CN201615870U - 模拟库水压力状态下水-岩作用机理实验仪 - Google Patents

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李建林
王孔伟
张帆
邓成进
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Abstract

一种模拟库水压力状态下水-岩作用机理实验仪，包括实验仪壳体，壳体上部设有盖板，下部设有底座，在壳体内设有试样托架，盖板上设有进水口和放气螺栓，压力气囊置于壳体内，压力气囊与压力控制系统连接，风叶轮安装在壳体下部与电机连接。本实用新型同时设置有动、静水控制装置，可模拟库水的扰动以及在库水压力状态下岩石的溶解特性，为研究大型水库库岸再造机理提供了实验平台；同时还可以模拟岩石在动水压力状态下的崩解过程，配合岩石力学损伤实验研究，进一步明确在动水压条件下岩石力学损伤机理，为库岸防护以及地质灾害预测预报提供可靠的实验数据。

Description

模拟库水压力状态下水-岩作用机理实验仪
技术领域
本实用新型涉及岩石力学实验领域中的水-岩反应实验装置，可用来研究模拟水库在不同水压力条件下的岩石水化学作用以及岩石力学损伤机理。
背景技术
大量岩土工程问题需要了解水-岩相互作用的特性。在库岸边坡由于库水位的变化，水-岩反应是在一定的水压力条件下进行的，水-岩相互的作用将受水压力影响，影响着库岸岩石边坡的安全。目前人们对水和岩石在一般条件下水-岩反应机理研究较多，研究在不同水压力条件下的水-岩反应很少见，也没有一种仪器可模拟在不同压力条件下的水-岩反应作用机理。
发明内容
本实用新型的目的是要提供一种能够对在不同水压力条件下的水-岩作用特征进行实验的模拟库水压力状态下水-岩作用机理实验仪。
本实用新型的目的是这样实现的：一种模拟库水压力状态下水-岩作用机理实验仪，包括实验仪壳体，壳体上部设有盖板，下部设有底座，在壳体内设有试样托架，盖板上设有进水口和放气螺栓，压力气囊置于壳体内，压力气囊通过气囊进气阀与压力控制系统连接，取水样口与壳体内部相通。风叶轮安装在壳体下部，与电机连接。在盖板和底座之间设有由加固螺栓固定的加固杆。压力气囊为中空环状结构。压力控制系统包括储气瓶，储气瓶与压力表之间设有放气阀，气压调节阀与压力表连接，气压调节阀通过连接管与气囊进气阀连接。
本实用新型的提供的模拟库水压力状态下水-岩作用机理实验仪，该仪器的压力室的水压力由外接压力控制器进行控制，可以实现模拟岩石和水在不同水压力条件下的相互作用；同时实验仪设置有动、静水控制装置，模拟库水的扰动；设置水样采集口，可以方便获取水样，以便进行水溶液分析。
本实用新型还具有结构简单、易操作、安全可靠的特点；可以模拟在库水压力状态下岩石的溶解特性，为研究大型水库库岸再造机理提供了实验平台；同时还可以模拟岩石在动水压力状态下的崩解过程，配合岩石力学损伤实验研究，进一步明确在动水压条件下岩石力学损伤机理，为库岸防护以及地质灾害预测预报提供可靠的实验数据。
利用该仪器设备目前已经完成100多个岩样的分析研究工作，取得了很好的研究效果，下面结合实验过程和取得的实验结果说明如下：
岩石浸泡一个月之后获取的水样分析表明，在库水压力条件下，岩石的溶解度发生了重大变化，相比在0压力条件下，Ca离子溶解度增大了近4倍(增加量为5.0ppm)；Si离子溶解度发生相反的变化，相应减小0.03ppm；其它离子同样发生了相应的变化(表1)。这种变化对研究库区地质环境变化以及水环境变化趋势具有重要意义。
表1  岩石浸泡一个月之后水样分析结果
  水样编号   岩性   压力状态 Ca(ppm) Mg(ppm) Na(ppm) K(ppm) Si(ppm)
  1   (原始水样)   38.16   8.92   9.81   2.03   3.24
  2   灰白色粗砂岩   0.0Mp 39.74 12.43 2.54 3.00
  3   灰白色粗砂岩   0.8Mp 44.67 12.70 2.47 2.77
岩石浸泡1-3个月之后力学强度明显变化，变化的结果并不是水压力越高压实抗压强度越低，相反出现了升高的特征，这种现象与常规实验结果正好相反，表明在水压力状态下岩石的崩解过程(力学损伤)可能比预想的复杂。
表2  岩样单轴压缩结果
Figure GSA00000016068100021
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明压力控制系统原理图。
具体实施方式
如图1和图2所示，一种模拟库水压力状态下水-岩作用机理实验仪，包括实验仪壳体1，其特征在于：壳体1上部设有盖板2，下部设有底座3，在壳体1内设有试样托架4，盖板2上设有进水口5和放气螺栓7，压力气囊8置于壳体1内，压力气囊8通过气囊进气阀16与压力控制系统9连接，取水样口6与壳体1内部相通。风叶轮10安装在壳体1下部，与电机11连接。压力气囊8为中空环状结构。
在盖板2和底座3之间设有由加固螺栓12固定的加固杆13。
压力控制系统9包括储气瓶20，储气瓶20与压力表17之间设有放气阀18，气压调节阀19与压力表17连接，气压调节阀19通过连接管与气囊进气阀16连接。
本发明的工作原理如下：
首先将制备好的岩样14放入由壳体1、盖板2以及底座3等构成的水压力室15内，分层直立或横卧摆放；
盖上盖板2并将加固螺栓12拧紧，固定好；
通过进水口5向水压力室15内注水，注水期间将放气螺栓7打开，将水压力室15内空气排除，直至水漫出进水口5后，封闭进水口，拧紧放气螺丝7。
将压力气囊8与外部压力控制系统9连接，控制系统9的储气瓶20采用充有氮气的气瓶，开启储气瓶16总开关，气源的压力表17显示氮气瓶压力值，关闭气囊进气阀16，打开放气阀18检测是否有气流流出，之后关闭放气阀18，缓慢旋转气压调节阀19，当压力表17上显示的压力达到实验所需要的压力后，打开气囊进气阀16向气囊8充气，此时通过外部压力系统将稳定的实验所需压力通过放置于水压力室底部的压力气囊8传递给水，形成与外部压力系统一致对等的压力，保证水-岩作用是在相应的实验压力条件下进行。
完成一个实验周期之后(实验流程要求)，获取资料之前，首先储气瓶20总开关，放开压力调节阀19、放气阀18和放气螺丝7，使残余气体放出。之后首先获取水样，打开取水样口6放水样采集口，获取足够水样供分析。打开加固螺栓12和盖板2取出岩样做相应分析。
以上流程为静水状态，如需作动水状态实验，只需在实验过程中打开总控电源，使电机11工作，带动风叶轮10转动即可模拟动水条件。

