CN112284992B - 气体渗透过程中土体力学响应全过程监测装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种气体渗透过程中土体力学响应全过程监测装置及方法，属于环境岩土工程技术领域，可用于对刚性边界气体渗透和柔性边界气体渗透过程中土体压力‑变形‑裂隙进行全过程的监测。主体装置主要包括试样箱、透水石、柔性隔膜、刚性隔板、网格量测屏。柔性隔膜和刚性隔板分别应用于柔性边界气体渗透试验和刚性边界气体渗透试验，试验过程中分别通过位移传感器和压力传感器记录土体侧向变形大小和各位置孔压大小，并结合网格量测屏监测土体浅层裂隙的发育发展情况。可以通过控制不同气体注入压力和围压大小，全过程监测不同干密度、不同含水率下，试样刚性/柔性边界气体渗透过程中土体发生的力学响应。
Description
技术领域
本发明涉及环境岩土工程技术领域，具体地，涉及一种气体渗透过程中土体力学响应全过程监测装置及方法，可用于对刚性边界气体渗透和柔性边界气体渗透过程中土体变形-裂隙全过程的监测。
背景技术
气体在多孔介质中的运移特性一直是岩土界的研究热点问题。气体渗流现象广泛地存在于地下工程、环境工程和能源工业等岩土工程领域，如曝气法技术和气压劈裂法中出现的气体渗流现象，非饱和土中水气渗流理论、地下水油污染的控制与恢复技术、石油与煤层气开采中的渗流相变问题、垃圾填埋场中废气抽放技术和核废料的储存等，都涉及到土体中气体的渗流特性。气体作为可压缩流体，在渗流过程中，随着渗透压力的变化，土体孔压也发生变化，土体呈现显著的体变特性，同时伴随土体裂隙的发育发展。例如，在深部地质处置库中，由于复杂的物理化学反应，将产生H2、CO2、CH4、N2等气体。随着时间的演化，废物容器表面及近场气体将不断积聚并导致气压逐渐升高。在高气压的作用下，处置库中缓冲/回填材料可能发生变形，进而产生裂隙，最终导致工程屏障功能降低，影响处置库的长期稳定性和安全性。因此，全过程监测气体渗透过程中土体孔压、变形和裂隙发育发展情况，对于岩土工程建设安全稳定性具有重大的意义。
此外，柔性边界和刚性边界下气体渗透过程中土体孔压、变形和裂隙发育发展也具有显著差异。而目前市场缺乏相关的室内试验设备，因此研制相应的监测设备和试验方法对于深入了解气体在多边界土体中的渗透特征具有重大的工程实际意义和理论研究价值。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述问题而发明了一种气体渗透过程中土体力学响应全过程监测装置及试验方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现。
本发明提供了一种气体渗透过程中土体力学响应全过程监测装置，所述气体渗透包括柔性边界气体渗透和刚性边界气体渗透，所述监测装置包括主体装置和气体注入装置，所述主体装置包括底座、试样箱、盖板和两块隔板，所述试样箱为横截面为矩形的空心箱体，所述底座为一个矩形板，试样箱垂直安装在底座的中心位置并与底座形成整体结构，盖板在进行监测时盖在试样箱的顶部，实现试样箱内腔的封闭；
将试样箱任意两个平行的箱板记为A板，另外二个平行的箱板记为B板，在试样箱内侧距离两个A板h的位置上，分别设置了与两个A板平行的隔板，隔板的长度、宽度分别与试样箱内腔的高度、宽度相同，即通过两块隔板将试样箱的内腔分隔成三个独立的封闭空腔：两块隔板与两个B板之间形成了封闭的试样室，在试样室的两侧形成了由隔板、A板、B板围成的两个封闭的围压室；
