一種凍土導氣率穩態測量系統及測量方法
2023-09-12 02:24:05
專利名稱：一種凍土導氣率穩態測量系統及測量方法
技術領域：
本發明涉及土壌物理領域，具體地講是一種凍土導氣率穩態測量系統及其測量方法。
背景技術：
導氣率是土壤重要的特性參數之一，是土壤重要的特徵指標，導氣率狀況在土壤結構及結構穩定性研究中非常重要，並且土壤導氣率與土壤飽和導水率、土壤呼吸、植被根系生長等因素之間存在密切的關係。從供氣情況看，測量土壤導氣率的方法可分為兩大類，一類為穩態氣流測量方法，一類為瞬態氣流測量方法；從測量邊界條件看，測量土壤導氣率的方法可分為ー維測量方法和三維測量方式，ー維主要用於室內的測量，三維可用於原位的導氣率測量。目前導氣率的測量主要針對於融土，而有關凍土的導氣率測量尚未涉及。凍土是指溫度在o°c或o°c以下，並含有冰的各種巖石和土壌，由土顆粒、未凍水、冰及氣體組成的，是典型的多相體材料。凍土是由固體礦物顆粒、冰包裹體、液相水(未凍水和強結合 水)和氣態包裹體(水汽和空氣)組成的複合介質，凍土與融土的本質區別在於凍土中冰的存在。土凍結後強度將提高很多倍，其中主要依賴於凍土黏聚カ的大幅度提高。凍土強度的大幅度提高導致用於測量融土導氣率的裝置很難應用，主要因為測量筒難於打入或者打入時對土壌造成較大的擾動。
發明內容
本發明的目的是克服已有技術的不足，而提供一種凍土導氣率穩態測量系統。本發明的另ー目的是提供一種凍土導氣率穩態測量方法。本發明主要解決主要解決凍土強度的大幅度提高導致用於測量融土導氣率的裝置很難應用，主要因為測量筒難於打入或者打入時對土壌造成較大的擾動等問題。為了達到上述目的，本發明是這樣實現的一種凍土導氣率穩態測量系統，其特殊之處在於，包括
測筒，插入土壌一定深度處，並用來提供一定的氣體存儲空間；
供氣源，用來向測筒提供穩定的氣流；
氣壓測量計，用來測量測筒內的氣體壓力；
氣體流量計，用來測量氣體流量；
所述測筒材質為硬塑料或者金屬，材質強度應確保在試驗過程中筒體不變形，上端用橡皮塞密封，兩根連接管一端經橡皮塞分別和測筒內部相通連連接，另一端分別和氣壓測量計及供氣源相連接，與供氣源相連接的連接管上設置氣體流量計，用以測量通過該連接管的氣體流量，測筒下端開通不封閉。本發明的一種凍土導氣率穩態測量方法，其特殊之處在於，包括以下步驟
(1)利用土鑽在待測位置鑽取一定深度L的鑽孔，要求鑽孔直徑和測筒直徑D—致，在測筒外部塗抹一定量的凡士林，防止測筒外壁與鑽孔之間漏氣；
(2)利用供氣源向測筒穩定供氣，當氣壓測量計測定的測筒內壓カ
Qx以及氣體流量計測量的流量#穩定時停止供氣並記錄穩定的壓カ和流量值；
(3)在不同的供氣強度下，重複步驟(2)，獲得多組穩定壓カ和對應的穩定流量；(4)以穩定流量為因變量，對應的穩定壓力為自變量，確定二者的數量關係，並以二者確定的直線斜率作為被測土壌的空氣傳導特徵參數M;
(5)將得到的空氣傳導特徵參數M代入以下公式中來計算土壌的導氣率ka:
權利要求
1.一種凍土導氣率穩態測量系統，其特徵在於，包括 測筒(I)，插入土壌，並用來提供一定的氣體存儲空間； 供氣源(3)，用來向測筒(I)提供穩定的氣流； 氣壓測量計(5)，用來測量測筒(I)內的氣體壓力； 氣體流量計(6)，用來測量氣體流量； 所述測筒(I)上端用橡皮塞(2)密封，兩根連接管(4) 一端分別經橡皮塞(2)和測筒(I)內部相通連接，另一端分別和氣壓測量計(5)及供氣源(3)相連接，與供氣源(3)相連接的連接管(4)上設置氣體流量計(6)，測筒(I)下端開通不封閉。
2.根據權利要求I所述的ー種凍土導氣率穩態測量系統，其特徵在於，所述測筒(I)材質為硬塑料或者金屬。
3.採用權利要求I或2的測量系統進行凍土導氣率穩態的測量方法，其特徵在於，包括以下步驟 (1)利用土鑽在待測位置鑽取一定深度L的鑽孔，要求鑽孔直徑和測筒直徑D—致，在測筒外部塗抹一定量的凡士林，防止測筒外壁與鑽孔之間漏氣； (2)利用供氣源向測筒穩定供氣，當氣壓測量計測定的測筒內壓カQx以及氣體流量計測量的流量#穩定時停止供氣並記錄穩定的壓カ和流量值； (3)在不同的供氣強度下，重複步驟(2)，獲得多組穩定壓カ和對應的穩定流量； (4)以穩定流量為因變量，對應的穩定壓力為自變量，確定二者的數量關係，並以二者確定的直線斜率作為被測土壌的空氣傳導特徵參數M; (5)將得到的空氣傳導特徵參數M代入以下公式中來計算土壌的導氣率ka:
全文摘要
本發明公開了一種凍土導氣率穩態測量系統及測量方法，其特點是測量系統包括測筒(1)、供氣源(3)、氣壓測量計(5)和氣體流量計(6)；利用本發明的測量系統測定凍土的導氣特徵參數M，將導氣特徵參數S代入本發明給出的計算公式即可計算出凍土的導氣率，本發明簡化了凍土導氣率的測量過程，不僅在技術上能夠實現，而且設備價格大大降低，易於推廣應用。
文檔編號G01N7/00GK102680351SQ20121014344
公開日2012年9月19日 申請日期2012年5月10日 優先權日2012年5月10日
發明者張富倉, 張振華, 李陸生, 楊潤亞, 潘英華 申請人:張振華