[發明專利]一種改變巖石性能的試驗方法

無效

• 申請號: 200910075366.4
• 申請日: 2009-09-09
• 公開（公告）號: CN101644637A
• 公開（公告）日: 2010-02-10
• 發明（設計）人: 王東;康天合;柴肇云;李義寶;韓文梅
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: G01N1/28
• 分類號: G01N1/28;G01N3/00;G01N15/08
• 代理公司: 太原市科瑞達專利代理有限公司
• 代理人: 龐建英

技術領域

本發明一種改變巖石性能的試驗方法，屬于巖石電化學改性技術的范疇，具體是一種在直流電場和電解液共同作用下巖石力學特性和孔隙結構電化學改性的試驗方法。

背景技術

礦業工程、巖土工程、水電工程、隧道及地下儲庫等領域經常涉及到大量含有黏土礦物的巖石，這類巖石稱之為軟巖。長期以來，由于這類軟巖的水化膨脹、碎脹擴容和強度降低等物理力學特性對軟巖工程的穩定性產生了極大影響。已有的軟巖工程穩定性控制理論與方法基本上是被動的支護與錨固或注漿加固，這些方法均是通過改變軟巖的外在因素以控制軟巖工程的穩定性，存在著較大的局限性和時效性，因此，尋求提高軟巖自身的物理力學特性以控制軟巖與軟巖工程的長期穩定性的方法顯得十分迫切。已有研究表明，電化學改性是提高軟巖物理力學特性的一種有效方法。

現有的軟巖電化學改性的研究均是建立在不施加電解液的試驗研究基礎上，將電極材料直接鍥入不規則的軟巖塊體中，在電極兩端直接施加直流電或交流電，電化學改性后測試軟巖的物理力學參數，但測試效果很不理想。由軟巖的礦物成分可知，軟巖主要由黏土礦物和硅酸鹽礦物組成，黏土礦物不導電，而硅酸鹽為半導體，在外加直流電場或交流電場的作用下，其電導率遠低于電解液的電導率，軟巖的導電性主要取決于軟巖孔隙中電解液的導電性，孔隙的構造、結構和電解液滲透、填充的程度對電化學改性效果起主要作用。發明專利(CN101487837A)公開了電化學改變軟巖膨脹性的試驗裝置，主要由樣品室、電源、前置器、數據采集器和輸出設備(計算機和打印機)等部分組成。該裝置可以測試不同電場和電解液作用下軟巖的膨脹特性，測試數據自動采集，生成不同電化學條件下軟巖的膨脹特性曲線。但該裝置是基于軟巖膨脹特性的測試裝置，僅能對電化學改性后軟巖的膨脹特性進行測試，不能應用于不同直流電場和電解液共同作用下軟巖力學特性和孔隙結構的電化學改性等試驗內容的研究。

綜上所述，在目前巖石電化學改性的現有技術中，沒有在直流電場和電解液共同作用下研究軟巖力學特性和孔隙結構電化學改性的試驗方法，因此，須尋求基于直流電場和電解液共同作用下研究軟巖力學特性和孔隙結構電化學改性的試驗方法。

發明內容

本發明一種改變巖石性能的試驗方法，目的在于克服現有技術的不足和缺陷，提供一種在直流電場和電解液共同作用下，試驗研究軟巖力學特性和孔隙結構電化學改性的方法。

本發明一種改變巖石性能的試驗方法，其特征在于是一種在直流電場和電解液共同作用下研究軟巖力學特性和孔隙結構電化學改性的試驗方法，具體而言是一種使用電化學方法對泥巖、砂巖、泥質砂巖和砂質泥巖的力學特性和孔隙結構進行電化學改性的實驗室試驗方法，具體的技術方案為：

I、把采集到的泥巖、砂巖、泥質砂巖和砂質泥巖樣品制成高徑比為2∶1、1∶1或1∶2的標準巖芯試件；

II、搭建巖芯試件電化學改性的試驗平臺，搭建該平臺的主要原部件包括直流電源1、電流表2、有機玻璃管組件3、軟巖標準巖芯4、電極5、蠕動泵6、軟管7、電解液8、導線9和容器10，所述的有機玻璃管組件3由有機玻璃管導套11、有機玻璃管上端堵頭12、有機玻璃管下端堵頭13和電極5組成；

III、根據II所述的直流電源1提供直流電場的電位梯度為0～20V·cm^-1，直流電壓為0～200V；

IV、根據II所述的電極5的材料為活潑金屬材料或惰性電極，鐵、銅、鋁、石墨和鉑電極；I所述的標準巖芯試件的上端為電極陽極，下端為電極陰極；

V、根據II所述的電解液8為極性分子電解液，即為水、單一酸性電解質或混合酸性電解質組成的電解液；

VI、根據II所述的蠕動泵6的流量為0～10rpm，蠕動泵6驅動電解液8從有機玻璃管上端堵頭12輸入，進入巖芯試件發生電化學反應后從有機玻璃管下端堵頭13輸出，由軟管7導入容器中。

本發明一種改變巖石性能的試驗方法與現有技術相比較，具有以下突出的實質性特點和顯著的效果：

1、上述巖石電化學改性的試驗方法，其特征在于：在直流電場和電解液共同作用下對軟巖進行電化學改性的試驗研究。基于本發明能夠對電化學改性前后軟巖的力學參數、陽極和陰極區域軟巖的孔隙結構等進行進一步的深入研究。巖石電化學改性取決于巖石中孔隙的構造和結構、孔隙中電解液的導電性、電解液的滲透和填充的程度。軟巖電化學改性的試驗方法，可以試驗研究不同電位梯度的直流電場和不同濃度的電解液條件下軟巖的電化學改性。