[发明专利]一种软岩电化学改性的渗滤式试验装置及方法

说明书

本发明属于软岩的电化学改性试验领域，具体涉及一种软岩电化学改性的渗滤式试验装置及方法，解决了电化学改性试验过程中电极附近区域电解液发生电解反应，电极阳极在酸性条件下发生氧化反应造成腐蚀严重的问题，包括试验装备和基于试验装置的试验方法，其中试验装置为经过组合的渗滤式溶液室和样品室，渗滤式溶液室远离样品室的一端设置有方板，样品室、渗滤式溶液室和方板固定成整体。本发明结构简单、性能可靠、操作方便，实验现象易于观察记录，安全性高，具有广泛的实用性。通过该装置能够有效降低电化学试验过程中电解液电解产生的极端pH值对电极片和岩样的腐蚀作用，进而有效提高了试验装置和结果的可靠性。

技术领域

本发明属于软岩的电化学改性试验领域，具体涉及一种软岩电化学改性的渗滤式试验装置及方法。

背景技术

矿产资源开发和岩土工程建设中，经常会遇到一种不良岩体－软岩，这种岩体往往含有大量黏土矿物，通常为蒙脱石族、伊利石族和高岭石族等三大类，在这三类中又以蒙脱石族的性能最差，它是一种物理化学性质极端活泼的矿物，极易吸水膨胀，产生膨胀应力使处于这类岩层中的巷道和硐室产生大变形；且吸水后岩石强度迅速降低甚至泥化，导致岩体失稳而坍塌，造成安全事故，危及人身安全。

目前，常用的软岩工程稳定性控制途径与方法多为锚喷加固、强力棚式支护、砌碹或封闭混凝土拱，以及这几种方式相结合衍生出的各类支护方式，研究重点多放在已破碎或软化崩解的软岩的加固上，只是从力的平衡角度进行加固。对煤系软岩而言，由于其独特的物理化学性质，使其对温度、湿度、应力和地下水等环境因素极为敏感，特别是湿度条件变化时，软岩的性质和状态会发生很大变化，产生水化膨胀、碎胀扩容、强度降低等。此时，传统的支护方式由于支护系统不能承受巨大的膨胀和碎胀应力，而锚固系统又没有足够的着力点，加固的软岩工程往往只能维持一段时间，需要经常返修，返修量和费用很大。

发明专利（2008100484894）公开了一种软岩的电化学加固方法，其基本原理是采用人工方法对泥岩施加直流电场，在电场作用下泥岩内部带电离子发生定向移动，从而使泥岩的物质成分和结构发生改变，吸水膨胀性降低，强度提高，产生不可逆转的固化。但由于对泥岩吸水膨胀性、电化学加固效果以及实际施工过程中所需电流、电压、电解液、加电时机和加电时间等参数认识不清，造成施工的盲目性，使得该方法在工程实践中难以推广应用。

发明专利（2009100737801）公开了一种电化学改变软岩膨胀性的试验装置，其基本原理是测试不同电解液和电场作用下软岩的膨胀性能，形成不同条件下软岩的膨胀特征曲线，通过对比这些曲线得出不同电解液、电场作用下软岩的膨胀性差异，用以解读电化学方法对软岩膨胀性的抑制作用。但由于试验过程中电极附近区域电解液发生电解反应，使阳极周围区域呈酸性，电极阳极在酸性条件下发生氧化反应，腐蚀严重，制约该装置的使用。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种软岩电化学改性的渗滤式试验装置及方法，试验时将软岩岩样置于阴阳极溶液室之间，阴阳极溶液室均由三个相互间由纤维素过滤器隔开的独立小室组成，为防止电化学作用过程中电解液电解产生的极端pH值(阳极酸性pH降低，阴极碱性pH升高)影响岩样，中间小室填充pH缓冲材料，试验结束后，对岩样进行常规物理力学特征实验，对比得出不同电解液、电场作用下软岩物理力学特征的变化，为软岩电化学改性的工程实践提供基础的试验数据。