[发明专利]围岩裂隙水对缓冲材料侵蚀过程影响研究的装置及方法

权利要求书

1.围岩裂隙水对缓冲材料侵蚀过程影响研究的装置，其特征在于，包括压力/体积控制器、纯水/溶液转换器、试验岩心、加压结构和回收结构；缓冲材料试样设置于所述试验岩心内，所述试验岩心设置于所述加压结构内，所述纯水/溶液转换器一端与所述压力/体积控制器相连通，所述纯水/溶液转换器另一端与所述试验岩心的一端相连通，所述回收结构用于回收所述试验岩心另一端流出的溶液。

2.根据权利要求1所述的围岩裂隙水对缓冲材料侵蚀过程影响研究的装置，其特征在于，所述试验岩心包括岩石、堵块、透水垫块和密封套；所述岩石内部一端设置有已知开度的裂隙，所述岩石内部另一端设置有中空腔体，所述裂隙与所述中空腔体相连通，所述缓冲材料试样设置于所述中空腔体内，所述堵块设置于所述中空腔体远离所述裂隙的一端；所述岩石两端分别设置有一所述透水垫块，所述密封套设置于所述岩石外部；所述纯水/溶液转换器一端与靠近所述堵块一侧的所述透水垫块相连通；所述回收结构与靠近所述裂隙一侧的所述透水垫块相连通。

3.根据权利要求1所述的围岩裂隙水对缓冲材料侵蚀过程影响研究的装置，其特征在于，所述加压结构包括密封壳体、供气机构、左底座和右底座；所述左底座设置于所述密封壳体内部的左侧壁上，所述右底座通过螺栓与所述左底座相连接；所述试验岩心设置于所述左底座与所述右底座之间；所述供气机构与所述密封壳体内部相连通。

4.根据权利要求3所述的围岩裂隙水对缓冲材料侵蚀过程影响研究的装置，其特征在于，所述密封壳体上设置有气压表。

5.根据权利要求3所述的围岩裂隙水对缓冲材料侵蚀过程影响研究的装置，其特征在于，所述密封壳体上设置有安全阀。

6.根据权利要求3所述的围岩裂隙水对缓冲材料侵蚀过程影响研究的装置，其特征在于，所述供气机构包括氮气瓶。

7.根据权利要求1所述的围岩裂隙水对缓冲材料侵蚀过程影响研究的装置，其特征在于，所述缓冲材料试样为钠基膨润土块，其含水量为15％，密度为1.6g/cm³。

8.根据权利要求1所述的围岩裂隙水对缓冲材料侵蚀过程影响研究的装置，其特征在于，所述回收结构包括集液瓶。

9.根据权利要求1所述的围岩裂隙水对缓冲材料侵蚀过程影响研究的装置，其特征在于，所述纯水/溶液转换器包括顶盖、底座、水仓和隔水膜；所述水仓设置于所述顶盖与所述底座之间，所述隔水膜设置于所述水仓中部，所述顶盖上设置有排气孔和出水孔，所述底座上设置有进水孔，所述进水孔与所述压力/体积控制器相连通，所述出水孔与所述试验岩心相连通。

10.根据权利要求1-9任一项所述的围岩裂隙水对缓冲材料侵蚀过程影响研究的装置的方法，其特征在于，主要包括以下步骤：

第一步，选取有明显沿长度方向贯通裂隙的花岗岩岩心，截取10cm，从一端钻孔，孔直径3cm，深度6.5cm；或，选取完整岩心，截取10cm，在中部钻出φ3cm×6.5cm的中空腔体，随后沿长度方向切割成相同的两部分；

第二步，使用三维激光扫描仪获取天然/人工裂隙表面形貌；

第三步，称取含水率15％的钠基膨润土粉末，在压力机上用特制压实模具制备φ3cm×3cm圆柱形膨润土块，干密度1.6g/cm³；将膨润土块放入岩心内的中空腔体，使用花岗岩堵块填充岩心上方空隙；

第四步，打开密封壳体，将密封套套在岩心外表面，使用扎带将密封套两端固定在左底座和右底座顶端；左底座和右底座用不锈钢螺栓固定在试验腔体上；组装密封壳体并密封；

第五步，连接供气机构与密封壳体，充气检查连接管路及密封壳体的气密封，如发现漏气要及时处理；将密封壳体内部气压加至不小于4000kPa,使密封套紧贴岩石外表面；

第六步，打开纯水/溶液转换器的排气孔，使用蠕动泵或注射器将试验溶液经由出水孔注入上部水仓，直至试验溶液溢出排气孔，关闭排气孔；

第七步，操作压力/体积控制器吸满纯水，连接压力/体积控制器、纯水溶液转换器、加压机构，连接加压机构与回收机构；

第八步，使用压力/体积控制器经由纯水/溶液转换器的出水孔将试验溶液压入试验岩心，水流速度的范围为0.01～1mL/min；试验过程中持续记录水压变化；

第九步，每24h更换一次集液瓶；收集的侵蚀液震荡均匀后测定浊度、电导率、pH值后在105℃下烘干至恒重；

第十步，当72小时内测定的侵蚀液浊度均小于0.1NTU时认为试验已达到平衡，结束进液；降低密封壳体内的气压至大气压力，打开密封壳体；

第十一步，打开岩心测量膨润土挤入裂隙的深度，并再次扫描裂隙表面形貌，与试验前进行对比；

第十二步，分析水流速度、水压力、裂隙形貌与膨润土挤入裂隙距离、侵蚀量的关系，掌握钠基膨润土在花岗岩裂隙水侵蚀条件下的封堵及抗侵蚀性能。