置制样方法及制作工艺简单，制作材料容易取得，操作简便。采用串联方式集中供气，使试验条件在长期试验过程中保持一致。

附图说明

图1是本发明控制土体吸力与外荷载及测定土体对气体吸附量、氧化效能的试验装置的整体剖面图。

图2是本发明控制土体吸力与外荷载及测定土体对气体吸附量、氧化效能的试验装置的底座俯视图。

图3是本发明控制土体吸力与外荷载及测定土体对气体吸附量、氧化效能的试验装置的多孔板大样图。

图4是本发明控制土体吸力与外荷载及测定土体对气体吸附量、氧化效能的试验装置的1-1处剖面图。

图5是本发明控制土体吸力与外荷载及测定土体对气体吸附量、氧化效能的试验装置的固定试样装置剖面图。

图6是本发明控制土体吸力与外荷载及测定土体对气体吸附量、氧化效能的试验装置的插管口18大样图。

图7是本发明控制土体吸力与外荷载及测定土体对气体吸附量、氧化效能的试验装置的插管口11、12、19大样图。

图8是本发明控制土体吸力与外荷载及测定土体对气体吸附量、氧化效能的试验装置的部件标号图。

具体实施方式

结合附图和优选实施例对本发明进一步详述如下：

实施例一

一种可控土样外荷载的土体对气体吸附量和氧化效能实验装置，包括装填试样的试样室100，其特征在于：

1)有一个反力架式加载***101，对试样室100内的试样实施可控外荷载；

2)所述试样室100底面右边有一个管接口，接通一个待测气体供气***102；

3)所述试样室100底面左边有一个管接口，接通一个吸力控制***103；

4)所述试样室100右侧壁有一个管接口，接通一个安全导排***104；

5)所述试样室100右侧壁有一个管接口，接通一个气体循环***105；

6)所述试样室100顶盖有两个管接口，接通一个待测气体分析***106；

7)在试样室100与反力架***101之间设置有位移传感器107。

实施例二

本实施例与实施例一基本相同，特征之处如下：

所述的可控土样外荷载的土体对气体吸附量和氧化效能实验装置，其试样室100是由一个试样室筒体15上下端分别经O型圈6、16经过螺栓17连接底盘20和顶盖8构成；试样室100内腔从上到下依次为透水石层13、试样、透水石层13、多孔板10；试样室100内壁密封硅脂14

所述反力架式加载***101是：一个反力架23的底盘上安装一个支座22，支座22上螺纹旋配一个底座圆柱体21而可调整其高度；底座圆柱体21顶端撑接试样室，100的底面；所述反力架23的顶梁下面，经一个伸缩柱29和一个荷重传感器28连接一个加载杆9的顶端，而加载杆9穿过试样室100顶盖8后，其下端顶在所述多孔板10上；

所述位移传感装置107是：一个位移传感器1通过螺栓2固定在加载杆9上，而其触头抵在试样室100的顶盖8上；所述吸力控制***103，是由一个蠕动泵D连接一个装有饱和盐溶液洗气瓶E组成，可通过改变饱和盐溶液的种类，向试样持续提供带有饱和盐溶液的气体，从而控制试样的吸力大小；

所述待测气体供气***102，是由一个阀门B连接有个储气罐A组成。通过设置储气罐A上的流量计便可以控制气体的通气量；

所述安全导排***104由一个安全阀F连接一个压力表G组成，压力表G实时监控装置内气体压强的变化，如遇到压力过大等危险的情况，安全阀门自动开启，气体通过导排口进行排气，使装置内气体压强达到安全范围；

所述位移传感器装置107用于测定试样高度的变化。

实施例三

本实施例与实施例二基本相同，特别之处如下：

所述一种可控土体外荷载的土体对气体吸附量和氧化效能试验装置，其特征在于在反力架顶部安装荷重传感器，使其与加载杆顶部紧密接触，保持试样体积恒定。在进行土样吸附、氧化气体效能的实验过程中，实时监测土样内部应力的变化，得到应力与吸力之间的关系。