在试样箱两个A板的中心位置，分别留有贯通的渗流入口孔道B和渗流入口孔道C；在试样箱两个B板的中心位置，与B板的内壁平齐，分别镶嵌了透水石A和透水石B；在试样箱两个B板的中心位置，分别留有渗流入口孔道A和渗流出口孔道，其中，渗流入口孔道A与透水石A相通、渗流出口孔道与透水石B相通；
在进行柔性边界气体渗透监测时，所述隔板为柔性隔膜，在柔性隔膜上均匀布设多个位移传感器；在进行刚性边界气体渗透监测时，所述隔板为刚性隔板，在刚性隔板上均匀布设多个压力传感器C；
所述的气体注入装置包括高压气瓶、减压阀A、气体缓冲罐、三通球阀A、减压阀B、压力传感器A、开关A、减压阀C、压力传感器B、开关B、三通球阀B和不锈钢钢管；不锈钢钢管的一端与高压气瓶相连接，另一端通过减压阀A、气体缓冲罐与三通球阀A连接；三通球阀A的一端经减压阀B、压力传感器A、开关A与渗流入口孔道A连接，另一端经减压阀C、压力传感器B、开关B与三通球阀B相连；三通球阀B一端与渗流入口孔道B连接，另一端与和渗流入口孔道C连接。
优选地，所述围压室中，在与B板相接的两端分别设置了乳胶垫和铝垫，乳胶垫和铝垫的厚度之和等于h，即通过乳胶垫和铝垫构成双层密封***以实现试样室内腔的密封。
优选地，所述盖板和底座上均匀设置了对应位置的紧固螺孔，监测进行时，通过螺栓和紧固螺孔将盖板、试样箱、底座固接为一体。
优选地，所述的盖板的材质为透明有机玻璃板，在该透明有机玻璃板上，对与试样室内腔相对应的位置镌刻了方型网格，即盖板上与试样室内腔相对应的位置形成了一个网格量测屏。
优选地，所述渗流出口孔道与一个渗流出口管道相连，在渗流出口管道上安装了一个流量计。
本发明还提供了一种气体渗透过程中土体力学响应全过程监测装置的监测方法，首先将需要进行监测的试样按照干密度分为m种、按照含水量分为n种，得到干密度不同、含水量不同的m×n种预定试样，然后对该m×n种预定试样逐个分别进行柔性边界气体渗透测试和刚性边界气体渗透测试，并同步监测和记录土体在压力下变形及裂隙的产生状态；
其中任一个预定试样的具体测试步骤如下：
步骤1，制备预定试样
将预定试样干密度记为ρd、含水量记为w，计算填满试样室所需土体质量ms和所需要加入的水量mw，并将土体和水充分混合搅拌成为预定试样，然后将预定试样密封包装，放入标准养护箱养护24小时；
步骤2，预定试样装填
将两个隔板紧固于试样箱内，形成试样室和两个围压室，然后将养护好的预定试样均匀填满试样室，最后将盖板盖在试样箱上，并通过螺栓和紧固螺孔与底座紧固，完成预定试样的装填；
在柔性边界气体渗透测试中，所述隔板为柔性隔膜，在柔性隔膜上均匀布设多个位移传感器；在刚性边界气体渗透测试中，所述隔板为刚性隔板，在刚性隔板上均匀布设多个压力传感器C；
步骤3，开始气体渗透试验
打开高压气瓶的阀门，调节减压阀A使气体经不锈钢钢管进入气体缓冲罐，开始进行气体渗透测试；
将进入渗流入口孔道A的气体压力记为注入气压P；将进入渗流入口孔道B、渗流入口孔道C的气体压力记为注入围压P0，设进入渗流入口孔道B和渗流入口孔道C的两个注入围压P0相等；气体压力单位均为MPa；
柔性边界气体渗透测试按照步骤4执行，刚性边界气体渗透测试按照步骤5执行；
步骤4，柔性边界气体渗透测试
设定柔性预定注入气压P1和柔性预定注入围压P01，且P01≥P1＞0；
在本发明中，设定柔性预定注入气压P1为X个，对每一个柔性预定注入气压P1进行步骤4.1-4.4的柔性边界气体渗透测试；
步骤4.1，通过减压阀B和压力传感器A调节注入气压P到柔性预定注入气压P1，同时通过减压阀C、压力传感器B调节注入围压P0到柔性预定围压P01；
步骤4.2，同时打开开关A和开关B，开始进行柔性边界气体渗透测试，并在测试过程中通过位移传感器记录土体侧向变形数据、通过网格量测屏监测土体浅层裂隙的发育及发展状态；
