一种酸性水垂直渗流与岩层发生酸性侵蚀反应的试验装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术提供了一种酸性水垂直渗流与岩层发生酸性侵蚀反应的试验装置，涉及地表岩体物理化学技术领域。该装置分为三个部分，环境模拟部分，包括一个氮气瓶和酸性溶液装置容器。水岩反应部分，上壳体内腔设计成近似扁平锥体，在锥体底部与出水口相连；下壳体内腔设计成一端为圆锥形内部带台阶的圆柱形腔顶部与进水口相连。上下壳体通过法兰盘和螺栓连接。在下壳体内腔靠近出水口处依次设置不锈钢多孔过水钢片和出水端渗透膜。水样测试部分，包括两套依次连接在一级和二级反应装置后出水口的电子压力计、三通阀门，和与阀门相连的水样采集器和放在电子称上的量筒，以及三级反应装置后与出水口相连的三通阀门和水样采集器。主要用于水岩化学分析。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本技术提供了一种酸性水垂直渗流与岩层发生酸性侵蚀反应的试验装置，涉及地表岩体物理化学
。该装置分为三个部分，环境模拟部分，包括一个氮气瓶和酸性溶液装置容器。水岩反应部分，上壳体内腔设计成近似扁平锥体，在锥体底部与出水口相连；下壳体内腔设计成一端为圆锥形内部带台阶的圆柱形腔顶部与进水口相连。上下壳体通过法兰盘和螺栓连接。在下壳体内腔靠近出水口处依次设置不锈钢多孔过水钢片和出水端渗透膜。水样测试部分，包括两套依次连接在一级和二级反应装置后出水口的电子压力计、三通阀门，和与阀门相连的水样采集器和放在电子称上的量筒，以及三级反应装置后与出水口相连的三通阀门和水样采集器。主要用于水岩化学分析。【专利说明】一种酸性水垂直渗流与岩层发生酸性侵蚀反应的试验装置
本技术涉及地表岩体物理化学
，属于岩样渗透性和微观结构形态以及渗流溶液进行测试分析的装置。
技术介绍
目前，我国环境污染相当严重，因次生环境问题引起的酸雨等环境问题使雨水、河水和湖水中化学物质增加，环境酸化(pH〈5.6)问题越来越严重。酸化环境对岩土体侵蚀作用是微观的、长期的，可影响岩体各个时期的力学特性，随着工程运营时间增加，问题将越来越突出。因此，开展酸性降雨对岩体矿物化学成分影响从而造成的力学强度变化机理的相关研究，对岩土体受到物理化学侵蚀引起工程性能变化和工程安全及其评估具有十分重要的意义。前期研究表明，渗流作用是涉及孔隙水渗流、可搬运细微颗粒迁移和多孔介质变形的多相耦合系统。孔隙水在岩土体骨架渗流，对岩体内部可运动细微颗粒产生冲刷、搬运作用。过去的研究成果主要集中在渗流-侵蚀-应力耦合效应上，从岩土体微观结构形态和力学强度变化方面对渗流影响进行分析。从宏观上看，岩体内渗流具有非均匀性和各向异性，在裂隙发育的位置渗流破坏严重，并呈一定的方向性；从微观上看，裂隙的几何尺寸特征和裂隙内填充物质的物理力学性质是渗流破侵蚀的重要影响因素。但是现有的渗流试验装置常忽略了入渗溶液对岩体材料的化学侵蚀效应，有的装置未考虑入渗溶液与岩体所含矿物化学成分发生反应引起的岩土体矿物成分、孔隙尺寸结构(孔隙率)、水力特征(渗透率)、物理特征(有效反应比表面积)、力学特性(抗压抗剪强度等)的变化。因此，本实验装置更全面的考虑到渗流侵蚀过程水岩化学作用对于岩体性质劣化产生的影响，为酸雨地区地表岩体工程特性分析和治理手段提供了重要的理论依据和技术支持。针对现有技术的不足，设计一种可。该装置可直接采用各类型的岩体试样与含化学溶质的水溶液进行化学作用来研究岩体在水岩化学作用下的化学劣化过程及机理。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种酸性水垂直渗流与岩层发生酸性侵蚀反应的试验装置，它能有效地模拟含不同成分水溶液与岩体发生化学作用的水岩化学作用。本技术的目的是通过以下技术方案来实现:一种酸性水垂直渗流与岩层发生酸性侵蚀反应的试验装置，分别由环境条件模拟部分、水岩反应部分、水样测试部分组成，氮气瓶与酸性溶液容器的连接管路中按序设有指针压力计、电子压力计和蝶形螺栓，酸性溶液容器的底部设有带阀门的管路连接一级反应装置的进水口 ；水岩反应部分包括:一级反应装置由上壳体和下壳体组装而成，上壳体内腔的一端为扁平锥体形且内部带台阶的圆柱形腔，台阶处放置岩样，圆柱形腔顶部与出水口相连；下壳体内腔为锥体，锥体底部与进水口相连，上壳体内腔直径略大于下壳体直径，上壳体底部沿周边设有螺孔，下壳体下部设有与法兰盘配合的螺栓孔，上壳体和下壳体通过法兰盘和螺栓连接，在法兰盘上可放置密闭垫圈。下壳体中部表面设有圆环状凹槽，凹槽内设有密垫圈；在上壳体内腔靠近出水口处依次设置不锈钢多孔过水钢片和出水端渗透膜；水样测试部分包括:包括其它两套依次连接在一级反应装置后面的二级反应装置和三级反应装置，它们的出水口均设有电子压力计和三通阀门，三通阀门的一端接一级反应装置的出水口，一端接二级反应装置的进水口，另一端连接连的水样采集器和放在电子天平上的量筒；一级和二级反应装置的结构和连接方式一致；三级反应装置出水口处的三通阀门两个出水口分别直接与水样采集器和放置在电子天平上的量筒连接。