实施例四

参见图1～图8，控制土体外荷载及测定土体对气体吸附量、氧化效能的试验装置，包括底部支座、试样室、位移传感器、吸力控制装置、气体供气装置、取样分析装置、安全导排装置，气体循环装置、反力架加载***、荷重传感器等组成。所述试样支座22是金属圆柱体，与反力架加载***23焊接在一起。所述试样室是由底座21与底盘20、试样固定腔室15和盖板8组成。底盘20、试样固定腔室15和盖板8分别通过螺丝17连接在一起。组成底座的圆柱21与底盘20焊接在一起。底盘有两个插管口18、19。插管口18与吸力控制***E连接，插管口19与待测供气***A连接。试样腔室15由亚克力塑料制成，试样腔室15上分别开有11、12两个插管口。插管口12用于排气装置G的连接，插管口11与气体循环装置C的连接。盖板8由金属制成并设置预留孔3，并用丁基橡胶塞密封，丁基橡胶塞具有自封闭功能。所述加载装置由反力架加载***23与加载杆9组成。所述位移传感器1通过螺栓2固定在加载杆9上。将荷重传感器28和伸缩柱29固定在反力架23上。

在实验过程中，将焊接在一起的反力架加载***23与支座22放置在实验平台上，然后将试样腔室15的底座圆柱部分21通过旋拧嵌固在支座22中。将试样腔室15放在底盘20上，在试样腔室15与试样腔室底盘20之间设置O型密封圈16并通过螺栓17使试样腔室15与底盘20固定紧密，保持密封。在试样室15的底部放置下透水石13，装填土样之前，预先在试样室内壁涂抹密封硅脂14，然后再分层装填土样。制样时，用击实锤将预先配置好的土样击实到预设高度，从而控制试样是否达到预设的干密度。然后在试样上依次放入透水石13、多孔板10。试样制好后，在试样腔室15上放置O型密封圈6，并用螺栓7将其固定。试样腔室安装完毕后，将加载杆9通过试样腔室盖板8上的预留孔3进入试样腔室内，并与多孔板10连接，随后将位移传感器1通过螺栓2固定在加载杆上。最后将荷重传感器28伸缩柱29固定于反力架上，使感应探头与加载杆刚好接触。实验装置安装完成后，将吸力控制***E与气腔插管口18连接，待测气体供气***A和B与气腔室插管口19连接，气体循环装置B和C通过气腔插管口11连接，气体倒排***G与气腔插管口12连接，气体检测分析装置G与气腔插管口5连接。

装配试验实例1

维持加载不变，探究不同吸力作用下土体吸附、氧化温室气体效能变化规律的测试实验，实验步骤如下:

第一步：将反力架加载***23与底座22放置在试验平台上，将试样室底盘圆柱21对准底座22上的螺旋凹槽，旋拧固定。

第二步：将试样腔室15放在试样室底盘20上，在试样腔室15与试样腔室底盘20之间设置O型密封圈16并通过螺栓17使试样腔室15与底盘20固定紧密，保持密封。在试样腔室15的底部放置下透水石13，装填土样之前，预先在试样室内壁涂抹密封硅脂14，然后再分层装填土样。制样时，用击实锤将预先配置好的土样击实到预设高度，从而控制试样是否达到预设的干密度。然后在试样上依次放入透水石13、多孔板10。试样制好后，在试样腔室15上放置O型密封圈6，并用螺栓7将其固定。在试样盖板8上的预留孔3处安装O型橡胶圈4，将加载杆9穿过预留孔3进入试样腔室内并与多孔板10连接。加载杆9的上部与反力架加载***连接。

第三步：连接吸力控制装置。将配置好的某种饱和盐溶液放置在洗气瓶E中，将循环泵D的出气橡胶管与洗气瓶E连接，循环泵D的进气管套在插管口玻璃管24上，洗气瓶的出气管套在插管口玻璃管25上，确保套管处不漏气后，将丁基橡胶塞26安装在插管口18处。连接排气***。将大流量阀门F与压力表G的出气口通过橡胶气管连接，压力表G的进气橡胶管套于插管口12上的玻璃管27上。连接气体分析***，将气体分析仪的泵吸管和排气管上分别安装一个注射针头J。在预留口5处塞上与洞口大小相符的丁基橡胶塞，然后将吸气管针头与排气管针头扎入丁基橡胶塞。连接循环***。循环泵C和阀门B之间通过橡胶管连接，阀门的出气橡胶管套于插管口11的玻璃管27上。连接待测气体供气***。将装有待测气体的气瓶A和安全定量阀门B用气管，将阀门B的出气橡胶管套于插管口19的玻璃管27上。