步骤4.3，检验是否满足设定的测试终止条件，如果满足终止条件，相对一个柔性预定注入气压P1的柔性边界气体渗透测试结束，进入步骤4.4；
所述测试终止条件为：土体变形稳定、裂隙不再发育发展，且流量计记录的气体流量稳定；
步骤4.4，检查X个柔性预定注入气压P1中是否还有未进行以上测试，若有，返回步骤4.1，进行下一个柔性预定注入气压P1的测试；否则，进入步骤6；
步骤5，刚性边界气体渗透测试
设定钢性预定注入气压P2和钢性预定注入围压P02，其中，P02＝0，且P2＞0；
在本发明中，设定钢性预定注入气压P2为Y个，对每一个钢性预定注入气压P2进行步骤5.1-5.4的钢性边界气体渗透测试；
步骤5.1，通过减压阀B和压力传感器A调节注入气压P到刚性预定注入气压P2，同时将开关B(10)关闭；
步骤5.2，同时打开开关和开关B，开始进行刚性边界气体渗透测试，并在测试过程中通过压力传感器C记录土体各位置孔压数据、通过网格量测屏监测土体浅层裂隙的发育及发展状态；
步骤5.3，检验是否满足设定的测试终止条件，如果满足终止条件，相对一个钢性预定注入气压P2的钢性边界气体渗透测试结束，进入步骤5.4；
所述测试终止条件为：土体各位置孔压稳定、裂隙不再发育发展，且流量计记录的气体流量稳定；
步骤5.4，检查Y个钢性预定注入气压P2中是否还有未进行以上测试，若有，返回步骤5.1，进行下一个钢性预定注入气压P2的测试；否则，进入步骤6；
步骤6，检查m×n种预定试样中是否还有预定试样未进行以上测试，若有，返回步骤1，进行下一个预定试样的测试；否则，测试结束。
优选地，标准养护箱的养护条件为：温度为20±2℃、湿度为95％。
优选地，在柔性边界气体渗透测试中，X＝4-12；在刚性边界气体渗透测试中，Y＝4-12。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
(1)监测装置中柔性隔膜和刚性隔板分别代替柔性边界和刚性边界，可相互更换，其中柔性隔膜与试样箱的箱板形成的围压室可用作对试样室施加围压以及柔性隔膜在气体压力作用下可发生压缩变形的空间。
(2)通过布设位移传感器和压力传感器可以分别对柔性边界和刚性边界气体渗透过程中土体变形和孔压大小参数进行监测，从而达到试验目的。
(3)盖板上镌刻方型网格，形成网格量测屏，便于直接观测气体渗透过程中土体浅层裂隙发育发展。
(4)本试验装置可以控制不同气体注入压力和围压大小，同时可监测不同干密度、不同含水率下，试样刚性/柔性边界气体渗透过程中土体孔压-变形-裂隙全过程发育发展情况。
(5)本试验装置结构简单，功能齐全，操作便捷。
附图说明
图1是本发明的总体结构示意图；
图2是柔性边界渗透试验主体装置(不含盖板)的俯视图；
图3是试验装置的盖板示意图；
图4是主体装置(不含盖板)的正视图；
图5是刚性边界渗透试验主体装置(不含盖板)的俯视图；
图中：1、高压气瓶；2、减压阀A；3、气体缓冲罐；4、三通球阀A；5、减压阀B；6、压力传感器A；7、开关A；8、减压阀C；9、压力传感器B；10、开关B；11、三通球阀B；12、底座；13、试样箱；14、渗流入口孔道A；15、透水石A；16、透水石B；17、渗流出口孔道；18、渗流入口孔道B；19、渗流入口孔道C；20、隔板；21、柔性隔膜；22、试样室；23、位移传感器；24、乳胶垫；25、铝垫；26、围压室；27、盖板；28网格量测屏；29、紧固螺孔；30、渗流出口管道；31、流量计；32、螺栓；33、刚性隔板；34、压力传感器C；35、不锈钢钢管；36、密封垫。