所述下壳体内腔设有石英质渗透膜。所述岩样的两端设有胶圈，胶圈的前后设有密闭胶圈和密闭胶圈。所述氮气瓶(I)与容器之间通过高压管路连接。本技术中:环境条件模拟部分可以由高压氮气瓶通过阀门与酸性溶液装置容器相连，容器中溶液可分别设置为pH=2、pH=5、pH=7不同酸度的硫酸溶液，其中pH=7的溶液为去离子水溶液作为空白对照组试验。试验开始时，氮气瓶中的气体由容器顶部进入瓶中，设置酸性溶液容器内气体压力恒定(0.3-0.6MPa之间)。水岩反应部分为酸性水入渗反应装置中的核心部分，主要是为了保证酸性溶液与岩体充分进行物理化学作用。装置要求具有良好的密闭性，以保证装置中的液体只可垂直渗透穿过岩样，不会从岩样侧面发生泄漏。工作过程是:试验时，首先将岩体试样防酸腐蚀胶圈套在圆形岩样周边并放入装置中；酸性溶液从左侧进水口进入装置后，与岩样全面充分的接触，发生酸性侵蚀作用；反应后的液体经渗透膜过滤，液体从装置出水口流出，进入下一级的测试装置。不锈钢多孔钢板放置在最靠近出水口的内腔台阶上，其作用是使岩体试样在试验中均衡受力而不变形破损，多孔钢板需具有一定的抗压强度和耐化学腐蚀性能力；石英质渗透膜的作用是保证与岩体试样反应后的溶液流出分析时不受溶液中溶解的固体颗粒影响。进水口、出水口的锥形设计有利于减小反应容器中的静容积，缩短溶液流出时间。上、下部分圆柱体容器应有足够大的强度。在出水口外侧设置电子压力计以及三通阀门，以便控制酸性溶液与岩样作用后水溶液进行各种物理化学测试工作。水样测试部分主要由电子压力计、高精度电子天平和量筒组成，量筒的进水口处最好有量筒盖，以减少水分的蒸发，通过读取一定时间内酸性溶液的流量来计算岩样在酸性溶液侵蚀下渗透系数的变化。电子压力计用于测量每一级岩样与酸性溶液反应后在管道中的压力，通过三通阀门出水口的改变，可以通过流量计算的渗透系数和压力差变化算出溶液在各级岩样内部的渗流速度。本技术的优点是:本装置具有模拟不同酸浓度(如H2SO4)对不同埋藏深度岩体的侵蚀作用，通过对水岩作用后的溶液化学成分、PH值、电导率EC和岩石、渗透系数等参数的变化测试，以及入渗侵蚀岩石表面微观结构形态变化观察，为研究酸雨地区地表酸雨入渗过程对于含碳酸盐矿物等易与酸反应的岩层水岩侵蚀作用和酸性弱化机理提供重要试验依据。【专利附图】【附图说明】图1为本技术整体布局示意图图2为本技术反应装置的上壳体剖视图图3为本技术反应装置的下壳体剖视图图4为本技术反应装置的下壳体俯视图【具体实施方式】:为进一步阐述本技术所采用的技术手段，下面结合附图对具体实施说明如下。一种酸性水垂直渗流与岩层发生酸性侵蚀反应的试验装置，分别由环境条件模拟部分、水岩反应部分、水样测试部分组成，高压氮气瓶I与酸性溶液容器5的连接管路中按序设有指针压力计2、电子压力计3和蝶形螺栓4，酸性溶液容器5的底部设有带阀门6的管路连接一级反应装置7的进水口 ；水岩反应部分包括:一级反应装置7由上壳体14和下壳体27组装而成，上本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种酸性水垂直渗流与岩层发生酸性侵蚀反应的试验装置，分别由环境条件模拟部分、水岩反应部分、水样测试部分组成，其特征在于：氮气瓶（1）与酸性溶液容器（5）的连接管路中按序设有指针压力计（2）、电子压力计（3）和蝶形螺栓（4），酸性溶液容器（5）的底部设有带阀门（6）的管路连接一级反应装置（7）的进水口（25）；?水岩反应部分包括：一级反应装置（7）由上壳体(14)和下壳体(27)组装而成，上壳体(14)内腔的一端为扁平锥体形且内部带台阶的圆柱形腔，台阶处放置岩样（19），圆柱形腔顶部与进水口(25)相连；下壳体(27)内腔为锥体，锥体底部与出水口(22)相连，上壳体(14)内腔直径略大于下壳体(27)直径，上壳体底部沿周边设有螺孔（21），下壳体(27)下部设有与法兰盘（26）配合的螺栓孔(21)，上壳体(14)和下壳体(27)通过法兰盘（26）和螺栓连接；下壳体(27)中部表面设有圆环状凹槽构造，凹槽内设有密垫圈(24)；在上壳体内腔靠近出水口（22）处依次设置不锈钢多孔过水钢片（15）和出水端渗透膜（16）；?水样测试部分包括：两套依次连接在一级反应装置（7）后面的二级反应装置（8）和三级反应装置（9），它们的出水口均设有电子压力计和三通阀门（10），三通阀门（10）的一端接一级反应装置（7）的出水口（22），一端接二级反应装置（8）的进水口，另一端连接连的水样采集器（11）和放在电子天平（13）上的量筒（12）；一级和二级反应装置的连接方式一致；三级反应装置出水口处的三通阀门两个出水口分别直接与水样采集器和放置在电子天平上的量筒连接。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李晓宁，廖昕，王刚刚，巫锡勇，凌斯祥，朱宝龙，冯君，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：实用新型
国别省市：