第四步：设置反力架加载***的竖向荷载大小，通过加载杆将外荷载传递给试样。打开循环***B、C和排气***F、G，将试样室内可能存在的杂气排出。运行10min后，关闭循环***与排气***，开启吸力控制***的气动泵D，加速气相间的水分迁移，达到两相平衡从而达到控制吸力的作用。达到平衡后，设置待测气体供气***的供气流速和时间，打开阀门B进行定量供气，供气完成后紧接着关闭供气阀门B，打开气体分析装置，并设置气体分析***G每隔2分钟测一次气体浓度并保存数据。待分析仪显示的浓度不在变化或变化幅度很小时，便认为达到了吸附或氧化极限状态。

第五步：关闭气体分析***G，随后关闭吸力控制***D、E，最后打开排气***F、G和循环***B、C，将实验后的废气排出仪器。排气完成后关闭排气***F、G和循环***B、C，便完成了整个实验。

保持反力架加载***施加的外荷载不变，变换洗气瓶中饱和盐溶液的种类，可以测得应力不变时，吸力变化对土体吸附、氧化温室气体效能规律的影响。

装配试验实例2

维持吸力不变，探究施加不同竖向荷载时，土体吸附、氧化温室气体效能变化规律的实验，实验步骤如下:

第一步：将反力架加载***23与底座22放置在试验平台上，将试样室底盘圆柱21对准底座22上的螺旋凹槽，旋拧固定。

第二步：将试样腔室15放在试样室底盘20上，在试样腔室15与试样腔室底盘20之间设置O型密封圈16并通过螺栓17将试样腔室15与底盘20固定紧密，保持密封。在试样腔室15的底部放置下透水石13，装填土样之前，预先在试样室内壁涂抹密封硅脂14，然后再分层装填土样。制样时，用击实锤将预先配置好的土样击实到预设高度，从而控制试样是否达到预设的干密度。然后在试样上依次放入透水石13、多孔板10。试样制好后，在试样腔室15上放置O型密封圈6，并用螺栓7将其固定。试样腔室安装完毕后，在盖板8上的预留孔3处安装O型密封橡胶圈4，将加载杆9通过预留孔3与多孔板10连接，加载杆9上端与反力架加载***23连接。

第三步：连接吸力控制装置。将配置好的某种饱和盐溶液放置在洗气瓶E中，将循环泵D的出气橡胶管与洗气瓶E连接，循环泵D的进气管套在插管口玻璃管24上，洗气瓶的出气管套在插管口玻璃管25上，确保套管处不漏气后，将丁基橡胶塞26安装在插管口18处。连接排气***。将大流量阀门F与压力表G的出气口通过橡胶气管连接，压力表G的进气橡胶管套于插管口12上的玻璃管27上。连接气体分析***，将气体分析仪的泵吸管和排气管上分别安装一个注射针头J。在预留口5处塞上与洞口大小相符的丁基橡胶塞，然后将吸气管针头与排气管针头扎入丁基橡胶塞。连接循环***。循环泵C和阀门B之间通过橡胶管连接，阀门的出气橡胶管套于插管口11的玻璃管27上。连接待测气体供气***。将装有待测气体的气瓶A和安全定量阀门B用气管，将阀门B的出气橡胶管套于插管口19的玻璃管27上。

第四步：设置反力架加载***的竖向加载大小，通过加载杆将外荷载传递给试样。打开循环***B、C和排气***F、G，将试样室内可能存在的杂气排出。运行10min后，关闭循环***与排气***，开启吸力控制***的气动泵D，加速气相间的水分迁移，达到两相平衡从而达到控制吸力的作用。达到平衡后，通过反力架加载***23和加载杆19对试样进行加载，加载后设置待测气体供气***的供气流速和时间，打开阀门B进行定量供气，供气完成后紧接着关闭供气阀门B，打开气体分析装置，并设置气体分析***G每隔2分钟测一次气体浓度并保存数据。待分析仪显示的浓度不再变化或变化幅度很小时，便认为达到了吸附或氧化的极限状态。

