CN117110183A - 一种钻孔内石膏岩原位溶蚀的试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于溶蚀技术领域，公开了一种钻孔内石膏岩原位溶蚀的试验方法，为了解决同时室内模拟无法真实反应石膏岩溶蚀情况的问题，而提供一种钻孔内石膏岩原位溶蚀的试验方法。本发明包括测量防线、钻进成孔、井管布置、填充、洗井和溶蚀试验步骤。本发明通过钻孔的方式进行溶蚀试验，能够确保石膏岩样品在做溶蚀试验时地下水的流速、温度、压力、水化学特征与石膏岩层所处的地下环境一致，从而获得的溶蚀数据相比于室内溶蚀试验更加准确和精准，以便于更加精准的对建筑场地下方的石膏岩层的溶蚀情况进行评判和分析，进而降低建筑场地的安全风险。
Description
技术领域
本发明属于溶蚀技术领域，具体涉及一种钻孔内石膏岩原位溶蚀的试验方法，用于对X射线机进行安装和支撑。
背景技术
石膏岩易在水岩作用下发生溶蚀，包括化学方面的水化作用、氧化作用、水解与溶解作用，及物理方面的剥离搬运作用、溶胀作用等。自然因素和人类工程活动均会加剧岩溶，导致石膏岩从溶孔、溶隙、溶穴逐步发展为溶蚀塌陷、地面沉降等地质灾害。
同时，石膏岩在世界范围内广泛分布，在中国主要分布于山东、内蒙古、青海、湖南、山西、安徽、四川等地，随着工程建设的纵向发展，受石膏岩溶蚀特性影响的建筑场地越来越多，石膏岩溶蚀带来的安全风险难以忽视。
目前对于石膏岩溶蚀的相关技术均是采用室内模拟进行，但是无论设置试验系统，均无法真实反应石膏岩在地下的溶蚀情况。例如申请号为2016104579135公开了一种盐岩动水溶蚀的试验装置和计算方法，包括圆柱形盐岩试件、用于夹持固定盐岩试件的夹持装置和溶蚀水供应装置； 所述盐岩试件轴向开设有通水小孔； 所述溶蚀水供应装置通过软管和所述盐岩试件的通水小孔相连通；所述夹持装置包括铁架台和固定于所述铁架台上的烧杯链夹，所述盐岩试件通过烧杯链夹进行固定。该技术文献通过夹持盐岩并通过通水小孔进行溶蚀试验。
又例如申请号为202211495608公开了一种测试石灰石岩片溶蚀速率的试验装置，包括二氧化碳气体输出系统、碳酸反应压力罐、可控流速溶蚀系统；其中，二氧化碳气体输出系统出口端与碳酸 反应压力罐第一入口端相通，碳酸反应压力罐第一出口端与碳酸反应压力罐第二入口端相通，碳酸反应压力罐第二出口端与可控流速溶蚀系统入口端相通，可控流速溶蚀系统出口端与碳酸反应压力罐第三入口端相通；碳酸反应 压力罐第四入口端用于输入去离子水；所述可控流速溶蚀系统中用于放置石灰岩岩片。
又例如申请号为2019212505170公开了一种用于测定盐岩溶解速率的测试装置，包括用于固定盐岩试样的夹 持机构和用于对盐岩试样称重的称重器，所述夹持机构设置于主体框架上，所述盐岩试样 的两端分别设有进水管和出水管，所述进水管与液体定量控制仪相连，所述出水管的末端 延伸至水箱内；所述夹持机构通过联轴器与主体框架相连，用于调节盐岩试样的倾斜角度。
如上举例说明的溶蚀试验都是通过试验设备进行模拟溶蚀，但是室内模拟无论试验设备如何设置，都无法真实的反应石膏岩的溶蚀情况。
同时，石膏岩在世界范围内广泛分布，在国内主要分布于山东、内蒙古、青海、湖南、山西、安徽、四川等地，随着工程建设的纵向发展，受石膏岩溶蚀特性影响的建筑场地越来越多，石膏岩溶蚀带来的安全风险难以忽视。因此，急需了解石膏岩在地下的真实溶蚀情况，以避免石膏岩溶蚀对建筑场地带来安全隐患。
发明内容
本发明为了解决同时室内模拟无法真实反应石膏岩溶蚀情况的问题，而提供一种钻孔内石膏岩原位溶蚀的试验方法，能够获取到石膏岩在地下溶蚀的真实情况，以便于掌握石膏岩的溶蚀速率，进而对建筑场地下方的石膏岩溶蚀情况做出精准的评判并获取对建筑场地的影响。
