一種溶蝕試驗(yàn)裝置及其實(shí)現(xiàn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明設(shè)及一種溶蝕試驗(yàn)裝置及其實(shí)現(xiàn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 溶蝕，也稱溶出性侵蝕，其是指巖石中任何組成部分如顆粒、雜基、膠結(jié)物W及交 代物等在地層水或有機(jī)酸或碳酸等溶劑作用下溶于水的地質(zhì)作用。通常，將地面水或地下 水對(duì)巖石中可溶性物質(zhì)進(jìn)行溶解和搬移的作用定義為溶蝕作用。
[0003] 在現(xiàn)代工程中，如地下建筑、大巧基礎(chǔ)、交通隧道或者其他巖±體(如混凝±)，溶 蝕現(xiàn)象非常普遍，并已成為建筑巖±體耐久性研究領(lǐng)域關(guān)注的焦點(diǎn)問(wèn)題之一。在石灰?guī)r地 區(qū)，溶蝕作用表現(xiàn)最為顯著。
[0004] 目前，工程界對(duì)溶蝕現(xiàn)象的研究已經(jīng)比較成熟，但普遍缺乏深度，大多是測(cè)定灰?guī)r 的溶蝕量，并進(jìn)行溶蝕度分析;對(duì)于地下水動(dòng)力學(xué)參數(shù)與巖溶分形特征之間的相關(guān)性，則尚 無(wú)相關(guān)數(shù)學(xué)模型見(jiàn)報(bào)道，而運(yùn)也為深入研究巖溶發(fā)育程度帶來(lái)了很大的困難。因此，設(shè)計(jì)一 種新型的溶蝕試驗(yàn)裝置，為巖溶發(fā)育程度的水化學(xué)動(dòng)力學(xué)一分形指數(shù)評(píng)價(jià)數(shù)學(xué)模型的建立 奠定理論基礎(chǔ)，便成為本領(lǐng)域技術(shù)人員亟需解決的主要問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為解決上述現(xiàn)有技術(shù)的問(wèn)題，本發(fā)明提供了 一種溶蝕試驗(yàn)裝置及其實(shí)現(xiàn)方法。
[0006] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：
[0007] -種溶蝕試驗(yàn)裝置，包括溶蝕水供應(yīng)裝置、恒溫水浴床、溶蝕管、恒溫水浴槽W及 恒溫水供應(yīng)裝置，其中：
[0008] 溶蝕水供應(yīng)裝置，用于提供配制好的溶蝕水；
[0009] 恒溫水浴床，采用封閉式結(jié)構(gòu)，與溶蝕水供應(yīng)裝置連接，用于對(duì)溶蝕水進(jìn)行加熱或 降溫，并保持恒溫狀態(tài)；
[0010] 溶蝕管，放置在恒溫水浴槽中，用于放置巖石試件，W使加熱或降溫后的恒溫溶蝕 水與巖石試件進(jìn)行溶蝕反應(yīng)，然后收集反應(yīng)后的溶蝕液；
[0011] 恒溫水浴槽，用于對(duì)溶蝕管進(jìn)行加熱或降溫至與溶蝕水溫度相同，并保持恒溫狀 態(tài)；
[0012] 恒溫水供應(yīng)裝置，用于分別向恒溫水浴床和恒溫水浴槽供應(yīng)恒溫水，W使恒溫水 浴床對(duì)溶蝕水進(jìn)行加熱或降溫，使恒溫水浴槽對(duì)溶蝕管進(jìn)行加熱或降溫。
[0013] 進(jìn)一步地，本發(fā)明還包括通過(guò)管道與溶蝕管連通的真空累。
[0014] 具體地說(shuō)，所述溶蝕水供應(yīng)裝置包括供水箱，進(jìn)水口與該供水箱出水口連接的溶 蝕水儲(chǔ)存箱，W及與該溶蝕水儲(chǔ)存箱進(jìn)氣口連接的二氧化碳鋼瓶;所述溶蝕水儲(chǔ)存箱出水 口與恒溫水浴床連接。
[0015] 再進(jìn)一步地，所述溶蝕水儲(chǔ)存箱還分別連接有一排氣閥和一 pH值檢測(cè)裝置。
[0016] 具體地說(shuō)，所述恒溫水供應(yīng)裝置包括溫控系統(tǒng)，與該溫控系統(tǒng)連接的恒溫水箱，W 及累入口與該恒溫水箱出水口連接的水累;所述恒溫水箱進(jìn)水口同時(shí)與恒溫水浴床和恒溫 水浴槽連接;所述水累的累出口同時(shí)與恒溫水浴床和恒溫水浴槽連接。