第五步：关闭气体分析***G，随后关闭吸力控制***D、E，最后打开排气***F、G和循环***B、C，将实验后的废气排出仪器。排气完成后关闭排气***F、G和循环***B、C，便完成了整个实验。

维持吸力不变，改变反力架加载***的荷载大小便可以探究在相同吸力作用下，不同加载质量对试样吸附、氧化气体的影响趋势。

装配试验实例3

在进行探究土体吸附、氧化温室气体效能变化规律的实验中，安装位移传感器，监测土体体积的变化，实验步骤如下:

第一步：将反力架加载***23与底座22放置在试验平台上，将试样室底盘圆柱21对准底座22上的螺旋凹槽，旋拧固定。

第二步：将试样腔室15放在试样室底盘20上，在试样腔室15与试样腔室底盘20之间设置O型密封圈16并通过螺栓17使试样腔室15与底盘20紧密固定，保持密封。在试样腔室15的底部放置下透水石13，装填土样之前，预先在试样室内壁涂抹密封硅脂14，然后再分层装填土样。制样时，用击实锤将预先配置好的土样击实到预设高度，从而控制试样是否达到预设的干密度。然后在试样上依次放入透水石13、多孔板10。试样制好后，在试样腔室15上放置O型密封圈6，并用螺栓7将其固定。试样腔室安装完毕后，在盖板8上的预留孔3处安装O型密封橡胶圈4，将加载杆9通过预留孔3与多孔板10连接，加载杆9上端与反力架加载***23连接。将位移传感器1通过螺栓2固定在加载杆9上，并记录在位移计上的初始读数。

第三步：连接吸力控制***。将配置好的某种饱和盐溶液放置在洗气瓶E中，将循环泵D的出气橡胶管与洗气瓶E连接，循环泵D的进气管套在插管口玻璃管24上，洗气瓶的出气管套在插管口玻璃管25上，确保套管处不漏气后，将丁基橡胶塞26安装在插管口18处。连接排气***。将大流量阀门F与压力表G的出气口通过橡胶气管连接，压力表G的进气橡胶管套于插管口12上的玻璃管27上。连接气体分析***，将气体分析仪的泵吸管和排气管上分别安装一个注射针头J。在预留口5处塞上与洞口大小相符的丁基橡胶塞，然后将吸气管针头与排气管针头扎入丁基橡胶塞。连接循环***。循环泵C和阀门B之间通过橡胶管连接，阀门的出气橡胶管套于插管口11的玻璃管27上。连接待测气体供气***。将装有待测气体的气瓶A和安全定量阀门B用气管，将阀门B的出气橡胶管套于插管口19的玻璃管27上。

第四步：设置反力架加载***竖向加载的大小，通过加载杆将外荷载传递给试样。打开循环***B、C和排气***F、G，将试样室内可能存在的杂气排出。运行10min后，关闭循环***与排气***，开启吸力控制***的气动泵D，加速气相间的水分迁移，达到两相平衡从而达到控制吸力的作用。达到平衡后，通过反力架加载***23和加载杆19对试样进行加载，加载后设置待测气体供气***的供气流速和时间，打开阀门B进行定量供气，供气完成后紧接着关闭供气阀门B，打开气体分析装置，并设置气体分析***G每隔2分钟测一次气体浓度并保存数据。待气体检测仪上显示的浓度不再变化或变化幅度很小时，便认为达到了吸附或氧化的极限状态。

第五步：关闭气体分析***G，随后关闭吸力控制***D、E，最后打开排气***F、G和循环***B、C，将实验后的废气排出仪器。排气完成后关闭排气***F、G和循环***B、C，便完成了整个实验。

实验结束后读取位移传感器上的最终数值与位移计初始数值做差，便可以测得试样在实验过程中体积的变化，位移传感器的安装可以测得不同工况下试样体积的变化规律，进而可以得出应力、吸力、体积变化与吸附、氧化效能之间的关系。

装配试验实例4

在进行探究土体吸附、氧化温室气体效能变化规律的实验中，安装荷重传感器，研究在保持土样体积恒定仅改变土样吸力时，监测土体内部应力的变化，实验步骤如下:

