專利名稱：高壓低溫三軸溶蝕實驗裝置及其實驗方法
技術領域：
本發明涉及一種高壓低溫三軸溶蝕實驗裝置及其實驗方法。適用于水利水電エ程、交通、礦山等地下工程。
背景技術：
根據工程區內的巖溶發育特點和項目建設的需要，特別如地下建筑、大壩基礎、交通隧洞或者其它巖土體(包括人工材料，如混凝土)，由于長期遭受高壓滲流、溶蝕、沖刷等惡劣的自然和運行環境的影響，造成巖土體綜合特性隨著時間的推移向其功能和安全性弱化的方向變化。水與承受高壓的巖土體相互作用長期存在，引起邊界圍巖產生微裂隙及多場耦合效應造成破壞，尤其加之低溫的冷凍效應，無疑加速了其弱化的速度。以上方面均容易造成圍巖物理力學性質的減小等問題，即隨著運行年齡的增加，圍巖逐漸會發生老化。エ程高壓區巖土體耐久性問題一直以來是世界各國工程界普遍關注的焦點問題之一。目前為 止，對巖溶區在高壓低溫的滲流條件下，對巖體的溶蝕特性及溶蝕深度研究相對較缺乏。
發明內容
本發明要解決的技術問題是針對上述存在的問題，提供ー種結構簡單、操作方便的高壓低溫三軸溶蝕實驗裝置及其實驗方法，為準確地認識深部巖溶發育特征提供實驗依據和基礎數據，并為后期必須的工程支護措施提供科學依據。本發明所采用的技術方案是高壓低溫三軸溶蝕實驗裝置，該裝置固定于實驗臺上，其特征在于所述實驗裝置包括與實驗臺鉚接的圍壓倉座、鉚固在座頂部的圍壓倉蓋及設于倉蓋上方的軸壓伺服器，該圍壓倉座外部呈圓臺形，內部為中空圓柱形的圍壓倉，圍壓倉蓋為一平板且開有直徑與試樣直徑相匹配的通孔，軸壓伺服器由直徑不同的兩個圓柱體構成，上部直徑較的大圓柱體內裝有壓カ表并通過管路與下方的圍壓倉連通，所述軸壓伺服器內還穿過一條導水管，導水管一端與圍壓倉相通，另一端依次通過溫控儀、流量儀I、高壓泵與外部的巖溶水連通，所述實驗臺的中心部位安裝有流量儀II。采用高壓低溫三軸溶蝕實驗裝置進行溶蝕實驗的方法，其特征在于包括步驟I)取原樣水或者按照工程區巖溶水的化學特征進行配制，依次流經高壓泵、流量儀及溫控儀進行加壓降溫；2)選取3個圓柱型巖芯為試樣，用蒸餾水清洗試樣表面的塵土等雜質，3個試樣的直徑均為20mm,高度30mm ；3)將試樣放在烘干箱里進行烘干24小時，稱其重量，記作W1,単位mg ；4) 3個試樣所施加的垂向壓力σ i,分別為40Mpa、50Mpa和60Mpa ;5) 3個試樣所施加的水平向圍壓σ2=σ 3，分別為20Mpa、30Mpa和40Mpa ；6)巖溶水水壓分別為15Mpa、25Mpa和35Mpa ；7)巖溶水的溫度控制在10°C ；8)實時監控流量儀數據，當流量儀數據突然變大時，應停止試驗；
9)每ー試樣在圍壓倉試驗時間24小時，第一個試樣進行試驗σ i為40Mpa，σ 2 =σ 3為20Mpa,巖溶水水壓為15Mpa ;第二個試樣進行試驗σ ι為50Mpa, σ 2 = σ 3為30Mpa,巖溶水水壓為25Mpa ;第三個試樣進行試驗σ j為60Mpa, σ 2 = σ 3為40Mpa,巖溶水水壓為35Mpa ；10)每次試驗完畢后，將該試樣放入烘干箱內進行烘干24小時，掃去浮塵，采用千分之ー電子天平稱重，得出三組溶蝕實驗后試樣的重量分別記作W2、W3、W4，単位mg ；11)取尾水滲透水，經過室內化驗，計算出碳酸鈣含量Ti(i=2，3，4)，単位mg/L ;12)求取溶蝕量及溶蝕速率質量溶蝕量Bi=W1 - Wi (i = 2，3，4)質量溶蝕速率Ci= (W1 - Wi) /24 (i = 2，3，4)溶蝕速率Xi=AEiTiZlooa = 2，3，4)單位mm/千年；其中，E為侵蝕深度，單位dm。本發明的有益效果是本實驗裝置結構簡單、操作方便，通過該裝置的實驗，可掌握地下深部建筑及其它承受高壓低溫地下洞室群圍巖在受カ溶蝕狀態下，隨著外部條件的變化，其溶蝕規律及對巖體試樣的溶蝕影響；同時掌握地下深部的高壓水滲透條件和低溫高壓狀態下碳酸鹽巖內部的溶液溶蝕過程，以清除工程潛在的危險，及為后續的力學試驗提供科學依據。
