[发明专利]土洞气体示踪试验装置

说明书

本发明公开了一种土洞气体示踪试验装置，包括岩石溶蚀室、土壤淋滤室和土洞模拟室，各室均设有进水管、排水管和排气管，在各管路路径上均设有阀门和压力表；所述岩石溶蚀室用于溶蚀岩石样品并收集溶蚀过程中产生的气体；土壤淋滤室用于淋滤土壤样品并收集淋滤过程中产生的气体；土洞模拟室包括外部气体示踪箱、土样置放箱和内部气体示踪箱，用于进行渗透变形试验及气体示踪试验。本发明所述的土洞气体示踪试验装置能够模拟土洞型岩溶塌陷，获取土洞发育过程中土体变形破坏与土洞气体运移的定量化对应关系，进一步获取用于土洞型岩溶塌陷监测预警的气体指标及参数。

技术领域

本发明涉及模拟岩溶塌陷中气体示踪试验装置，具体涉及模拟土洞型岩溶塌陷的土洞气体示踪试验装置。

背景技术

岩溶塌陷是岩溶区的主要地质灾害之一，其中土洞型岩溶塌陷较为常见。土洞型岩溶塌陷是指在覆盖型岩溶区，由于地下水的潜蚀、溶蚀等作用，使得溶洞、管道裂隙上方的土体发生变形破坏，随着土壤的不断流失，逐渐在土体内形成土洞，并最终在地表形成塌坑的过程和现象。在土洞的形成和发展过程中，由于地下水的运动以及对土壤和岩石的溶解作用，会在土洞内形成和存储一定数量的气体，这些气体随着土洞的不同发展阶段在浓度、成份、通量、地球化学特征等方面均会发生明显变化，并沿着土体裂隙向上迁移，在地面出现异常，利用这点可通过监测土洞气体对岩溶塌陷进行预警预报。在实现监测预警之前，需要遴选用于监测的气体及其指标参数，研究气体渗透率与土体孔隙比、饱和度和含气率之间的依存关系，明确气体在土洞周围土体中的渗透和迁移规律，进而建立地表气体异常特征值与土洞不同发育阶段的对应关系，以上工作需要开展土洞气体示踪试验。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种模拟土洞型岩溶塌陷的土洞气体示踪试验装置。

本发明所述的土洞气体示踪试验装置，包括岩石溶蚀室、土壤淋滤室和土洞模拟室，其中：

所述各室均设置进水管、排水管和排气管，在各进水管、排水管和排气管路径上均设置有阀门和压力表；

所述岩石溶蚀室内设置有用于置放岩石样品的置放架；

所述土壤淋滤室内设置有用于置放土壤样品的台架，在台架的正上方布设有透水石，由进水管进入土壤淋滤室的水先渗透进入透水石才进入土壤淋滤室内部；

所述土洞模拟室包括外部气体示踪箱、设置于外部气体示踪箱内用于置放原状土样的土样置放箱，以及置于土样置放箱内且埋于原状土样中的内部气体示踪箱，其中：

所述外部气体示踪箱为一带盖且可密封的箱体；

所述土样置放箱为一带盖且为可密封的箱体，该箱体具有一个供来水渗透进入其内部的侧面以及供箱体内的水渗透出去的侧面，所述的两个侧面采用透水石制作，两个侧面的高度高于或等于原状土样的高度；

所述内部气体示踪箱的顶部开设有气孔，底部通过进气管与土洞模拟室外部的供气设备连通，在进气管路径上设置有阀门及压力表；

所述土样置放箱上设置有至少一根气体收集管，在气体收集管上设有阀门和压力表；所述气体收集管的进气端伸入土样置放箱中的原状土样内，其排气端与收集气体的设备或容器连接。

上述技术方案中，所述的土样置放箱通过支架设置于外部气体示踪箱内，支架上设置有透水板，土样置放箱置于所述的透水板上，由土样置放箱内渗透出来的水经由透水板滴落于外部气体示踪箱底部。

上述技术方案中，所述的内部气体示踪箱根据土洞的形状进行设计，通常设计成半球形。所述内部气体示踪箱顶部的气孔均匀分布，其大小根据需要进行设置，通常设计成直径为1-3mm的孔。

上述技术方案中，所述土样置放箱上的气体收集管的数量关系取样的均匀性，可根据需要进行设置，通常为3-7个。