具体实施方式
以下结合附图1-图5对本发明的实施例进行详细的描述。
由图1-图5可见，本发明提供了一种气体渗透过程中土体力学响应全过程监测装置。所述气体渗透包括柔性边界气体渗透和刚性边界气体渗透，所述监测装置包括主体装置和气体注入装置。
所述主体装置包括底座12、试样箱13、盖板27和两块隔板20。所述试样箱13为横截面为矩形的空心箱体，所述底座12为一个矩形板，试样箱13垂直安装在底座12的中心位置并与底座12形成整体结构，盖板27在进行监测时盖在试样箱13的顶部，实现试样箱13内腔的封闭。
在本实施例中，所述盖板27和底座12上均匀设置了对应位置的紧固螺孔29，监测进行时，通过螺栓32和紧固螺孔29将盖板27、试样箱13、底座12固接为一体。在盖板27和试样箱13接触处装有密封垫36。
将试样箱13任意两个平行的箱板记为A板，另外二个平行的箱板记为B板，在试样箱13内侧距离两个A板h的位置上，分别设置了与两个A板平行的隔板20，隔板20的长度、宽度分别与试样箱13内腔的高度、宽度相同，即通过两块隔板20将试样箱13的内腔分隔成三个独立的封闭空腔：两块隔板20与两个B板之间形成了封闭的试样室22，在试样室22的两侧形成了由隔板20、A板、B板围成的两个封闭的围压室26。
在进行柔性边界气体渗透监测时，所述隔板20为柔性隔膜21，在柔性隔膜21上均匀布设多个位移传感器23。在进行刚性边界气体渗透监测时，所述隔板20为刚性隔板33，在刚性隔板33上均匀布设多个压力传感器C34。
在具体监测过程中，所述柔性隔膜21和刚性隔板33均可相互更换，所述围压室26可用作对试样室22施加围压以及柔性隔膜21在气体压力作用下可发生压缩变形的空间。
在本实施例中，所述围压室26中，在与B板相接的两端分别设置了乳胶垫24和铝垫25，乳胶垫24和铝垫25的厚度之和等于h，即通过乳胶垫24和铝垫25构成双层密封***以实现试样室22内腔的密封。取h＝4-6cm。
在本实施例中，所述的盖板27的材质为透明有机玻璃板，在该透明有机玻璃板上，对与试样室22内腔相对应的位置镌刻了方型网格，即盖板27上与试样室22内腔相对应的位置形成了一个网格量测屏28。
在试样箱13两个A板的中心位置，分别留有贯通的渗流入口孔道B18和渗流入口孔道C19。在试样箱13两个B板的中心位置，与B板的内壁平齐，分别镶嵌了透水石A15和透水石B16。在试样箱13两个B板的中心位置，分别留有渗流入口孔道A14和渗流出口孔道17，其中，渗流入口孔道A14与透水石A15相通、渗流出口孔道17与透水石B16相通。
在本实施例中，透水石A15和透水石B16的横截面为圆形。
在本实施例中，所述渗流出口孔道17与一个渗流出口管道30相连，在渗流出口管道30上安装了一个流量计31。
具体的，在本实施例中，底座12和试样箱13为有机玻璃铸造而成，其中底座12长500mm、宽500mm、厚30mm。透水石A15和透水石B16为不锈钢透水石，直径均为25±0.5mm、厚0.3mm，且孔隙大小为55μm，误差小于5.0μm。位移传感器22型号为LD620-5线性位移传感器，位移量程为±5mm。压力传感器C34的压力测量范围0.001-10Mpa。柔性隔膜21或刚性隔板33固定于试样箱13后，形成的试样室22的内部尺寸为：长300mm、宽200mm、高50mm。盖板26为有机玻璃板制成，尺寸为：长500mm、宽500mm、厚10mm。网格量测屏27大小为：长300mm、宽200mm，被网格划分为900个大小相同的方格。流量计29为玻璃转子流量计，量程为0-10L/min。
