[发明专利]一种易氧化还原土壤重塑样的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及土壤干燥试样制备技术领域，尤其涉及一种易氧化还原土壤重塑样的制备方法。

背景技术

土壤中的许多化学和生物化学反应都具有氧化还原特征，氧化还原反应是发生在土壤（尤其土壤溶液）中的普遍现象，收这种影响，土壤性质会发生异变。如我国广东省湛江地区灰色粘土以及伦敦粘土新鲜时为灰色，在与大气接触后迅速氧化变为黄褐色，放置数月后土体表面会形成褐色或红褐色的铁质结核，土样的微观结构状态、物理力学特性均发生异变（见文献：罗鸿禧，陈守义，湛江灰色粘土的工程地质特性，水文地质工程地质，1985(1)：1－5；R.J.Chandler，Clay sediments in depositional basin:the Geotechnical Cycle，The Quarterly Journal ofEngineering Geology and Hydrology，2000，33(1)：7－39）。这势必导致在对这种易氧化还原土壤进行土壤学、土质学、土力学分析时，所得结果与实际情况有较大偏差，准确度较低的事实。

以湛江地区灰色粘土为例，氧化还原过程主要是土壤溶液中的Fe²⁺与氧气接触转化为Fe³⁺（化学反应方程式见式1），使土中凝胶脱水老化，增强颗粒间连接强度，进而改变土性。

因此，为了在制备重塑土样时避免氧化还原反应对土性带来的影响，必须要在厌氧状态下快速去除土中的土壤溶液，使土样干燥，再进一步制作重塑样。目前对于土壤干燥重塑样的制备方法主要有：（1）烘干法。此方法可能导致土壤中的一些有机成分在高温下挥发；（2）风干法。此方法对于含水率大的土壤制样时间较长；（3）置换法。即用表面张力低的溶液(如丙酮)置换孔隙中的水溶液，然后再使其自然蒸发干燥。此方法使用的溶液普遍有一定毒性；（4）临界点干燥法。即利用土中液体在临界状态下相界的消失，没有表面张力，使样品干燥。此方法采用的仪器价格昂贵，操作比较复杂。同时，上述方法都没有使土样与空气隔离，无法避免土壤的氧化还原过程，无法获取与天然状态相同的重塑土样。

发明内容

本发明的目的是在于提供一种易氧化还原土壤重塑样的制备方法，特别适用于易氧化还原土壤干燥重塑样的制备，方法易行，操作简便，制样周期短。

为了达到上述的目的，本发明采用以下技术措施：

本发明的基本原理是土壤溶液在冰冻状态下，抽真空减压，使冻结的冰直接升华为水蒸气，使土样达到干燥。整个制样过程全程基本在真空状态下进行，与空气隔绝，避免氧化还原反应对土壤土性带来的影响，制得土样用于土壤力学、物性、土质试验，结果精确度明显提高。同时，由于抽真空减压过程增大土壤脱水速度，极大缩短了制样周期。

一种易氧化还原土壤重塑样的制备方法，包括以下步骤：

步骤1、将土样从土样筒或包装带中取出，用削土刀削去外表层土，将土样切成高0.5或1或1.5或2cm的扁平状长方体，平铺装入托盘中；

步骤2、将削好的土样及托盘放入真空压缩袋中，封口后用抽气泵抽气，抽至真空压缩袋内的真空度小于30Pa；

步骤3、将装有土样及托盘的真空压缩袋放入低温冰箱中，设定温度为－40℃，冷冻12小时后取出；

步骤4、将土样从真空压缩袋中取出，装入冷冻干燥机中干燥排水；

步骤5、将干燥排水后的土样装入真空压缩袋中，用真空泵抽去真空压缩袋中的空气，抽至真空压缩袋内的真空度小于30Pa，密封放入避光的真空干燥缸中保存。

如上所述的步骤4包括以下步骤，将冷冻干燥机的管路系统进行抽真空，当冷冻干燥机的前箱真空度升到10Pa时开始供热升华，在升华结束前，使样品温度≤－20℃，冷冻干燥机的前箱真空度≤20Pa。

本发明的有益效果：

1）根据该方法制备的干燥重塑样，其物理、化学、微观结构基本不变，体积基本不变，制得土样用于土壤力学、物性、土质试验，结果精确度明显提高。

2）整个制样过程全程基本在真空状态下进行，与空气隔绝，避免氧化还原反应对土壤土性带来的影响。

3）较常用的风干法，抽真空减压过程有效提高了土壤脱水速度，极大缩短了制样周期。

附图说明

图1为一种易氧化还原土壤重塑样的制备方法的过程示意图；

图2为用本方法与风干法制样进行颗粒成分分析试验结果。

具体实施方式