本发明涉及一种用于土工试验的气体采集装置，特别是涉及一种用于有机污染土室内土工试验的气体联动采集装置。
背景技术：
近年来，随着中国工业化进程、城镇化进程的加速推进和国家产业布局的调整，大量工业迁出主城区，遗留下来的工业污染场地需要经过处理再开发为人居环境。在这些工业污染场地中，有机物污染占有相当大的比例，例如，地下储油设施及输油管线泄漏造成有机化合物对土壤、地下水造成污染。有机物污染物是污染范围广、危害程度大的工业污染物，长期以来普遍受到人们的高度重视，大量的有机物经由各种途径进入到土壤环境中，如多环芳烃、硝基苯、氯苯等。
在进入土中的有机污染物中，挥发性有机污染物和半挥发性有机物是重要的组成部分。挥发性有机物简称VOCs(Volatile Organic Compounds)，是一类有机化合物的统称，但目前国际上对VOCs的定义尚未统一，各国家和组织根据控制的出发点不同而有不同的定义。一般而言，VOCs是指在常压下沸点低于260℃或室温时饱和蒸汽压大于7lPa的有机化合物。土中的挥发性有机污染物进入到土壤环境中，能以自由态、吸附态、溶解态和气态形式存在。其中，气态的有机污染物通过挥发等过程导致更大范围的污染，进入大气或建筑物内，污染大气，损害健康。根据挥发性有机污染物易挥发的特点，曝气法(Air Sparging，AS)、气相抽提(Soil Vapor Extraction，SVE)等通过在土中强加气流场的方式将挥发性有机物通过蒸汽形式排出，在实际有机污染土修复中广泛应用。因此，研究有机污染土中气态有机物的分布以及AS和SVE等修复过程污染土中气态有机物的分布变化规律具有重要意义。
现有的气体采样技术大都是大气气体采样技术和土体原位采样技术，利用真空采样原理进行气体采样。真空采样法利用真空泵将采样室内空气抽出形成负压，样品气体由采样口进入气袋等集气装置，通过窗口观察集气装置的填充状态，控制采样充气量。由于土体原位气体采样的装置占据体积大、单次采集气样容量大等原因，无法将其应用到环境土工室内试验的气体采集上。根据模拟场地的条件和试验目的不同，有机污染土室内土工试验的形式和内容多种多样，对气体采集的数量和质量也提出了诸多挑战，尤其是如何在试验过程中能够高效、快速、同步地采集各采样点处的气体样品。因此，研究用于有机污染土室内土工试验的多点同步瞬时气体采集装置具有重要意义。
技术实现要素：
技术问题：采集土中气体进行分析是环境土工试验中的一种常用的分析测试方法，现有的有机污染土土工试验气体采样装置都是针对现场试验，目前尚无针对室内土工试验的批量同步的气样采集装置。根据常规的挥发性有机污染土室内土工试验(例如，挥发性有机污染物运移模型试验、曝气模型试验和气相抽提模型试验等)的要求，发明一种用于挥发性有机污染土室内土工试验的气体联动采样装置，为室内环境土工试验土中多点瞬时同步气体采样提供了一种装置是一项重要的工作。
发明内容：为解决上述技术问题，本发明提供一种污染土柱试验用非饱和带气体多点瞬时同步采样装置，该装置包括抽气筒、三向针头系统、联动板；
抽气筒包括活塞柄、空筒、位于该活塞柄和空筒之间的活塞轴、位于空筒左侧且与活塞轴连接的活塞和位于空筒左侧外周的乳头板；
三向针头系统自上而下依次包括活性炭柱、与活性炭柱连接的接头转换管、与接头转换管连接的排气阀、与排气阀连接的四向接头、与四向接头连接的集气阀、与集气阀连接的集气针、与集气针连接的集气袋；覆盖于四向接头一侧的防水透气膜、位于四向接头一侧的采气阀和采气针；