[0017] 基于上述結(jié)構(gòu)，本發(fā)明還提供該溶蝕試驗(yàn)裝置的實(shí)現(xiàn)方法，包括W下步驟：
[0018] (1)同時(shí)通入水和二氧化碳混合，并調(diào)節(jié)水和二氧化碳的混合比例，使二者發(fā)生反 應(yīng)，配制出抑為6.5~8.0的碳酸水，即得到溶蝕水；
[0019] (2)將溶蝕水加熱或降溫至60~5°C，并保持恒溫狀態(tài)；
[0020] (3)采用靜態(tài)溶蝕的方式，使溶蝕水與巖石試件接觸，發(fā)生溶蝕反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間為6 ~7天；
[0021] (4)收集發(fā)生溶蝕反應(yīng)后得到的溶蝕液，然后測(cè)定巖石試件的重量變化，計(jì)算巖石 試件單位體積溶蝕度或單位面積溶蝕度，并對(duì)巖石試件溶蝕前后的微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行對(duì)比分 析;同時(shí)，對(duì)溶蝕液進(jìn)行常規(guī)水化學(xué)成分分析；
[0022] (5)根據(jù)溶蝕液的常規(guī)水化學(xué)成分分析結(jié)果，計(jì)算相應(yīng)的水動(dòng)力學(xué)參數(shù)，得到微觀 溶蝕形態(tài)與水化學(xué)動(dòng)力學(xué)參數(shù)的關(guān)系。
[0023] 作為優(yōu)選，所述步驟(1)中的水為去離子水，且碳酸水的pH值為7.0。
[0024] 作為優(yōu)選，所述步驟(2)中，將溶蝕水加熱或降溫至25°C。
[0025] 進(jìn)一步地，所述步驟(3)中，溶蝕水與巖石在60~5°C的恒溫環(huán)境下發(fā)生溶蝕反應(yīng)。
[0026] 本發(fā)明的設(shè)計(jì)原理在于，根據(jù)隧道工程所處的環(huán)境條件，從地下水動(dòng)力學(xué)參數(shù)和 水化學(xué)環(huán)境條件進(jìn)行考慮，選定Ξ個(gè)主要影響因素與試驗(yàn)工況設(shè)計(jì)，即：溶蝕水的pH值、溫 度和流速，然后在此參數(shù)條件下，利用水與二氧化碳反應(yīng)得到碳酸水(溶蝕水），并促使其與 不同成分的巖石試件進(jìn)行溶蝕反應(yīng)，得到相應(yīng)巖石試件的單位體積(面積)溶蝕度、巖石試 件溶蝕前后的微觀結(jié)構(gòu)W及溶蝕作用后收集的溶蝕液的常規(guī)水化學(xué)成分分析結(jié)果，繼而得 到溶蝕液的水化學(xué)動(dòng)力學(xué)參數(shù)，并最終模擬出地下水動(dòng)力學(xué)參數(shù)與巖溶分形特征之間的相 關(guān)性。
[0027] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有W下有益效果：
[0028] (1)本發(fā)明通過(guò)設(shè)置溶蝕水供應(yīng)裝置、恒溫水浴床、溶蝕管、恒溫水浴槽和恒溫水 供應(yīng)裝置，從而通過(guò)控制溶蝕水的pH值、溫度及流速，可實(shí)現(xiàn)地下水對(duì)巖石溶蝕作用的模 擬，從而得到典型巖溶隧道不同成分灰?guī)r在特定環(huán)境條件下的溶蝕量、溶蝕作用前后的微 觀結(jié)構(gòu)對(duì)比及溶蝕作用后的水化學(xué)分析。本發(fā)明設(shè)計(jì)合理、模擬真實(shí)度和試驗(yàn)精度高、可靠 性強(qiáng)，其很好地為巖溶發(fā)育程度的水化學(xué)動(dòng)力學(xué)一分形指數(shù)評(píng)價(jià)數(shù)學(xué)模型的建立奠定了理 論基礎(chǔ)。
[0029] (3)本發(fā)明設(shè)置了真空累，可在試驗(yàn)開(kāi)始前對(duì)溶蝕管進(jìn)行抽真空處理，從而進(jìn)一步 提高試驗(yàn)的準(zhǔn)確性和模擬的真實(shí)性。