圖I為本發明實驗裝置的剖視圖。圖2為本發明實驗裝置的俯視圖。
具體實施例方式如圖I、圖2所示，本實施例為ー種高壓低溫三軸溶蝕實驗裝置，包括實驗臺I、圍壓倉座13、圍壓倉蓋14和軸壓伺服器8等，其中實驗臺I中心部位設有導流孔并安裝流量儀II 11。圍壓倉座13經鉚釘9鉚接于實驗臺I上，頂部與圍壓倉蓋14固定。所述圍壓倉座13外部呈圓臺形，內部為中空圓柱形的圍壓倉10，圍壓倉10內用于放置所測試樣，并且可給試樣施加水平向圍壓σ 2、σ 3。所述圍壓倉蓋14為ー平板，且在其中心位置開有直徑與試樣直徑相匹配的通孔。對應于圍壓倉蓋14上的通孔、在倉蓋上方安裝軸壓伺服器8 (給下方的圍壓倉10內試樣施加垂向壓力O1),兩者經鉚釘9鉚固。軸壓伺服器8上裝有壓カ表6并通過管路與下方的圍壓倉10連通，該軸壓伺服器內還設有一條導水管12，導水管一端(出水ロ)與圍壓倉10相通，另一端依次通過溫控儀5、流量儀I 4、高壓泵3與外部的巖溶水2連通，將巖溶水經加壓降溫處理后導入該實驗裝置中。本實施例中采用高壓低溫三軸溶蝕實驗裝置進行實驗的方法如下I)取原樣水或者按照工程區巖溶水的化學特征進行配制，考慮到實際情況，依次流經高壓泵3、流量儀I 4及溫控儀5進行加壓降溫處理；2)選取3個圓柱型巖芯為試樣7，用蒸餾水清洗試樣表面的塵土等雜質，3個試樣的直徑均為20mm,高度30mm ；3)將試樣放在烘干箱里進行烘干24小時，稱其重量，記作W1,単位mg ；4) 3個試樣所施加的垂向壓力σ i，分別為40Mpa、50Mpa和60Mpa ；
5) 3個試樣所施加的水平向圍壓O2= σ 3,分別為20Mpa、30Mpa和40Mpa ；6)巖溶水水壓分別為15Mpa、25Mpa和35Mpa ；7)巖溶水的溫度控制在10°C ；8)實時監控流量儀4數據，當流量儀數據突然變大時，應停止試驗，以防水壓カ過大，引起試樣水力劈裂，造成試驗失敗；9)姆一試樣在圍壓倉10試驗時間24小時，第一個試樣進行試驗σ ι為40Mpa,σ 2 = σ 3為20Mpa,巖溶水水壓為15Mpa ;第二個試樣進行試驗σ ι為50Mpa, σ 2 = σ 3為30Mpa,巖溶水水壓為25Mpa ;第三個試樣進行試驗σ j為60Mpa, σ 2 = σ 3為40Mpa,巖溶水 水壓為35Mpa ；10)每次試驗完畢后，將該試樣放入烘干箱內進行烘干24小時，掃去浮塵，采用千分之ー電子天平稱重，得出三組溶蝕實驗后試樣的重量分別記作W2、W3、W4，単位mg ；11)取尾水滲透水(經由實驗臺的中心部位安裝有流量儀II流出的水，是試驗過后的巖溶水)，經過室內化驗，得出鈣離子濃度，通過化學方程式計算出碳酸鈣含量Ti α =2，3，4)，單位mg/L ；12)求取溶蝕量及溶蝕速率質量溶蝕量Bi=W1 - Wi (i = 2，3，4)質量溶蝕速率Ci= (W1 - Wi) /24 (i = 2，3，4)溶蝕速率Xi=AEiTiZlooa = 2，3，4)單位mm/千年；其中，E為侵蝕深度，可通過儀器測量得到，単位dm。質量溶蝕速率是指單位時間內(一般是每小時)試驗樣品的整體損失率；溶蝕速率是巖溶學專業詞匯，指試樣每千年的溶蝕深度；前者是重量概念，后者是長度概念。
權利要求
