[发明专利]一种多功能的低渗介质气体渗透性测试装置及测试方法

说明书

本发明提供一种多功能的低渗介质气体渗透率测试装置，该装置包括试验装置和气体注入装置。试验装置包括顶盖，底座和主体。通过将顶盖和底座的小圆柱体完全嵌入主体并紧固以形成渗透室。同时可以进行不同反压下稳态法和瞬态法下的低渗试样气体渗透试验。本发明还提供了上述试验装置的测试方法。工作时，通过对试样上下端施加气压，可以获得不同气体压力、不同干密度对低渗介质气体滑脱效应的影响。可以从反压端气体压力变化和流量变化两方面鉴别气体突破压力大小。可以获得不同上下端压差变化过程中的试样排水情况和饱和度的演化规律。本发明装置简便易操作，功能齐全，可有效地获得低渗介质的气体渗透特性。

技术领域

本发明涉及环境岩土工程技术领域，具体地，涉及一种多功能的低渗介质气体渗透性测试装置及测试方法。

背景技术

随着科学技术的发展，工程实践中，低渗介质条件下，岩土体气体渗透行为越来越受到岩土界的关注。在CO₂地质封存储库、卫生填埋场、压缩气体储能、曝气法修复等工程建设中，均存在低渗介质中气体渗透问题。

例如：业已得到广泛认同的高放射性废弃物的深地质处置工程，根据其概念设计，是要在地下500-1000米深处的完整岩层中建造处置库，并由内层的废物处置罐、中层的缓冲/回填材料和外层的既有岩层等共同构成多重屏障，以防止库内核素的可能泄露。其中，缓冲/回填材料多采用膨润土及其与砂的混合物。经研究发现，深地质处置库运营过程中，废物容器及缓冲/回填材料会因地下水饱和而处于缺氧或无氧环境，从而由于重金属的无氧腐蚀、水的辐解、微生物活动等，导致废弃物容器与缓冲/回填材料接触面附近产生大量的H₂、CO₂、CH₄和H₂S等多种气体。当气体生成速率逐渐增大，以至于难以全部溶解于地下水中扩散时，废物容器表面及近场气体将逐渐积聚并导致气压逐渐升高。在高气压的作用下，缓冲/回填材料中可能形成裂缝，导致工程屏障功能降低甚至完全丧失，气体大量释放，从而威胁到处置库的长期运行安全。因此深入了解缓冲/回填材料的气体渗透和气体突破特性对工程建设安全和理论研究具有重大的意义。

因此，研究气体在低渗介质中的非线性渗流特性演化规律(渗透稳定时间、突破压力大小、滑脱效应等)和离散渗流特性(排水情况、饱和度的演化规律等)可以为工程稳定性分析和长期安全评价提供关键参数，对工程建设设计及长期安全评价具有重大意义。同时，对于低渗介质，气体渗透率的测定将受到测试方法的显著影响，如精度、测试时间。因此，深入了解、对比不同测试方法的区别，找出背后的原因也显得尤为重要。

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多功能的低渗介质气体渗透性测试装置及测试方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现。

本发明提供了一种多功能的低渗介质渗透性测试装置，包括试验装置和气体注入装置，所述试验装置包括顶盖、底座、主体和二片透水石；所述主体为一空心圆柱体，其内径记为L1，高度记为h1；所述顶盖和底座的形状完全相同，由直径不同的二个同轴圆柱体构成，记小同轴圆柱体的高度为h2，直径为L2，2h2＜h1，L2＝L1-△L，间隙△L为0.5mm-1.5mm；记小同轴圆柱体与大同轴圆柱体的非接触面为下底面，下底面的中心位置开有通道口B，顶盖和底座的大同轴圆柱体外壁开有通道口A，通道口A与通道口B之间开有通道；二片透水石分别镶嵌在顶盖和底座的下底面上；将顶盖和底座的二个小同轴圆柱体从上下二个方向嵌入主体的内腔，形成封闭的渗透室；