CN110926985A - 一种水位变动情况下水岩相互作用的水位波动模拟装置 - Google Patents
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Abstract
一种水位变动情况下水岩相互作用的水位波动模拟装置。本发明提供一种为研究水位波动条件下水和岩石发生的物理、化学、结构、力学等性质变化的水岩相互作用实验装置。其特征是利用微电脑时控开关实现水溶液由水溶液储存箱泵入和泵出水岩相互作用箱的循环。旋转泵将配置好的水溶液精确泵入稳定固定岩样的水岩相互作用箱内，达到所需高水位(位于岩样上方一定距离)后，微电脑时控开关关闭，停止泵入，然后另一侧微电脑时控开关打开，将水溶液从水岩相互作用箱内泵出，达到低水位(位于岩样下方一定距离)后停止泵出，如此往复循环。可以真实再现水位波动条件下水岩的相互作用形式，从而对分析岩石在水位波动作用下的矿物与结构的演化特征和作用机制，并揭示水位波动条件下岩体变形破坏过程的结构和强度劣化效应提供实验支撑。
Description
技术领域 岩石水岩相互作用实验技术领域
背景技术 水岩相互作用过程中岩体的矿物和结构会发生变化，水的作用对岩体的强度存在劣化效应。岩溶地区水位波动较大，经过不同次数的干燥-饱和作用后，岩体的物理、化学、力学性质必将发生变化，从而对岩质边坡稳定性造成破坏。而目前水岩相互作用的测试方法主要采用岩石完全浸泡在水溶液中(完全浸泡法)或者采用水流持续流过岩样的方法(持续水流法)来进行。完全浸泡法和持续水流法无法反应岩溶地区真实的水岩相互作用形式，不能显示水位反复升降对岩体产生的影响。
发明内容 本本发明提供一种能够克服岩溶地区水岩相互作用实验装置偏离实际的缺点和不足，真实反映岩溶区水和岩石的相互作用方式，有利于科学认识水位波动条件下水和岩石发生的物理、化学、结构、力学等性质变化。其特征是利用微电脑时控开关实现水溶液由水溶液储存箱泵入和泵出水岩相互作用箱的循环。旋转泵将配置好的水溶液精确泵入稳定固定岩样的水岩相互作用箱内，达到所需高水位(位于岩样上方一定距离)后，微电脑时控开关关闭，停止泵入，然后另一侧微电脑时控开关打开，将水溶液从水岩相互作用箱内泵出，达到低水位(位于岩样下方一定距离)后停止泵出，如此往复循环。可以真实再现水位波动条件下水岩的相互作用形式，从而对分析岩石在水位波动作用下的矿物与结构的演化特征和作用机制，并揭示水位波动条件下岩体变形破坏过程的结构和强度劣化效应提供实验支撑。
水位波动条件下水岩相互作用的水位波动方法的主要技术方案由三个部分构成：水溶液储存系统部分，水溶液循环控制系统部分，水岩相互作用系统部分。水溶液储存系统特征为：由密闭水溶液导入槽1，水溶液导入管2，导入阀门3，水溶液储存箱4，储存箱水溶液5，水溶液导出管6，导出阀门7，水溶液导出收集瓶8等构成。通过密闭水溶液导入槽1将配置好的水溶液通过水溶液导入管2，在导入阀门3打开的状态下导入水溶液储存箱4内，并将储存箱水溶液5保持在一定水位，随后关闭导入阀门3。通过一段时间的水岩相互作用后打开导出阀门7，水溶液通过水溶液导出管6流入到水溶液导出收集瓶中，以测试经过水岩相互作用后水溶液性质的变化，从而得出岩样性质的改变。水溶液循环控制系统特征为：由连接管9，旋转泵10，电路11，微电脑时控开关12，连接管13，连接管14，旋转泵15，电路16，微电脑时控开关17，连接管18等构成。按照水位波动的循环间隔设置好微电脑时控开关12和17的开闭间隔，微电脑时控开关12打开时，由旋转泵10将水溶液通过连接管9和连接管13泵入水岩相互作用箱中达到高水位；完成一次水位上升后，微电脑时控开关12自动关闭，同时微电脑时控开关17自动打开，由旋转泵15将水溶液通过连接管14和连接管18导出到水溶液储存箱中，使水岩相互作用箱19中的水溶液达到低水位，由此完成一次水位下降，以此往复，从而实现水岩相互作用箱中水位的波动。