[發(fā)明專利]圍巖裂隙水對緩沖材料侵蝕過程影響研究的裝置及方法

在審

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

本發(fā)明公開圍巖裂隙水對緩沖材料侵蝕過程影響研究的裝置及方法，涉及圍巖裂隙研究技術(shù)領(lǐng)域，包括壓力/體積控制器、純水/溶液轉(zhuǎn)換器、試驗巖心、加壓結(jié)構(gòu)和回收結(jié)構(gòu)；緩沖材料試樣設(shè)于試驗巖心內(nèi)，試驗巖心設(shè)于加壓結(jié)構(gòu)內(nèi)，純水/溶液轉(zhuǎn)換器一端與壓力/體積控制器連通，純水/溶液轉(zhuǎn)換器另一端與試驗巖心的一端連通，回收結(jié)構(gòu)用于回收試驗巖心流出的溶液。使用花崗巖巖心加工成中空腔體，壓實膨潤土在腔體內(nèi)被限制膨脹。裂隙可用完整巖心切割出人工裂隙，或選取帶天然裂隙巖心加工出容納膨潤土樣品的腔體。使用地下水或特定試驗溶液在試驗體系內(nèi)流動，研究花崗巖裂隙水作用下鈉基膨潤土的膨脹封堵性能及抗侵蝕性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及圍巖裂隙研究技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及圍巖裂隙水對緩沖材料侵蝕過程影響研究的裝置及方法。

背景技術(shù)

作為高放廢物地質(zhì)處置庫的重要組成部分，緩沖材料膨潤土的重要作用之一是封堵圍巖裂隙。然而，膨脹擠入圍巖裂隙的膨潤土因裂隙側(cè)壁摩擦力的影響，其密度隨著擠入距離的增大而減小，并與裂隙中的地下水相互作用形成更為松散的膨潤土凝膠體，甚至出現(xiàn)游離態(tài)膨潤土膠體顆粒。當?shù)叵滤鞯募羟辛Τ^膨潤土凝膠體/膠體顆粒的抗侵蝕能力時，膨潤土顆粒就會被地下水帶走而隨之沿圍巖裂隙泄露。

使用真實花崗巖裂隙重現(xiàn)緩沖材料封堵裂隙及隨后的侵蝕過程無疑最能夠反映廢物處置單元內(nèi)緩沖材料-圍巖相互作用的實際情況，但限于巖石裂隙本身的復(fù)雜性以及樣品加工、試驗裝置設(shè)計研發(fā)的難度，此類試驗少見報道。而使用大尺度巖塊進行試驗?zāi)軌蜉^容易使用光學(xué)手段測定裂隙形貌，樣品及裝置加工難度較小型裂隙相對低，但實現(xiàn)水流的封堵及精確測量困難較大。因此，需要對試驗條件作一定妥協(xié)，使用盡可能簡單的技術(shù)手段模擬處置庫圍巖裂隙水對緩沖材料的侵蝕，同時又能夠盡可能真實的還原現(xiàn)場實際的邊界條件，使得室內(nèi)試驗的結(jié)果準確可靠，為現(xiàn)場大型試驗的設(shè)計以及緩沖材料的選材等提供科學(xué)的依據(jù)。

發(fā)明內(nèi)容

為解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明提供圍巖裂隙水對緩沖材料侵蝕過程影響研究的裝置及方法，通過在完整巖石中人工切割出已知開度的裂隙，或選用帶天然裂隙的巖心，研究裂隙水作用下膨潤土的膨脹封堵裂隙的性能及抗侵蝕性能。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：

本發(fā)明提供圍巖裂隙水對緩沖材料侵蝕過程影響研究的裝置，包括壓力/體積控制器、純水/溶液轉(zhuǎn)換器、試驗巖心、加壓結(jié)構(gòu)和回收結(jié)構(gòu)；緩沖材料試樣設(shè)置于所述試驗巖心內(nèi)，所述試驗巖心設(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巖心的一端相連通，所述回收結(jié)構(gòu)用于回收所述試驗巖心另一端流出的溶液。

可選的，所述試驗巖心包括巖石、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。

可選的，所述加壓結(jié)構(gòu)包括密封殼體、供氣機構(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；所述試驗巖心設(shè)置于所述左底座與所述右底座之間；所述供氣機構(gòu)與所述密封殼體內(nèi)部相連通。

可選的，所述密封殼體上設(shè)置有氣壓表。

可選的，所述密封殼體上設(shè)置有安全閥。

可選的，所述供氣機構(gòu)包括氮氣瓶。

可選的，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。

可選的，所述回收結(jié)構(gòu)包括集液瓶。