联动板包括活塞柄联动板、与活塞柄联动板相对设置的空筒右侧联动板、位于活塞柄联动板上的拉手、分别位于空筒右侧联动板和活塞柄联动板的螺栓、与空筒右侧联动板相对设置的空筒左侧联动板，该空筒左侧联动板与四向接头的另一侧相连且与空筒的左侧相抵接。
优选的，所述的四向接头分别通过接头转换管连接活性炭管、防水透气膜和采气针、集气针和空筒；
其中，排气阀控制活性炭管，采气阀控制采气针，集气阀控制集气针。
有益效果：
土中孔隙气体成分分析是环境土工试验的一种重要的研究方法，已有的分析方法和分析装置多侧重于原位气体成分分析。由于原位气体采集装置占用空间大、操作复杂、采集样品体积大，无法将其应用到环境土工室内试验中。本发明设计了一种用于室内环境土工试验气体采集装置，该装置构造简单，操作方便，通过多向阀门的开关组合实现采集纯度较高的气体样品，并通过联动板实现对不同测点处进行实时同步联动采气。本发明能够满足大多数常规环境土工室内试验气样采集的要求。
附图说明
图1是本发明装置中单点气样采集装置的结构示意图，
活塞柄1、活塞轴2、空筒3、活塞4和乳头板5、活性炭柱6、接头转换管7、排气阀8、四向接头9、防水透气膜10、采气阀11、采气针12、集气阀13、集气针14和集气袋15、活塞柄联动板16、空筒右侧联动板17、拉手18、螺栓19、空筒左侧联动板20和试验土样21。其中，试样土样放置在柱状土样室中。
图2是根据采样点分布制作的空筒右侧联动板17示意图，其中孔洞的布置根据采样点的空间分布制作而成。类似的，根据采样点的空间分布，制作相应的活塞柄联动板16和空筒左侧联动板20。通过活塞柄联动板16、空筒右侧联动板17和空筒左侧联动板20将单点气样采集装置组装在仪器，构成了有机污染土室内土工试验的气体联动采集装置。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
本发明涉及一种污染土柱试验用非饱和带气体多点瞬时同步采样装置，该装置主要由抽气针筒、三向针头系统、联动板组成。抽气筒主要由轻质高强的不锈钢空筒、活塞、活塞轴和活塞柄组成。三向针头系统主要由连通室、针头连接管、控制阀、取样针头、气体处理和气体收集装置组成。联动板主要由抽气筒左侧联动板、抽气筒右侧联动板和活塞杆联动杆组成。现有的有机污染土土工试验气体采样装置都是针对现场试验，目前公开文献尚无针对土柱试验过程中非饱和多点瞬态同步采集气相样品的装置。本发明利用三向取样针和联动板实现了一种适用于有机污染土室内土工试验的气体联动采样装置。该装置根据测点的空间布置情况，制作相应的联动板将单点气体采集装置组装起来，能够对土样中多个测点瞬时同步地采集气体样。
本发明的用于有机污染土室内土工试验的气体联动采集装置，包括抽气筒、三向针头系统、联动板。其中抽气筒由活塞柄、活塞轴、空筒、活塞和乳头板组成。三向针头系统由活性炭管、接头转换管、排气阀、四向接头、防水透气膜、采气阀、采气针、集气阀、集气针和集气袋组成。联动板由活塞柄联动板、螺栓、空筒右侧联动板和空筒左侧联动板组成。
本发明中，防水透气膜贴在进气口处，用于避免气体采样过程中孔隙液体的流出。通过四向接头连接空筒、采气针、活性炭管和集气针，控制采气阀、排气阀和集气阀的开关顺序和活塞杆的推进和拉出，实现采集到纯度较高的原位气体样品。同时，利用联动板可以将不同测点处的采气装置集成起来实现实时同步联动采气。
本发明提供的污染土柱试验用非饱和带气体多点瞬时同步采样装置，其特征在于，该装置包括抽气筒、三向针头系统、联动板；
