[发明专利]一种用于含气土样制备的溶气平衡监测系统及方法

说明书

本发明公开了一种用于含气土样制备的溶气平衡监测系统及方法，包括监测釜、三轴仪、高压溶气饱和仪和体积压力控制器，监测釜的釜底板中具有监测空腔，监测釜的顶盖上密封安装有pH传感器，pH传感器底端的pH探头置于监测空腔中；监测釜的顶盖上安装有真空压力表和温度传感器，真空压力表的探测端、温度传感器的探测端均置于监测釜的釜腔中；监测釜的釜底板设有管E，体积压力控制器通过管G与监测釜顶部连通；三轴仪上设有试样底座和土样，高压溶气饱和仪包括升降釜、固定釜、高纯CO₂气罐和升降装置。本发明可依据动态监测水溶液的pH值变化，能够有效的、可量化的监测饱和土中除气水被完全驱替的情况，减少含气土样制备中的人为误差。

技术领域

本发明涉及岩土工程土工试验技术领域，尤其涉及一种用于含气土样制备的溶气平衡监测系统及方法。

背景技术

海底含气沉积物是一种气相以游离、溶解而非气水化合物形态赋存的土体。它被认为是由土颗粒、孔隙水、气体、温度及上覆层压力所构成的完美平衡体，一旦平衡被打破，就会导致其工程性状迅速发生改变，给工程造成危害。如：海底含气沉积物常引发海岸滑坡、土体液化、基础沉陷等一系列灾害事故，是海洋工程中的重要安全隐患。

含气土在自然界中普遍存在，但由于土中气体压力大、不稳定且易于分解、脱溶、逸散的特性，土体的原状结构很容易破坏，导致现场的原状含气试样难以获取。即便使用保压取土装备取得保压原状含气土样，但在实验室试验时又面临难于切削、移动等二次加工的难题。目前，对于含气土的试验研究，主要通过室内人工模拟制备海底含气沉积物样品的方式进行。

含气土常用的模拟制备方式是CO₂脱溶法,中国专利“高压溶气饱和试验装置及其在含气试样人工制备中的应用(ZL201410027361.5)”提供了一种利用CO₂溶解饱和的水溶液中气体脱溶产生气泡，从而形成含气土的方法，能够实现不受外界环境压力条件限制的实验室含气土样模拟制备，所制土样均匀且具备可重复性。但是，该方法在制备CO₂气体饱和水溶液过程中缺乏监测手段，只能凭经验给出某一压力下，CO₂气体在反应釜中溶液的溶解饱和时间为4～6h，即认为该压力下CO₂气体在水溶液中溶解饱和，CO₂气体饱和水溶液驱替饱和土样孔隙中的除气水的时间不少于6h，即认为饱和土样中的除气水被完成驱替，以上主观经验性的判定均会导致实际试验中的误差，目前缺少有效的、可量化的监测方法。

发明内容

针对现有技术存在的不足之处，本发明的目的在于提供一种用于含气土样制备的溶气平衡监测系统及方法，可根据动态监测水溶液的pH值变化来跟踪CO₂气体在水溶液中的溶解饱和过程，判断CO₂气体的溶解和脱溶平衡时间，克服了溶解和脱溶平衡时间确定的主观性和经验性；本发明可根据动态监测水溶液的pH值变化，判定含气土制样过程中饱和土孔隙中除气水是否被完全驱替。

本发明的目的通过下述技术方案实现：