为解决技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种钻孔内石膏岩原位溶蚀的试验方法，其特征在于，包括：
（1）测量放线，确定钻孔的位置；
（2）钻进成孔；
（3）向步骤（2）中的成孔内布置井管，并且依据石膏岩层所处的位置和厚度在对应的井管内上进行开孔，所述井管的开孔率为5-10%；
（4）在成孔的内壁与井管的外壁之间进行填充；在填充过程中，位于石膏岩层上方和石膏岩层下方的区域使用止水材料进行填充，对应于石膏岩层区域使用石英砂作为过滤层滤料；
（5）洗井；步骤（4）完成后进行洗井；
（6）将石膏岩样品放入到井管内进行原位溶蚀试验；
在一些实施例中，在洗井之前对井管底部进行封堵。
在一些实施例中，在将石膏岩样品放入到井管内进行溶蚀试验时，应当对石膏岩样品进行预处理，将石膏岩样品加工成直径为50mm、高度为50mm的圆柱体，并将石膏岩样品进行自然阴干，并对石膏岩样品进行编号、拍照、外观描述，并测量石膏岩样品的直径、高度、初始质量、波速基本参数，通过X射线衍射、显微镜分析每个样品的矿物成为和微观形貌；从而便于获取到每个石膏岩样品的初始信息，并依据该初始信息作为基础，来判断溶蚀试验后的溶蚀情况。
在一些实施例中，在将石膏岩样品放入到井管内进行溶蚀试验时，石膏岩样品放置的位置与地下的石膏岩层的位置相互对应。
在一些实施例中，在对石膏岩样品进行溶蚀试验时，利用监测探头获取到石膏岩样品所处地下水的温度、流速、压力以及水化学特征。
在一些实施例中，在井管内进行溶蚀试验时，经过3 d、7 d、15 d、30 d、45 d、60d、90 d的原位溶蚀后，取出石膏岩样品，自然阴干后拍照并进行描述（即对外观特征进行描述、外观描述），并测量溶蚀之后石膏岩样品的直径、高度、试验后质量、波速，同时采用通过X射线衍射、显微镜分析石膏岩样品的矿物成分和微观形貌。
在一些实施例中，所述井管的上端延伸出地面并配设有防尘盖，所述防尘盖上设置有用于捆绑石膏岩样品的吊绳，所述吊绳上设置有多个环形圈，所述环形圈的外径与井管的内径相互适配，所述环形圈的圆周面上开设有多个螺纹孔，所述螺纹孔上安装有螺杆，螺杆上朝向环形圈的中心方向的一侧设置有若干用于抵持石膏岩样品的顶针，所述顶针的一端与螺杆连接，所述顶针的另一端与石膏岩样品的外圆周壁接触。
在一些实施例中，所述防尘盖上还吊设有数据线束，所述数据线束上接入有用于监测地下水位的监测探头（例如温度传感器、压力传感器等等）。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明的钻孔内石膏岩原位溶蚀的试验方法能够获取到石膏岩在地下溶蚀的真实情况，以便于掌握石膏岩的溶蚀速率，进而对建筑场地下方的石膏岩溶蚀情况做出精准的评判并获取对建筑场地的影响。相比于现有技术在室内做石膏岩溶蚀的方式，本发明通过钻孔的方式进行溶蚀试验，能够确保石膏岩样品在做溶蚀试验时地下水的流速、温度、压力、水化学特征与石膏岩层所处的地下环境一致，从而获得的溶蚀数据相比于室内溶蚀试验更加准确和精准，以便于更加精准的对建筑场地下方的石膏岩层的溶蚀情况进行评判和分析，进而降低建筑场地的安全风险。
附图说明
图1为本发明的一流程图结构示意图；
图2为本发明在进行溶蚀试验时的结构示意图；
图3为本发明的环形圈一实施例的结构示意图；
图中标记：1、监测数据集成装置，2、数据线束，3、防尘盖，4、防护栏，5、井管，6、吊绳，7、石膏岩样品，8、膨润土，9、监测探头，10、石英砂，11、封堵物，12、环形圈，13、螺杆，14、顶针，15、过水孔。