所述的气体注入装置包括高压气瓶1、减压阀A2、气体缓冲罐3、三通球阀A4、减压阀B5、压力传感器A6、开关A7、减压阀C8、压力传感器B9、开关B10、三通球阀B11和不锈钢钢管35。不锈钢钢管35的一端与高压气瓶1相连接，另一端通过减压阀A2、气体缓冲罐3与三通球阀A4连接。三通球阀A4的一端经减压阀B5、压力传感器A6、开关A7与渗流入口孔道A14连接，另一端经减压阀C8、压力传感器B9、开关B10与三通球阀B(11相连。三通球阀B11一端与渗流入口孔道B18连接，另一端与和渗流入口孔道C19连接。
在本实施例中，高压气瓶1可提供0-10MPa的注入气压。减压阀A2、减压阀B5和减压阀C8的量程为均为0.1-10MPa。气体缓冲罐3耐压10MPa。压力传感器A6和压力传感器B9的量程为10MPa，其精度为0.001MPa。
所述的减压阀A2、气体缓冲罐3、三通球阀A4、减压阀B5、压力传感器A6、开关A7、减压阀C8、压力传感器B9、开关B10、三通球阀B11均采用316L低碳不锈钢制作。
本发明还提供了一种气体渗透过程中土体力学响应全过程监测装置的监测方法，首先将需要进行监测的试样按照干密度分为m种、按照含水量分为n种，得到干密度不同、含水量不同的m×n种预定试样，然后对该m×n种预定试样逐个分别进行柔性边界气体渗透测试和刚性边界气体渗透测试，并同步监测和记录土体在压力下变形及裂隙的产生状态。
其中任一个预定试样的具体测试步骤如下：
步骤1，制备预定试样
将预定试样干密度记为ρd、含水量记为w，计算填满试样室22所需土体质量ms和所需要加入的水量mw，并将土体和水充分混合搅拌成为预定试样，然后将预定试样密封包装，放入标准养护箱养护24小时。
在本实施例中，标准养护箱的养护条件为：温度为20±2℃、湿度为95％。
步骤2，预定试样装填
将养护好的预定试样均匀填满试样室22，然后将两个隔板20紧固于试样箱13内，形成试样室22和两个围压室26，最后将盖板27盖在试样箱13上，并通过螺栓32和紧固螺孔29与底座12紧固，完成预定试样的装填。
在柔性边界气体渗透测试中，所述隔板20为柔性隔膜21，在柔性隔膜21上均匀布设多个位移传感器23。在刚性边界气体渗透测试中，所述隔板20为刚性隔板33，在刚性隔板33上均匀布设多个压力传感器C34。
步骤3，开始气体渗透试验
打开高压气瓶1的阀门，调节减压阀A2使气体经不锈钢钢管35进入气体缓冲罐3，开始进行气体渗透测试；
将进入渗流入口孔道A14的气体压力记为注入气压P；将进入渗流入口孔道B18、渗流入口孔道C19的气体压力记为注入围压P0，设进入渗流入口孔道B18和渗流入口孔道C19的两个注入围压P0相等；气体压力单位均为MPa；
柔性边界气体渗透测试按照步骤4执行，刚性边界气体渗透测试按照步骤5执行。
步骤4，柔性边界气体渗透测试
设定柔性预定注入气压P1和柔性预定注入围压P01，且P01≥P1＞0；
在本发明中，设定柔性预定注入气压P1为X个，对每一个柔性预定注入气压P1进行步骤4.1-4.4的柔性边界气体渗透测试；
步骤4.1，通过减压阀B5和压力传感器A6调节注入气压P到柔性预定注入气压P1，同时通过减压阀C8、压力传感器B9调节注入围压P0到柔性预定围压P01；
步骤4.2，同时打开开关A7和开关B10，开始进行柔性边界气体渗透测试，并在测试过程中通过位移传感器23记录土体侧向变形数据、通过网格量测屏28监测土体浅层裂隙的发育及发展状态；
步骤4.3，检验是否满足设定的测试终止条件，如果满足终止条件，相对一个柔性预定注入气压P1的柔性边界气体渗透测试结束，进入步骤4.4；