第一步：将反力架加载***23与底座22放置在试验平台上，将试样室底盘圆柱21对准底座22上的螺旋凹槽，旋拧固定。

第二步：将试样腔室15放在试样室底盘20上，在试样腔室15与试样腔室底盘20之间设置O型密封圈16并通过螺栓17使试样腔室15与底盘20紧密固定，保持密封。在试样腔室15的底部放置下透水石13，装填土样之前，预先在试样室内壁涂抹密封硅脂14，然后再分层装填土样。制样时，用击实锤将预先配置好的土样击实到预设高度，从而控制试样是否达到预设的干密度。然后在试样上依次放入透水石13、多孔板10。试样制好后，在试样腔室15上放置O型密封圈6，并用螺栓7将其固定。试样腔室安装完毕后，在盖板8上的预留孔3处安装O型密封橡胶圈4，将加载杆9通过预留孔3与多孔板10连接。在反力架23顶部安装荷重传感器28，调节伸缩杆29使荷重传感器的感应探头与加载杆9上端紧密接触。

第三步：连接吸力控制***。将配置好的某种饱和盐溶液放置在洗气瓶E中，将循环泵D的出气橡胶管与洗气瓶E连接，循环泵D的进气管套在插管口玻璃管24上，洗气瓶的出气管套在插管口玻璃管25上，确保套管处不漏气后，将丁基橡胶塞26安装在插管口18处。连接排气***。将大流量阀门F与压力表G的出气口通过橡胶气管连接，压力表G的进气橡胶管套于插管口12上的玻璃管27上。连接气体分析***，将气体分析仪的泵吸管和排气管上分别安装一个注射针头J。在预留口5处塞上与洞口大小相符的丁基橡胶塞，然后将吸气管针头与排气管针头扎入丁基橡胶塞。连接循环***。循环泵C和阀门B之间通过橡胶管连接，阀门的出气橡胶管套于插管口11的玻璃管27上。连接待测气体供气***。将装有待测气体的气瓶A和安全定量阀门B用气管，将阀门B的出气橡胶管套于插管口19的玻璃管27上。

第四步：打开循环***B、C和排气***F、G，将试样室内可能存在的杂气排出。运行10min后，关闭循环***与排气***，开启吸力控制***的气动泵D，加速气相间的水分迁移，达到两相平衡从而达到控制吸力的作用。达到平衡后，通过反力架加载***23和加载杆19对试样进行加载，加载后设置待测气体供气***的供气流速和时间，打开阀门B进行定量供气，供气完成后紧接着关闭供气阀门B，打开气体分析装置，并设置气体分析***G每隔2分钟测一次气体浓度并保存数据。待气体检测仪上显示的浓度不再变化或变化幅度很小时，便认为达到了吸附或氧化的极限状态。

第五步：关闭气体分析***106，随后关闭吸力控制***103最后打开安全导排***104和气体循环***105，将实验后的废气排出仪器。排气完成后关闭安全导排***104和气体循环***105，便完成了整个实验。

实验时实时记录荷重传感器显示的应力数值的变化，绘制应力-吸力曲线，得到土样在吸力变化时内部应力与吸力之间的关系。

Claims (9)

1.一种可控土样外荷载的土体对气体吸附量和氧化效能实验装置，包括装填试样的试样室(100)，其特征在于：

设有一个反力架式加载***(101)，对试样室(100)内的试样实施可控外荷载；

所述试样室(100)底面右边有一个管接口，接通一个待测气体供气***(102)；

所述试样室(100)底面左边有一个管接口，接通一个吸力控制***(103)；

所述试样室(100)右侧壁有一个管接口，接通一个安全导排***(104)；

所述试样室(100)右侧壁有一个管接口，接通一个气体循环***(105)；

所述试样室(100)顶盖有两个管接口，接通一个待测气体分析***(106)；

在试样室(100)与反力架***(101)之间设置有位移传感器(107)。

2.根据权利要求1所述的可控土样外荷载的土体对气体吸附量和氧化效能实验装置，其特征在于：所述试样室(100)是由一个试样室筒体(15)上下端分别经O型圈(6,16)经过螺栓(17)连接底盘(20)和顶盖(8)构成；试样室(100)内腔从上到下依次为透水石层(13)、试样、透水石层(13)、多孔板(10)；试样室(100)内壁密封硅脂(14)；