实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的描述，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，并不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域的普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的其他所用实施例，都属于本发明的保护范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述/，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制；术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；此外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
结合附图，本发明的钻孔内石膏岩原位溶蚀的试验方法，包括：
（1）测量放线，确定钻孔的位置；
（2）钻进成孔；其中，钻进成孔属于现有技术，本领域的技术人员都能明白和理解。例如，在钻进过程中采用泥浆护壁钻进时，需要在井口附近设置可以满足储浆要求的泥浆槽和可以满足沉砂要求的沉淀池。采用冲洗液回转钻进成孔时，尽量使用清水钻进，不应使用其他添加剂。
（3）向步骤（2）中的成孔内布置井管5，并且依据石膏岩层所处的位置和厚度在对应的井管5内上进行开孔，所述井管5的开孔率为5-10%。在具体实施过程中，井管5可以采用PVC管制作而成，并且井管5的外径小于成孔的内径，一方面是便于井管5的下放到成孔内，另一方面是便于在井管5与成孔之间进行填充。
在此需要说明的是，本发明讲述的石膏岩层所处的位置和厚度是指：石膏岩层在地层中的深度以及石膏岩层的厚度。例如石膏岩层对应于地下8-10m（即在地下8m位置开始，石膏岩层的厚度为2m），那么井管对应于地下8-10m的位置进行开孔；又例如石膏岩层对应于地下20-30m（即石膏岩层在地下20m位置开始，石膏岩层的厚度为10m），那么井管对应于地下20-30m的位置进行开孔。本领域的技术人员都能明白和理解，在此不再赘述。
（4）在成孔的内壁与井管5的外壁之间进行填充；在填充过程中，位于石膏岩层上方和石膏岩层下方的区域使用止水材料进行填充，对应于石膏岩层区域使用石英砂10作为过滤层滤料。在具体实施过程中，止水材料可以直接采用膨润土8作为回填材料，利用膨润土8吸水膨胀，并且膨润土8吸水后能够形成不透水的凝胶层，进而实现防水的作用，防止石膏岩层上方或者下方的水流不经过石膏岩层的过滤作用而直接从井管5上的开孔进入到井管的内部。本发明通过在石膏岩层上方和下方的区域设置膨润土止水材料，从而使得石膏岩层上方和下方的地下水若要进入井管（如本发明的PVC管）内部，必须首先穿过石膏岩层之后再依次穿过石英砂层滤料、井管上的开孔才能进入到井管内壁，确保进入到井管内部的地下水都经过了石膏岩层的过滤，从而与位于地下的石膏岩层的所处环境一致，提高在做井管内做溶蚀试验时的准确性。同时在井管上对应于石膏岩层区域设置石英砂层滤料，从而对进入到井管内部的地下水起到过滤作用，防止地下水中的砂砾等颗粒在流动过程中撞击石膏岩样品而影响石膏岩样品真实的溶蚀情况，从而提高溶蚀试验的准确性。