所述测试终止条件为：土体变形稳定、裂隙不再发育发展，且流量计29记录的气体流量稳定；
步骤4.4，检查X个柔性预定注入气压P1中是否还有未进行以上测试，若有，返回步骤4.1，进行下一个柔性预定注入气压P1的测试；否则，进入步骤6。
步骤5，刚性边界气体渗透测试
设定钢性预定注入气压P2和钢性预定注入围压P02，其中，P02＝0，且P2＞0；
在本发明中，设定钢性预定注入气压P2为Y个，对每一个钢性预定注入气压P2进行步骤5.1-5.4的钢性边界气体渗透测试；
步骤5.1，通过减压阀B5和压力传感器A6调节注入气压P到刚性预定注入气压P2，同时将开关B(10)关闭；
步骤5.2，同时打开开关7和开关B8，开始进行刚性边界气体渗透测试，并在测试过程中通过压力传感器C34记录土体各位置孔压数据、通过网格量测屏28监测土体浅层裂隙的发育及发展状态；
步骤5.3，检验是否满足设定的测试终止条件，如果满足终止条件，相对一个钢性预定注入气压P2的钢性边界气体渗透测试结束，进入步骤5.4；
所述测试终止条件为：土体各位置孔压稳定、裂隙不再发育发展，且流量计29记录的气体流量稳定；
步骤5.4，检查Y个钢性预定注入气压P2中是否还有未进行以上测试，若有，返回步骤5.1，进行下一个钢性预定注入气压P2的测试；否则，进入步骤6。
步骤6，检查m×n种预定试样中是否还有预定试样未进行以上测试，若有，返回步骤1，进行下一个预定试样的测试；否则，测试结束。
在柔性边界气体渗透测试中，取X＝4-12。在刚性边界气体渗透测试中，取Y＝4-12。具体的，在本实施例中，X＝Y＝5。柔性预定注入气压P1为：0.1MPa、0.3MPa、0.5MPa、0.7MPa、0.9MPa；柔性预定注入围压P01为1MPa。刚性预定注入气压P2为：0.1MPa、0.3MPa、0.5MPa、0.7MPa、0.9MPa，钢性预定注入围压P02为0MPa。
在本实施例中，m＝3，n＝4，即预定试样干密度分为3种：1.5g/cm3、1.6g/cm3、1.7g/cm3。预定试样含水量分为4种：10％、15％、20％、25％。共得到12种预定试样，对12种预定试样分别逐个进行柔性边界气体渗透试验和刚性边界气体渗透试验。
在本实施例中，利用拍摄装置记录通过网格量测屏28监测到的土体浅层裂隙的发育及发展状态，并用计算机接收在监测过程中得到的各种数据和图片。
利用本发明的监测装置和监测方法，通过对不同预定试样、不同注入气压和注入围压、不同边界等一系列的气体渗透测试，得到数组关于土体压力-变形-裂隙的数据和图片，将数据和图片传入外部计算机***进行整理，可以全面了解气体渗透过程中土体发生的力学响应。
Claims (6)
1.一种气体渗透过程中土体力学响应全过程监测装置，所述气体渗透包括柔性边界气体渗透和刚性边界气体渗透，所述监测装置包括主体装置和气体注入装置，其特征在于，所述主体装置包括底座（12）、试样箱（13）、盖板（27）和两块隔板（20），所述试样箱（13）为横截面为矩形的空心箱体，所述底座（12）为一个矩形板，试样箱（13）垂直安装在底座（12）的中心位置并与底座（12）形成整体结构，盖板（27）在进行监测时盖在试样箱（13）的顶部，实现试样箱（13）内腔的封闭；
将试样箱（13）任意两个平行的箱板记为A板，另外二个平行的箱板记为B板，在试样箱（13）内侧距离两个A板h的位置上，分别设置了与两个A板平行的隔板（20），隔板（20）的长度、宽度分别与试样箱（13）内腔中的A板的长度、宽度相同，即通过两块隔板（20）将试样箱（13）的内腔分隔成三个独立的封闭空腔：两块隔板（20）与两个B板之间形成了封闭的试样室（22），在试样室（22）的两侧形成了由隔板（20）、A板、B板围成的两个封闭的围压室（26）；