所述反力架式加载***(101)是：一个反力架(23)的底盘上安装一个支座(22)，支座(22)上螺纹旋配一个底座圆柱体(21)而可调整其高度；底座圆柱体(21)顶端撑接试样室(100)的底面；所述反力架(23)的顶梁下面，经一个伸缩柱(29)和一个荷重传感器(28)连接一个加载杆(9)的顶端，而加载杆(9)穿过试样室(100)顶盖(8)后，其下端顶在所述多孔板(10)上；所述位移传感装置(107)是：一个位移传感器(1)通过螺栓(2)固定在加载杆(9)上，而其触头抵在试样室(100)的顶盖(8)上；所述吸力控制***(103)，是由一个蠕动泵D连接一个装有饱和盐溶液洗气瓶(E)组成，可通过改变饱和盐溶液的种类，向试样持续提供带有饱和盐溶液的气体，从而控制试样的吸力大小；

所述待测气体供气***(102)，是由一个阀门(B)连接有个储气罐(A)组成；通过设置储气罐(A)上的流量计便可以控制气体的通气量；

所述安全导排***(104)由一个安全阀(F)连接一个压力表(G)组成，压力表(G)实时监控装置内气体压强的变化，如遇到压力过大等危险的情况，安全阀门自动开启，气体通过导排口进行排气，使装置内气体压强达到安全范围；

所述位移传感器装置(107)用于测定试样高度的变化。

3.根据权利要求1所述的一种可控土体外荷载的土体对气体吸附量和氧化效能试验装置，其特征在：可控制土体吸力大小，吸力控制***(103)洗气瓶(E)中使用同一种饱和盐溶液，则可保持土样吸力不发生变化；更换洗气瓶(E)中饱和盐溶液的类型，则可以调整吸力大小。

4.根据权利要求1所述的一种可控土体外荷载的土体对气体吸附量和氧化效能试验装置，其特征在于：可控竖向荷载大小，改变土样的应力；向反力架(23)施加竖向荷载，通过加载杆(9)将竖向荷载传递给试样，改变试样的应力状态，研究不同加载下的应力变化对土样吸附、氧化温室气体效能变化的影响。

5.根据权利要求1所述的一种可控土体外荷载的土体对气体吸附量和氧化效能试验装置，其特征在于：试验仪器连接的气体检测***具有定时监测气体浓度并绘制浓度曲线的功能，向实验仪器内通入定量的待测气体后，设置气体检测仪数据存储时间间隔，开启气体检测仪，便可以实时监测实验装置内气体浓度的变化，进而反映试样吸附、氧化气体的效能，设置时间间隔为2min，气体检测仪将在2min、4min、6min……处存储浓度数据。

6.根据权利要求1所述一种可控土体外荷载的土体对气体吸附量和氧化效能试验装置，其特征在于：可测得土体的体积变化；在试样上方安装位移传感器，试验开始前读取传感器的初始读数，试验结束后读取位移传感器上的最终读数，差值即为试样高度变化值，因试验过程中，试样的直径为恒定值，为试样腔室的内径，进而可计算得到试验过程中试样体积的变化；通过位移传感器可以测得不同工况下试样体积的变化规律，进而可以得出应力、吸力、体积变化与吸附、氧化效能之间的关系。

7.根据权利要求1所述一种可控土体外荷载的土体对气体吸附量和氧化效能试验装置，其特征在于：吸力控制、竖向荷载施加、位移监测、气体浓度监测等多种技术可同时应用，在吸力与外力变化下可同时测量土体吸附、氧化效能、土体体积的变化，得出不同吸力作用下的应力应变关系；吸力与气体吸附量、氧化量之间的关系；应力与气体吸附量、氧化量之间的关系。

8.根据权利要求1所述一种可控土体外荷载的土体对气体吸附量和氧化效能试验装置，其特征在于：试验试样的多样性；不仅对纯土试样进行试验研究，还对生物炭改性土、含有微生物的土体进行吸附、氧化气体效能的实验研究，探究不同生物炭掺量、微生物掺量、吸力、应力与土样吸附、氧化温室气体的关系。

9.根据权利要求1所述一种可控土体外荷载的土体对气体吸附量和氧化效能试验装置，其特征在于：在反力架顶部安装荷重传感器，使其与加载杆顶部紧密接触，保持试样体积恒定；在进行土样吸附、氧化气体效能的实验过程中，实时监测土样内部应力的变化，得到应力与吸力之间的关系。

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