其中，在具体实施过程中，石英砂10层滤料在填充过程中的均匀系数为1.5-2.0之间。优选的，石英砂10的粒径为4-8mm。石英砂10层滤料在使用前应当避免被外部杂物混入和污染。在进行填充过程中，应当在井管四周均匀连续填入，并且保持井管5的稳定，同时记录填入滤料的数量和测量填充的深度，以确保填充的止水材料位于石膏岩层的上方和下方，而填充的石英砂10与石膏岩层的位置和厚度相互适配。
（5）洗井；步骤（4）完成进行洗井（即对井管5内部进行清洗）。洗井方法可以选用气提和抽水方式进行，但是不得采用化学洗井方法；洗井之后应当等待井管内部的水位与地下水位一致。
在具体实施过程中，在洗井前应当测量地下水位，以便于在洗井后让井管内部的水位与地下水位一致。其中，对于获取到地下水位属于现有技术，本领域的技术人员都能明白和理解，例如成孔之后（或者洗井之前）静置一段时间之后，成孔内（或者井管内）的水位便可与地下水位保持一致，从而获取到测量设备（例如测量棒、测量绳等等）便可获取到地下水位情况。
在一些实施例中，在洗井之前对井管底部进行封堵。从而避免地下水以及杂物从井管的底部进入到井管的内部，确保进入到井管内部的地下水都经过了石膏岩层的过滤，从而与位于地下的石膏岩层的所处环境一致，提高在做井管内做溶蚀试验时的准确性。其中，在具体实施过程中，可以利用封堵物11对井管5的底部进行封堵，封堵物11包括依次填充的砾石、黏土、砾石进行封堵，在封堵过程中、砾石和黏土应当进行压实，进而完成对井管5底部的封堵。
（6）将石膏岩样品7放入到井管5内进行原位溶蚀试验。其中，石膏岩样品7应当位于地下水位的下方。优选的，石膏岩样品7放置的位置与地下的石膏岩层的位置相互对应，地下水会进行分层流动（即地下水表面的流动速度与地下水下方的流动速度并不相同），因此，本发明将石膏岩样品至于石膏岩层对应的区域（即井管上开孔的一段），使得石膏岩样品与地下的石膏岩层所处环境（包括但不限于：地下水流速、温度等）一致，从而能够获得地下石膏岩（石膏岩层）的真实溶蚀情况。相比于现有技术在试验室内做溶蚀试验，本发明能够获取的数据更加精准，以便于依据溶蚀情况对建筑场地采取相应的技术措施，防止石膏岩地区因溶蚀而给建筑场地带来安全隐患。
在一些实施例中，在将石膏岩样品7放入到井管5内进行溶蚀试验时，应当对石膏岩样品7进行预处理，将石膏岩样品7加工成直径为50mm、高度为50mm的圆柱体，并将石膏岩样品进行自然阴干，并对石膏岩样品进行编号、拍照、外观描述，并测量石膏岩样品的直径、高度、初始质量（阴干后的质量）、波速基本参数，通过X射线衍射、显微镜分析每个样品的矿物成为和微观形貌；从而便于获取到每个石膏岩样品的初始信息（直径、高度、外观特征（外观描述）、初始质量、波速、矿物成分和微观形貌），并依据该初始信息作为基础，来判断溶蚀试验后的溶蚀情况。即是说，石膏岩样品在溶蚀试验结束之后也进行自然阴干，对阴干后的石膏岩样品进行测量以获得试验后信息（试验后信息包括直径、高度、外观特征（外观描述）、试验后质量、波速、矿物成分和微观形貌），最终依据初始信息和试验后信息的对比来获取到石膏岩样品的溶蚀情况。
在一些实施例中，在对石膏岩样品7进行溶蚀试验时，利用监测探头9获取到石膏岩样品7所处地下水的温度、流速、压力以及水化学特征。从而结合溶蚀情况和地下水情况（温度、流速、压力以及水化学特征）综合分析总结石膏岩原位溶蚀的规律和特征，并进一步评估建筑场地地下石膏岩层的风险。
本发明通过在石膏岩场地原位成孔建井，在真实环境下进行石膏岩的原位溶蚀试验，分析溶蚀过程中地下水和石膏岩各项参数的变化，总结其原位溶蚀的规律，评估石膏岩场地的溶蚀、沉降风险，为建设安全提供保障，有效填补技术空白。