[0030] (4)本發(fā)明還分別設(shè)置了pH值檢測(cè)裝置和排氣閥，可實(shí)現(xiàn)對(duì)溶蝕水抑值及溶蝕水 儲(chǔ)存箱內(nèi)氣體壓力的實(shí)時(shí)監(jiān)控和控制，有效確保試驗(yàn)的安全性，并為后續(xù)溶蝕反應(yīng)的順利 進(jìn)行及原始數(shù)據(jù)的獲取提供強(qiáng)有力的保障。
[0031] (5)本發(fā)明實(shí)用性和可操作性強(qiáng)，因而具有廣泛的應(yīng)用前景，非常適合大規(guī)模推廣 應(yīng)用。
【附圖說(shuō)明】
[0032] 圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0033] 其中，附圖標(biāo)記對(duì)應(yīng)的部件名稱為：
[0034] 1-供水箱，2-溶蝕水儲(chǔ)存箱，3-二氧化碳鋼瓶，4-恒溫水浴床，5-溶蝕管，6-巖石試 件，7-恒溫水浴槽，8-恒溫系統(tǒng)，9-恒溫水箱，10-水累，11-真空累。
【具體實(shí)施方式】
[0035] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，本發(fā)明的實(shí)施方式包括但不限于 下列實(shí)施例。
[0036] 實(shí)施例
[0037] 如圖1所示，本發(fā)明提供了一種溶蝕試驗(yàn)裝置，用于研究不同成分灰?guī)r在水化學(xué)動(dòng) 力學(xué)參數(shù)和微觀結(jié)構(gòu)兩方面的溶蝕特征及溶蝕作用機(jī)理，從而得到地下水動(dòng)力學(xué)參數(shù)與巖 溶分形特征之間的相關(guān)性。本發(fā)明包括溶蝕水供應(yīng)裝置、恒溫水浴床4、溶蝕管5、恒溫水浴 槽7W及恒溫水供應(yīng)裝置。
[0038] 所述溶蝕水供應(yīng)裝置用于提供配制好的溶蝕水，其包括供水箱1，進(jìn)水口與該供水 箱1出水口連接的溶蝕水儲(chǔ)存箱2，W及與該溶蝕水儲(chǔ)存箱2進(jìn)氣口連接的二氧化碳鋼瓶3; 所述溶蝕水儲(chǔ)存箱2出水口與恒溫水浴床4連接。
[0039] 所述恒溫水浴床4采用封閉式結(jié)構(gòu)，用于對(duì)溶蝕水進(jìn)行加熱（或降溫)并保持恒溫 狀態(tài)。所述溶蝕管5放置在恒溫水浴槽7中，用于放置巖石試件，W使加熱(或降溫)后的恒溫 溶蝕水與巖石試件進(jìn)行溶蝕反應(yīng)，然后收集反應(yīng)后的溶蝕液。所述恒溫水浴槽則用于對(duì)溶 蝕管進(jìn)行加熱(或降溫)至與溶蝕水溫度相同，并保持恒溫狀態(tài)。
[0040] 所述恒溫水供應(yīng)裝置用于分別向恒溫水浴床4和恒溫水浴槽7供應(yīng)恒溫水，W使恒 溫水浴床對(duì)溶蝕水進(jìn)行加熱（或降溫），使恒溫水浴槽對(duì)溶蝕管進(jìn)行加熱（或降溫）。該恒溫 水供應(yīng)裝置包括溫控系統(tǒng)8，與該溫控系統(tǒng)8連接的恒溫水箱9，W及累入口與該恒溫水箱9 出水口連接的水累10;所述恒溫水箱9進(jìn)水口同時(shí)與恒溫水浴床4和恒溫水浴槽7連接;所述 水累10的累出口同時(shí)與恒溫水浴床4和恒溫水浴槽7連接。
[0041 ]下面對(duì)本發(fā)明的試驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行詳細(xì)介紹。
[0042] 在溶蝕管5中放入一巖石試件6,并連接好各個(gè)部件并進(jìn)行調(diào)試，確保各個(gè)部件均 能正常工作，并且能夠有效控制。
[0043] 試驗(yàn)開(kāi)始前，先對(duì)溶蝕管5進(jìn)行抽真空處理，保證試驗(yàn)的準(zhǔn)確性。具體做法是，利用 管道將溶蝕管5與一真空累11連接，然后啟動(dòng)真空累11對(duì)溶蝕管5進(jìn)行抽真空處理。
[0044] 抽真空后，開(kāi)啟相關(guān)閥口，利用供水箱1和二氧化碳鋼瓶3分別溶蝕水儲(chǔ)存箱2中通 入水和二氧化碳?xì)怏w。水和二氧化碳?xì)怏w在溶蝕水儲(chǔ)存箱2中混合并發(fā)生反應(yīng)，生成碳酸水 (即溶蝕水），本實(shí)施例優(yōu)選采用去離子水與二氧化碳?xì)怏w發(fā)生反