水岩相互作用系统特征为：由水岩相互作用箱19，高水位20，低水位21，岩样上夹持条22，岩样下夹持条23，夹持弹簧24、25，岩样26等构成。下加持条23位置固定，上夹持条22通过两端的夹持弹簧24、25实现不同高度的上升，从而将岩样26固定在岩样上夹持条22和岩样下夹持条23之间，使岩样在水位波动情况下保持位置不变。
基本原理与技术正水岩相互作用箱中水溶液初始状态保持在低水位，即位于岩样下方一定距离。微电脑时控开关可以按照所需间隔控制电路的连通和切断，当水溶液流入水岩相互作用箱一侧(泵入侧)的微电脑时控开关打开时，即可由连接好的旋转泵将水溶液由水溶液储存箱泵入水岩相互作用箱，达到预设高水位后，泵入侧的微电脑时控开关关闭。由此计算出一次泵入由低水位到高水位的时间，来设置泵入侧微电脑时控开关的时间间隔。当水岩相互作用箱中水溶液达到高水位后，另一侧(泵出侧)的微电脑时控开关打开，将水溶液通过旋转泵由水岩相互作用箱泵出到水溶液储存箱，当水岩相互作用箱中水溶液达到低水位时，泵出侧的微电脑时控开关关闭，由此计算出一次泵出由高水位到低水位的时间，来设置泵出侧微电脑时控开关的时间间隔。设置好之后，两个微电脑时控开关交替打开和关闭，如此往复进行，即可实现水位的波动。实验中三个系统均采用耐酸碱、抗腐蚀部件，从而可以实现不同PH值水溶液和岩石的相互作用。另外水岩相互作用箱和水溶液储存箱采用透明材质，从而可以清楚辨别水岩相互作用的过程。水位波动过程中，通过岩样上下夹持条和夹持弹簧将岩样稳定夹持住，另外岩样可以制作成各种大小和形状的，从而满足水岩相互作用后的不同测试需求。
水位波动条件下水岩相互作用的水位波动方法的主要技术方案由三个部分构成：水溶液储存系统部分，水溶液循环控制系统部分，水岩相互作用系统部分。
水溶液储存系统特征为：由密闭水溶液导入槽1，导入管2，导入阀门3，水溶液储存箱4，水溶液5，导出管6，导出阀门7，水溶液导出收集瓶8等构成。通过密闭水溶液导入槽1将配置好的水溶液通过导入管2，在导入阀门3打开的状态下导入水溶液储存箱4内，并将水溶液5保持在一定水位，随后关闭导入阀门3。通过一段时间的水岩相互作用后打开导出阀门7，水溶液通过水溶液导出管6流入到水溶液导出收集瓶中，以测试经过水岩相互作用后水溶液性质的变化，从而得出岩样性质的改变。
水溶液循环控制系统特征为：由连接管9，旋转泵10，电路11，微电脑时控开关12，连接管13，连接管14，旋转泵15，电路16，微电脑时控开关17，连接管18等构成。按照水位波动的循环间隔设置好微电脑时控开关12和17的开闭间隔，微电脑时控开关12打开时，由旋转泵10将水溶液通过连接管9和连接管13泵入水岩相互作用箱中达到高水位；完成一次水位上升后，微电脑时控开关12自动关闭，同时微电脑时控开关17自动打开，由旋转泵15将水溶液通过连接管14和连接管18导出到水溶液储存箱中，使水岩相互作用箱19中的水溶液达到低水位，由此完成一次水位下降，以此往复，从而实现水岩相互作用箱中水位的波动。
水岩相互作用系统特征为：由水岩相互作用箱19，高水位20，低水位21，岩样上夹持条22，岩样下夹持条23，夹持弹簧24、25，岩样26等构成。下加持条23位置固定，上夹持条22通过两端的夹持弹簧24、25实现不同高度的上升，从而将岩样26固定在岩样上夹持条22和岩样下夹持条23之间，使岩样在水位波动情况下保持位置不变。
附图说明 图1是水位变动情况下水岩相互作用的水位波动模拟装置模型图