在一些实施例中，在井管5内进行溶蚀试验时，经过3 d、7 d、15 d、30 d、45 d、60d、90 d的原位溶蚀后，取出石膏岩样品7，自然阴干后拍照并进行描述（即对外观特征进行描述、外观描述），并测量溶蚀之后石膏岩样品的直径、高度、试验后质量、波速，同时采用通过X射线衍射、显微镜分析石膏岩样品的矿物成分和微观形貌。
在一些实施例中，所述井管5的上端延伸出地面并配设有防尘盖3，所述防尘盖3上设置有用于捆绑石膏岩样品7的吊绳6，所述吊绳6上设置有多个环形圈12，所述环形圈的12外径与井管5的内径相互适配，所述环形圈12的圆周面上开设有多个螺纹孔，所述螺纹孔上安装有螺杆13，螺杆13上朝向环形圈12的中心方向的一侧设置有若干用于抵持石膏岩样品7的顶针14，所述顶针1的一端与螺杆13连接，所述顶针1的另一端与石膏岩样品7的外圆周壁接触。在具体实施过程中，螺杆13和顶针14分层布置，以便于利用不同高度的顶针14对石膏岩样品7进行抵持和稳固。本发明通过吊绳将石膏岩样品进行捆绑，通过吊绳的方式将石膏岩样品置入到地下石膏岩层对应的地下水中，具有在溶蚀试验时操作便利的特点。同时利用环形圈以及配套的螺杆和顶针的结构设计能够将吊绳上的石膏岩样品进行稳固，防止石膏岩样品在溶蚀试验时在地下流动时而发生旋转、倾斜的问题，确保石膏岩样品的稳定，进而进一步提高溶蚀试验的准确性。同时顶针与石膏岩样品之间为点接触，不会影响石膏岩样品的溶蚀试验。
其中，在具体实施过程中，环形圈12的圆周壁上开设有若干过水孔15，过水孔15的开孔率大于井管5上的开孔的开孔率，以确保环形圈12的设置不会影响地下水的流动。同时所述环形圈12上开设有用于安装监测探头9的安装孔，以便于将监测探头9稳固在环形圈上，避免监测探头也出现晃动的情况，确保监测数据的准确。
在一些实施例中，螺杆13为空心螺杆，以便于通过螺杆的内部也能够流通水流，进一步降低因为螺杆的设计而影响/扰动地下水的流动。
在具体实施过程中，石膏岩样品的中部可以加工通孔，以便于吊绳的穿过，吊绳通过打结的方式对石膏岩样品上的位置进行稳固。
在一些实施例中，所述防尘盖3上还吊设有数据线束2，所述数据线束2上接入有用于监测地下水位的监测探头9（例如温度传感器、压力传感器等等）。其中，监测探头9通过数据线束2与地面的监测数据集成装置1连接，通过监测数据集成装置1读取监测探头获取到的数据信息。
在一些实施例中，所述吊绳6上对应于地下石膏岩层的厚度区域捆扎有多个位置高度不同的石膏岩样品7。以便于一次性溶蚀试验，能够完成多个石膏岩样品的溶蚀试验，同时也便于获得在不同地下水深度下石膏岩溶蚀的情况，从而一次性试验获取更多的溶蚀数据，便于获取到石膏岩层在地下的溶蚀情况和规律。
为了提高试验的安全性，在进行溶蚀试验时，应当在成孔的外围设置防护栏4和/或警示标志。
综上所述，本发明的钻孔内石膏岩原位溶蚀的试验方法能够获取到石膏岩在地下溶蚀的真实情况，以便于掌握石膏岩的溶蚀速率，进而对建筑场地下方的石膏岩溶蚀情况做出精准的评判并获取对建筑场地的影响。相比于现有技术在室内做石膏岩溶蚀的方式，本发明通过钻孔的方式进行溶蚀试验，能够确保石膏岩样品在做溶蚀试验时地下水的流速、温度、压力、水化学特征与石膏岩层所处的地下环境一致，从而获得的溶蚀数据相比于室内溶蚀试验更加准确和精准，以便于更加精准的对建筑场地下方的石膏岩层的溶蚀情况进行评判和分析，进而降低建筑场地的安全风险。
Claims (8)
1.一种钻孔内石膏岩原位溶蚀的试验方法，包括：
（1）测量放线，确定钻孔的位置；
（2）钻进成孔；
（3）向步骤（2）中的成孔内布置井管，并且依据石膏岩层所处的位置和厚度在对应的井管内上进行开孔，所述井管的开孔率为5-10%；