在试样箱（13）两个A板的中心位置，分别留有贯通的渗流入口孔道B（18）和渗流入口孔道C（19）；在试样箱（13）两个B板的中心位置，与B板的内壁平齐，分别镶嵌了透水石A（15）和透水石B（16）；在试样箱（13）两个B板的中心位置，分别留有渗流入口孔道A（14）和渗流出口孔道（17），其中，渗流入口孔道A（14）与透水石A（15）相通、渗流出口孔道（17）与透水石B（16）相通；
在进行柔性边界气体渗透监测时，所述隔板（20）为柔性隔膜（21），在柔性隔膜（21）上均匀布设多个位移传感器（23）；在进行刚性边界气体渗透监测时，所述隔板（20）为刚性隔板（33），在刚性隔板（33）上均匀布设多个压力传感器C（34）；
所述的气体注入装置包括高压气瓶（1）、减压阀A（2）、气体缓冲罐（3）、三通球阀A（4）、减压阀B（5）、压力传感器A（6）、开关A（7）、减压阀C（8）、压力传感器B（9）、开关B（10）、三通球阀B（11）和不锈钢钢管（35）；不锈钢钢管（35）的一端与高压气瓶（1）相连接，另一端通过减压阀A（2）、气体缓冲罐（3）与三通球阀A（4）连接；三通球阀A（4）的一端经减压阀B（5）、压力传感器A（6）、开关A（7）与渗流入口孔道A（14）连接，另一端经减压阀C（8）、压力传感器B（9）、开关B（10）与三通球阀B（11）相连；三通球阀B（11）一端与渗流入口孔道B（18）连接，另一端与和渗流入口孔道C（19）连接；
所述的盖板（27）的材质为透明有机玻璃板，在该透明有机玻璃板上，对与试样室（22）内腔相对应的位置镌刻了方型网格，即盖板（27）上与试样室（22）内腔相对应的位置形成了一个网格量测屏（28）；
所述渗流出口孔道（17）与一个渗流出口管道（30）相连，在渗流出口管道（30）上安装了一个流量计（31）。
2.根据权利要求1所述的一种气体渗透过程中土体力学响应全过程监测装置，其特征在于，所述围压室（26）中，在与B板相接的两端分别设置了乳胶垫（24）和铝垫（25），乳胶垫（24）和铝垫（25）的厚度之和等于h，即通过乳胶垫（24）和铝垫（25）构成双层密封***以实现试样室（22）内腔的密封。
3.根据权利要求1所述的一种气体渗透过程中土体力学响应全过程监测装置，其特征在于，所述盖板（27）和底座（12）上均匀设置了对应位置的紧固螺孔（29），监测进行时，通过螺栓（32）和紧固螺孔（29）将盖板（27）、试样箱（13）、底座（12）固接为一体。
4.根据权利要求1-3任一项权利要求所述的一种气体渗透过程中土体力学响应全过程监测装置的监测方法，其特征在于，首先将需要进行监测的试样按照干密度分为m种、按照含水量分为n种，得到干密度不同、含水量不同的m×n种预定试样，然后对该m×n种预定试样逐个分别进行柔性边界气体渗透测试和刚性边界气体渗透测试，并同步监测和记录土体在压力下变形及裂隙的产生状态；
其中任一个预定试样的具体测试步骤如下：
步骤1，制备预定试样
将预定试样干密度记为
、含水量记为
，计算填满试样室（22）所需土体质量
和所需要加入的水量
，并将土体和水充分混合搅拌成为预定试样，然后将预定试样密封包装，放入标准养护箱养护24小时；
步骤2，预定试样装填
将两个隔板（20）紧固于试样箱（13）内，形成试样室（22）和两个围压室（26），然后将养护好的预定试样均匀填满试样室（22），最后将盖板（27）盖在试样箱（13）上，并通过螺栓（32）和紧固螺孔（29）与底座（12）紧固，完成预定试样的装填；