1：密闭水溶液导入槽；2：导入管；3：导入阀门；4：水溶液储存箱；5：水溶液；6：导出管；7：导出阀门；8：水溶液导出收集瓶；9：连接管；10：旋转泵；11：电路；12：微电脑时控开关；13：连接管；14：连接管；15：旋转泵；16：电路；17：微电脑时控开关；18：连接管；19：水岩相互作用箱；20：高水位；21：低水位；22：岩样上夹持条；23：岩样下夹持条；24：夹持弹簧；25：夹持弹簧；26：岩样。
具体实施方式 1.首先打开导入阀门3，将配置好的水溶液通过密闭水溶液导入槽1和导入管2导入到水溶液储存箱4内，并使储存箱水溶液5保持在高水位。
2.通过岩样上夹持条22，岩样下夹持条23和夹持弹簧24、25组成的岩样夹持装置将岩样26固定在水岩相互作用箱19的中间位置。
3.预先设置微电脑时控开关12和17的开闭间隔，当微电脑时控开关12开启时，利用旋转泵10将水溶液5泵入到水岩相互作用箱19中，达到高水位20。随后微电脑时控开关12关闭，微电脑时控开关17打开，通过旋转泵15将水岩相互作用箱19中的水溶液泵回到水溶液储存箱4内，使水岩相互作用箱中的水溶液达到低水位21，如此往复，实现水岩相互作用箱19中的水位波动。
4.经过一段时间的水岩相互作用后，打开导出阀门7，将作用后的水溶液收集一部分进行水质测量，从而得到岩样26的溶蚀量等参数。然后取出岩样进行后续的实验研究。
Claims (1)
1.一种水位变动情况下水岩相互作用的水位波动模拟装置，其由水溶液储存系统部分，水溶液循环控制系统部分，水岩相互作用系统部分构成。所述水溶液储存系统部分由密闭水溶液导入槽(1)，水溶液导入管(2)，导入阀门(3)，水溶液储存箱(4)，储存箱水溶液(5)，水溶液导出管(6)，导出阀门(7)，水溶液导出收集瓶(8)组成，水溶液导入管(2)与水溶液导入槽(1)下出口连接，并在水溶液导入管(2)上安置导入阀门(3)，水溶液导入管(2)与水溶液储存箱(4)一个侧面连接，水溶液储存箱(4)里面放置储存箱水溶液(5)，水溶液导出管(6)与水溶液储存箱(4)另一侧面连接，并在水溶液导出管(6)上安装导出阀门(7)，水溶液导出管(6)与水溶液导出收集瓶(8)瓶口连接，所有连接处使用PVC胶，保持密封；水溶液循环控制系统部分由连接管(9)，旋转泵(10)，电路(11)，微电脑时控开关(12)，连接管(13)，连接管(14)，旋转泵(15)，电路(16)，微电脑时控开关(17)，连接管(18)组成，连接管(9)与水溶液储存箱(4)上端面相连，连接处使用PVC胶，保持密封，旋转泵(10)与连接管(9)、电路(11)、连接管(13)接通，微电脑时控开关(12)连接电路(11)，连接管(13)与水岩相互作用箱(19)下端面相连，连接处使用PVC胶，保持密封，同时连接管(14)与水岩相互作用箱(19)下端面相连，旋转泵(15)与连接管(14)、电路(16)、连接管(18)接通，微电脑时控开关(17)连接电路(16)，连接管(18)与水溶液储存箱(4)上端面相连；水岩相互作用系统部分由水岩相互作用箱(19)，高水位(20)，低水位(21)，岩样上夹持条(22)，岩样下夹持条(23)，夹持弹簧(24)、夹持弹簧(25)，岩样(26)组成，岩样上夹持条(22)和岩样下加持条(23)固定在水岩相互作用箱(19)上，岩样上夹持条(22)和岩样下加持条(23)由夹持弹簧(24)、夹持弹簧(25)连接，岩样(26)通过夹持弹簧(24)、夹持弹簧(25)固定在岩样上夹持条(22)和岩样下加持条(23)之间。
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