（4）在成孔的内壁与井管的外壁之间进行填充；在填充过程中，位于石膏岩层上方和石膏岩层下方的区域使用止水材料进行填充，对应于石膏岩层区域使用石英砂作为过滤层滤料；
（5）洗井；步骤（4）完成后进行洗井；
（6）将石膏岩样品放入到井管内进行原位溶蚀试验。
2.根据权利要求1所述的钻孔内石膏岩原位溶蚀的试验方法，其特征在于，在洗井之前对井管底部进行封堵。
3.根据权利要求1或者2所述的钻孔内石膏岩原位溶蚀的试验方法，其特征在于，在将石膏岩样品放入到井管内进行溶蚀试验时，应当对石膏岩样品进行预处理，将石膏岩样品加工成直径为50mm、高度为50mm的圆柱体，并将石膏岩样品进行自然阴干，并对石膏岩样品进行编号、拍照、外观描述，并测量石膏岩样品的直径、高度、初始质量、波速基本参数，通过X射线衍射、显微镜分析每个样品的矿物成为和微观形貌；从而便于获取到每个石膏岩样品的初始信息，并依据该初始信息作为基础，来判断溶蚀试验后的溶蚀情况。
4.根据权利要求3所述的钻孔内石膏岩原位溶蚀的试验方法，其特征在于，在将石膏岩样品放入到井管内进行溶蚀试验时，石膏岩样品放置的位置与地下的石膏岩层的位置相互对应。
5.根据权利要求4所述的钻孔内石膏岩原位溶蚀的试验方法，其特征在于，在对石膏岩样品进行溶蚀试验时，利用监测探头获取到石膏岩样品所处地下水的温度、流速、压力以及水化学特征。
6.根据权利要求5所述的钻孔内石膏岩原位溶蚀的试验方法，其特征在于，在井管内进行溶蚀试验时，经过3 d、7 d、15 d、30 d、45 d、60 d、90 d的原位溶蚀后，取出石膏岩样品，自然阴干后拍照并进行描述，并测量溶蚀之后石膏岩样品的直径、高度、试验后质量、波速，同时采用通过X射线衍射、显微镜分析石膏岩样品的矿物成分和微观形貌。
7.根据权利要求6所述的钻孔内石膏岩原位溶蚀的试验方法，其特征在于，所述井管的上端延伸出地面并配设有防尘盖，所述防尘盖上设置有用于捆绑石膏岩样品的吊绳，所述吊绳上设置有多个环形圈，所述环形圈的外径与井管的内径相互适配，所述环形圈的圆周面上开设有多个螺纹孔，所述螺纹孔上安装有螺杆，螺杆上朝向环形圈的中心方向的一侧设置有若干用于抵持石膏岩样品的顶针，所述顶针的一端与螺杆连接，所述顶针的另一端与石膏岩样品的外圆周壁接触。
8.根据权利要求7所述的钻孔内石膏岩原位溶蚀的试验方法，其特征在于，所述防尘盖上还吊设有数据线束，所述数据线束上接入有用于监测地下水位的监测探头。
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|---|---|---|---|
| CN202311053307.3A CN117110183A (zh) | 2023-08-21 | 2023-08-21 | 一种钻孔内石膏岩原位溶蚀的试验方法 |
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|---|---|
| CN (1) | CN117110183A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN118858128A (zh) * | 2024-05-28 | 2024-10-29 | 重庆大学 | 一种碳酸盐岩溶蚀速率测定方法 |
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2023
- 2023-08-21 CN CN202311053307.3A patent/CN117110183A/zh active Pending
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