抽气筒包括活塞柄1、空筒3、位于该活塞柄1和空筒3之间的活塞轴2、位于空筒3左侧且与活塞轴2连接的活塞4和位于空筒3左侧外周的乳头板5；
三向针头系统自上而下依次包括活性炭柱6、与活性炭柱6连接的接头转换管7、与接头转换管7连接的排气阀8、与排气阀8连接的四向接头9、与四向接头9连接的集气阀13、与集气阀13连接的集气针14、与集气针14连接的集气袋15；覆盖于四向接头9一侧的防水透气膜10、位于四向接头9一侧的采气阀11和采气针12；
联动板包括活塞柄联动板16、与活塞柄联动板16相对设置的空筒右侧联动板17、位于活塞柄联动板16上的拉手18、分别位于空筒右侧联动板17和活塞柄联动板16的螺栓19、与空筒右侧联动板17相对设置的空筒左侧联动板20，该空筒左侧联动板20与四向接头9的另一侧相连且与空筒3的左侧相抵接。
所述的四向接头9分别通过接头转换管连接活性炭管6、防水透气膜10和采气针12、集气针14和空筒3；
其中，排气阀8控制活性炭管6，采气阀11控制采气针12，集气阀13控制集气针14。
活塞柄1的直径为2cm，厚度为0.3cm，材质为不锈钢。活塞轴2的长度为7cm，直径为0.3cm，材质为不锈钢。空筒3内径为1.5cm，壁厚为0.25cm，长度为5cm，材质为不锈钢。活塞4直径为1.5cm，厚度为1cm，材质为橡胶。乳头板5厚度为0.3cm，通过密封连接将空筒3紧密包裹住，乳头板伸出的管嘴内径为0.3cm，外径为0.5cm。四向接头9外轮廓为正方形，边长3cm，厚度0.25cm，接头处内径为0.5cm，外径为0.8cm。接头转换管7将接口从内径为0.8cm转换到内径为0.4cm。其中在采气针12与四向接头9连接处放置防水透气膜10。空筒右侧联动板17、空筒左侧联动板20和活塞柄联动板16均为0.5cm厚的钢板，在对应的位置预留相应的孔洞与空筒3进行连接。不锈钢制拉手18与空筒右侧联动板17刚性连接。
本发明装置在使用时：
A、根据采样点的空间位置分布，定制相应的空筒右侧联动板17、空筒左侧联动板20和活塞柄联动板16。利用空筒右侧联动板17、空筒左侧联动板20和活塞柄联动板16将各单体气体采样装置组装在一起，检查采气装置的气密性。通过顶推拉手18使装置处于原位状态，即保持活塞4处于空筒的左侧，排气阀8、采气阀11和集气阀13均处于闭合状态。最后将气体采样装置的采气针头贯入至试验土样21的各采样点处，并将空筒右侧联动板17和空筒左侧联动板20固定在试验台上。
B、按照试验设定的采样时间间隔，进行采样时，先打开所有单点采样装置中的采气阀11，通过拉手18带动活塞柄1、活塞轴2和活塞柄联动板16将活塞4往外拉，土样中的气体进入空筒3中。然后将采气阀11关闭，打开排气阀8，通过拉手18带动活塞柄1、活塞轴2和活塞柄联动板16将活塞推到空筒3的左侧，将空筒3中的气体全部经由活性炭柱6处理后排出。为了减弱四向接头9中残余气体对采集气样纯度的影响，上述步骤可以重复2次以上。
C、关闭排气阀8，打开采气阀11，利用活塞柄1、活塞轴2和活塞柄联动板16将活塞4往外拉，土样中的气体进入空筒3中。关闭采气阀11，将真空袋15连接到集气针15上，打开集气阀13，利用活塞柄1、活塞轴2和活塞柄联动板16将活塞4推至空筒3的左侧，气体样品进入带真空袋15中。取下真空袋15，送检，完成一次采样过程。
D、如需继续采集气体样品，只需更换真空袋15并重复上述步骤即可。