Claims (5)

1.一种模拟库水压力状态下水-岩作用机理实验仪，包括实验仪壳体(1)，其特征在于：壳体(1)上部设有盖板(2)，下部设有底座(3)，在壳体(1)内设有试样托架(4)，盖板(2)上设有进水口(5)和放气螺栓(7)，压力气囊(8)置于壳体(1)内，压力气囊(8)通过气囊进气阀(16)与压力控制系统(9)连接，取水样口(6)与壳体(1)内部相通。
2.根据权利要求1所述的模拟库水压力状态下水-岩作用机理实验仪，其特征在于：风叶轮(10)安装在壳体(1)下部，与电机(11)连接。
3.根据权利要求1所述的模拟库水压力状态下水-岩作用机理实验仪，其特征在于：在盖板(2)和底座(3)之间设有由加固螺栓(12)固定的加固杆(13)。
4.根据权利要求1所述的模拟库水压力状态下水-岩作用机理实验仪，其特征在于：压力气囊(8)为中空环状结构。
5.根据权利要求1所述的模拟库水压力状态下水-岩作用机理实验仪，其特征在于：压力控制系统(9)包括储气瓶(20)，储气瓶(20)与压力表(17)之间设有放气阀(18)，气压调节阀(19)与压力表(17)连接，气压调节阀(19)通过连接管与气囊进气阀(16)连接。
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