在柔性边界气体渗透测试中，所述隔板（20）为柔性隔膜（21），在柔性隔膜（21）上均匀布设多个位移传感器（23）；在刚性边界气体渗透测试中，所述隔板（20）为刚性隔板（33），在刚性隔板（33）上均匀布设多个压力传感器C（34）；
步骤3，开始气体渗透试验
打开高压气瓶（1）的阀门，调节减压阀A（2）使气体经不锈钢钢管（35）进入气体缓冲罐（3），开始进行气体渗透测试；
将进入渗流入口孔道A（14）的气体压力记为注入气压P；将进入渗流入口孔道B（18）、渗流入口孔道C（19）的气体压力记为注入围压P0，设进入渗流入口孔道B（18）和渗流入口孔道C（19）的两个注入围压P0相等；气体压力单位均为MPa；
柔性边界气体渗透测试按照步骤4执行，刚性边界气体渗透测试按照步骤5执行；
步骤4，柔性边界气体渗透测试
设定柔性预定注入气压P1和柔性预定注入围压P01，且P01≥P1＞0；
设定柔性预定注入气压P1为X个，对每一个柔性预定注入气压P1进行步骤4.1-4.4的柔性边界气体渗透测试；
步骤4.1，通过减压阀B（5）和压力传感器A（6）调节注入气压P到柔性预定注入气压P1，同时通过减压阀C（8）、压力传感器B（9）调节注入围压P0到柔性预定围压P01；
步骤4.2，同时打开开关A（7）和开关B（10），开始进行柔性边界气体渗透测试，并在测试过程中通过位移传感器（23）记录土体侧向变形数据、通过网格量测屏（28）监测土体浅层裂隙的发育及发展状态；
步骤4.3，检验是否满足设定的测试终止条件，如果满足终止条件，相对一个柔性预定注入气压P1的柔性边界气体渗透测试结束，进入步骤4.4；
所述测试终止条件为：土体变形稳定、裂隙不再发育发展，且流量计（31）记录的气体流量稳定；
步骤4.4，检查X个柔性预定注入气压P1中是否还有未进行以上测试，若有，返回步骤4.1，进行下一个柔性预定注入气压P1的测试；否则，进入步骤6；
步骤5，刚性边界气体渗透测试
设定钢性预定注入气压P2和钢性预定注入围压P02，其中，P02=0，且P2＞0；
设定钢性预定注入气压P2为Y个，对每一个钢性预定注入气压P2进行步骤5.1-5.4的钢性边界气体渗透测试；
步骤5.1，通过减压阀B（5）和压力传感器A（6）调节注入气压P到刚性预定注入气压P2，同时将开关B（10）关闭；
步骤5.2，同时打开开关A（7）和开关B（10），开始进行刚性边界气体渗透测试，并在测试过程中通过压力传感器C（34）记录土体各位置孔压数据、通过网格量测屏（28）监测土体浅层裂隙的发育及发展状态；
步骤5.3，检验是否满足设定的测试终止条件，如果满足终止条件，相对一个钢性预定注入气压P2的钢性边界气体渗透测试结束，进入步骤5.4；
所述测试终止条件为：土体各位置孔压稳定、裂隙不再发育发展，且流量计（31）记录的气体流量稳定；
步骤5.4，检查Y个钢性预定注入气压P2中是否还有未进行以上测试，若有，返回步骤5.1，进行下一个钢性预定注入气压P2的测试；否则，进入步骤6；
步骤6，检查m×n种预定试样中是否还有预定试样未进行以上测试，若有，返回步骤1，进行下一个预定试样的测试；否则，测试结束。
5.根据权利要求4所述的一种气体渗透过程中土体力学响应全过程监测装置的监测方法，其特征在于，标准养护箱的养护条件为：温度为20±2℃、湿度为95%。
6.根据权利要求4所述的一种气体渗透过程中土体力学响应全过程监测装置的监测方法，其特征在于，在柔性边界气体渗透测试中，X=4-12；在刚性边界气体渗透测试中，Y=4-12。
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