1.一種高壓低溫三軸溶蝕實驗裝置，該裝置固定于實驗臺(I)上，其特征在于所述實驗裝置包括與實驗臺鉚接的圍壓倉座(13)、鉚固在座頂部的圍壓倉蓋(14)及設于倉蓋上方的軸壓伺服器(8)，該圍壓倉座(13)外部呈圓臺形，內部為中空圓柱形的圍壓倉(10)，圍壓倉蓋(14)為一平板且開有直徑與試樣直徑相匹配的通孔，軸壓伺服器(8)由直徑不同的兩個圓柱體構成，上部直徑較的大圓柱體內裝有壓力表(6)并通過管路與下方的圍壓倉(10)連通，所述軸壓伺服器(8)內還穿過一條導水管(12)，導水管一端與圍壓倉(10)相通，另一端依次通過溫控儀(5)、流量儀I (4)、高壓泵(3)與外部的巖溶水(2)連通，所述實驗臺(I)的中心部位安裝有流量儀II (11)。
2.一種采用如權利要求I所述的實驗裝置進行溶蝕實驗的方法，其特征在于包括步驟 1)取原樣水或者按照工程區巖溶水的化學特征進行配制，依次流經高壓泵(3)、流量儀(4)及溫控儀(5)進行加壓降溫； 2)選取3個圓柱型巖芯為試樣(7)，用蒸餾水清洗試樣表面的塵土等雜質，3個試樣的直徑均為20mm,高度30mm ； 3)將試樣放在烘干箱里進行烘干24小時，稱其重量，記作W1,單位mg； 4)3個試樣所施加的垂向壓力σ i，分別為40Mpa、50Mpa和60Mpa ； 5)3個試樣所施加的水平向圍壓Q2 = σ 3，分別為20Mpa、30Mpa和40Mpa ； 6)巖溶水水壓分別為15Mpa、25Mpa和35Mpa； 7)巖溶水的溫度控制在10°C； 8)實時監控流量儀(4)數據，當流量儀數據突然變大時，應停止試驗； 9)每一試樣在圍壓倉(10)試驗時間24小時,第一個試樣進行試驗σI為40Mpa, σ 2 =σ 3為20Mpa,巖溶水水壓為15Mpa ;第二個試樣進行試驗σ ι為50Mpa, σ 2 = σ 3為30Mpa,巖溶水水壓為25Mpa ;第三個試樣進行試驗σ j為60Mpa, σ 2 = σ 3為40Mpa,巖溶水水壓為35Mpa ； 10)每次試驗完畢后，將該試樣放入烘干箱內進行烘干24小時，掃去浮塵，采用千分之一電子天平稱重，得出三組溶蝕實驗后試樣的重量分別記作W2、W3、W4，單位mg ； 11)取尾水滲透水，經過室內化驗，計算出碳酸I丐含量TiQ= 2,3,4)，單位mg/L ; 12)求取溶蝕量及溶蝕速率質量溶蝕量 Bi=W1 - Wi (i = 2，3，4)質量溶蝕速率 Ci= (W1 - Wi) /24 (i = 2，3，4) 溶蝕速率Xi=AEiTiZlooa = 2，3，4)單位mm/千年；其中，E為侵蝕深度，單位dm。
全文摘要
本發明涉及一種高壓低溫三軸溶蝕實驗裝置。本發明的目的是提供一種結構簡單、操作方便的高壓低溫三軸溶蝕實驗裝置，為準確地認識深部巖溶發育特征提供實驗依據和基礎數據，并為后期必須的工程支護措施提供科學依據。本發明的技術方案是該裝置固定于實驗臺上，其特征在于包括與實驗臺鉚接的圍壓倉座、鉚固在座頂部的圍壓倉蓋及設于倉蓋上方的軸壓伺服器，該圍壓倉座外部呈圓臺形，內部為中空圓柱形的圍壓倉，圍壓倉蓋為一平板且開有直徑與試樣直徑相匹配的通孔，軸壓伺服器由直徑不同的兩個圓柱體構成，上部直徑較的大圓柱體內裝有壓力表并通過管路與下方的圍壓倉連通。本發明適用于水利水電工程、交通、礦山等地下工程。
文檔編號G01N17/00GK102661914SQ20121013592
公開日2012年9月12日 申請日期2012年5月3日 優先權日2012年5月3日
發明者單治鋼, 彭鵬, 杜文博, 董育煩, 賈海波, 陳長河 申請人:中國水電顧問集團華東勘測設計研究院