[發(fā)明專利]圍巖裂隙水對(duì)緩沖材料侵蝕過程影響研究的裝置及方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110093042.4
• 申請(qǐng)日: 2021-01-25
• 公開（公告）號(hào): CN112858157A
• 公開（公告）日: 2021-05-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 謝敬禮
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 核工業(yè)北京地質(zhì)研究院
• 主分類號(hào): G01N17/00
• 分類號(hào): G01N17/00
• 代理公司: 北京高沃律師事務(wù)所 11569
• 代理人: 張德才

1.圍巖裂隙水對(duì)緩沖材料侵蝕過程影響研究的裝置，其特征在于，包括壓力/體積控制器、純水/溶液轉(zhuǎn)換器、試驗(yàn)巖心、加壓結(jié)構(gòu)和回收結(jié)構(gòu)；緩沖材料試樣設(shè)置于所述試驗(yàn)巖心內(nèi)，所述試驗(yàn)巖心設(shè)置于所述加壓結(jié)構(gòu)內(nèi)，所述純水/溶液轉(zhuǎn)換器一端與所述壓力/體積控制器相連通，所述純水/溶液轉(zhuǎn)換器另一端與所述試驗(yàn)巖心的一端相連通，所述回收結(jié)構(gòu)用于回收所述試驗(yàn)巖心另一端流出的溶液。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圍巖裂隙水對(duì)緩沖材料侵蝕過程影響研究的裝置，其特征在于，所述試驗(yàn)巖心包括巖石、堵塊、透水墊塊和密封套；所述巖石內(nèi)部一端設(shè)置有已知開度的裂隙，所述巖石內(nèi)部另一端設(shè)置有中空腔體，所述裂隙與所述中空腔體相連通，所述緩沖材料試樣設(shè)置于所述中空腔體內(nèi)，所述堵塊設(shè)置于所述中空腔體遠(yuǎn)離所述裂隙的一端；所述巖石兩端分別設(shè)置有一所述透水墊塊，所述密封套設(shè)置于所述巖石外部；所述純水/溶液轉(zhuǎn)換器一端與靠近所述堵塊一側(cè)的所述透水墊塊相連通；所述回收結(jié)構(gòu)與靠近所述裂隙一側(cè)的所述透水墊塊相連通。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圍巖裂隙水對(duì)緩沖材料侵蝕過程影響研究的裝置，其特征在于，所述加壓結(jié)構(gòu)包括密封殼體、供氣機(jī)構(gòu)、左底座和右底座；所述左底座設(shè)置于所述密封殼體內(nèi)部的左側(cè)壁上，所述右底座通過螺栓與所述左底座相連接；所述試驗(yàn)巖心設(shè)置于所述左底座與所述右底座之間；所述供氣機(jī)構(gòu)與所述密封殼體內(nèi)部相連通。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的圍巖裂隙水對(duì)緩沖材料侵蝕過程影響研究的裝置，其特征在于，所述密封殼體上設(shè)置有氣壓表。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的圍巖裂隙水對(duì)緩沖材料侵蝕過程影響研究的裝置，其特征在于，所述密封殼體上設(shè)置有安全閥。

6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的圍巖裂隙水對(duì)緩沖材料侵蝕過程影響研究的裝置，其特征在于，所述供氣機(jī)構(gòu)包括氮?dú)馄俊?/p>

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圍巖裂隙水對(duì)緩沖材料侵蝕過程影響研究的裝置，其特征在于，所述緩沖材料試樣為鈉基膨潤土塊，其含水量為15％，密度為1.6g/cm³。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圍巖裂隙水對(duì)緩沖材料侵蝕過程影響研究的裝置，其特征在于，所述回收結(jié)構(gòu)包括集液瓶。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圍巖裂隙水對(duì)緩沖材料侵蝕過程影響研究的裝置，其特征在于，所述純水/溶液轉(zhuǎn)換器包括頂蓋、底座、水倉和隔水膜；所述水倉設(shè)置于所述頂蓋與所述底座之間，所述隔水膜設(shè)置于所述水倉中部，所述頂蓋上設(shè)置有排氣孔和出水孔，所述底座上設(shè)置有進(jìn)水孔，所述進(jìn)水孔與所述壓力/體積控制器相連通，所述出水孔與所述試驗(yàn)巖心相連通。

10.根據(jù)權(quán)利要求1-9任一項(xiàng)所述的圍巖裂隙水對(duì)緩沖材料侵蝕過程影響研究的裝置的方法，其特征在于，主要包括以下步驟：

第一步，選取有明顯沿長度方向貫通裂隙的花崗巖巖心，截取10cm，從一端鉆孔，孔直徑3cm，深度6.5cm；或，選取完整巖心，截取10cm，在中部鉆出φ3cm×6.5cm的中空腔體，隨后沿長度方向切割成相同的兩部分；

第二步，使用三維激光掃描儀獲取天然/人工裂隙表面形貌；

第三步，稱取含水率15％的鈉基膨潤土粉末，在壓力機(jī)上用特制壓實(shí)模具制備φ3cm×3cm圓柱形膨潤土塊，干密度1.6g/cm³；將膨潤土塊放入巖心內(nèi)的中空腔體，使用花崗巖堵塊填充巖心上方空隙；

第四步，打開密封殼體，將密封套套在巖心外表面，使用扎帶將密封套兩端固定在左底座和右底座頂端；左底座和右底座用不銹鋼螺栓固定在試驗(yàn)腔體上；組裝密封殼體并密封；

第五步，連接供氣機(jī)構(gòu)與密封殼體，充氣檢查連接管路及密封殼體的氣密封，如發(fā)現(xiàn)漏氣要及時(shí)處理；將密封殼體內(nèi)部氣壓加至不小于4000kPa,使密封套緊貼巖石外表面；

第六步，打開純水/溶液轉(zhuǎn)換器的排氣孔，使用蠕動(dòng)泵或注射器將試驗(yàn)溶液經(jīng)由出水孔注入上部水倉，直至試驗(yàn)溶液溢出排氣孔，關(guān)閉排氣孔；

第七步，操作壓力/體積控制器吸滿純水，連接壓力/體積控制器、純水溶液轉(zhuǎn)換器、加壓機(jī)構(gòu)，連接加壓機(jī)構(gòu)與回收機(jī)構(gòu)；

第八步，使用壓力/體積控制器經(jīng)由純水/溶液轉(zhuǎn)換器的出水孔將試驗(yàn)溶液壓入試驗(yàn)巖心，水流速度的范圍為0.01～1mL/min；試驗(yàn)過程中持續(xù)記錄水壓變化；

第九步，每24h更換一次集液瓶；收集的侵蝕液震蕩均勻后測(cè)定濁度、電導(dǎo)率、pH值后在105℃下烘干至恒重；

第十步，當(dāng)72小時(shí)內(nèi)測(cè)定的侵蝕液濁度均小于0.1NTU時(shí)認(rèn)為試驗(yàn)已達(dá)到平衡，結(jié)束進(jìn)液；降低密封殼體內(nèi)的氣壓至大氣壓力，打開密封殼體；

第十一步，打開巖心測(cè)量膨潤土擠入裂隙的深度，并再次掃描裂隙表面形貌，與試驗(yàn)前進(jìn)行對(duì)比；

第十二步，分析水流速度、水壓力、裂隙形貌與膨潤土擠入裂隙距離、侵蝕量的關(guān)系，掌握鈉基膨潤土在花崗巖裂隙水侵蝕條件下的封堵及抗侵蝕性能。