一种模拟岩石裂隙中水岩相互作用的实验装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种模拟岩石裂隙中的水岩相互作用实验装置及方法，包括供水箱；所述的供水箱通过供水管与岩石裂隙水岩相互作用模拟器的入水口相连，所述的岩石裂隙水岩相互作用模拟器的出水口通过回水管又与供水箱相连，形成一个水循环装置；所述的岩石裂隙水岩相互作用模拟器包括由岩石试样拼接而成的岩石裂隙面，在所述的岩石试样的前后设有与岩石裂隙面连通的分水区和聚水区；且在所述的分水区与目标岩石试样之间、在所述的聚水区与目标岩石试样之间均设有水压传感器、温度传感器，所述的水压传感器和温度传感器与数据处理装置相连。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种模拟岩石裂隙内的水岩相互作用的实验装置及方法，具体的说是一种能够模拟出岩石裂隙内不同流态下的地下水和岩石之间相互作用效果的实验装置，本专利技术属于地下水科学与工程等

技术介绍
近年来，随着对地下空间如核废料处理洞室、石油和天然气的地下储存洞穴等的开发和利用，发生在岩石裂隙内的水岩相互作用引起了人们广泛的关注。在这些地下岩石工程中，岩石处在复杂的水化学条件下，将发生极其复杂的水岩相互作用。在水岩相互作用的进行过程中，岩石会被腐蚀溶解，其溶蚀物质被水溶液带走或被吸附沉淀，从而使得岩石结构面、岩石的孔隙结构发生很大的变化。这些变化主要发生在岩石裂隙中，它会导致岩石的性质发生重大改变，最终对这些地下岩石工程的安全产生重要影响。目前阶段在对岩石裂隙水岩相互作用的研究中，研究主要集中水岩相互作用对裂隙岩石的力学性能和渗透特性的研究上。通过将裂隙岩石置于不同的水化学溶液中，以此来研究水岩相互作用对裂隙岩石的表面细观结构和力学性能的影响以及对岩石渗流特性的影响。一般情况下，实验周期较长，可控变量少，无法实现在不同的流态如在紊流状态下对岩石裂隙内的水岩相互作用的研究。相对于之前的研究，该实验装置能模拟出不同流态下的水溶液和裂隙岩石之间的水岩相互作用的进行情况，通过调节水泵获得可控水压和流速，使水溶液以所需流态和裂隙岩石发生反应。其可控变量多，可以研究在不同的水压、流速、隙宽、水溶液初始状态等因素下岩石裂隙内水岩相互作用的进行情况，且结构简单，操作便捷，能大大缩短实验周期，具有广泛的适用性。故其在实际工程和科学研究中均有很大的用处。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于，克服现有技术的不足，提供一种能模拟出岩石裂隙内处于不同流态的地下水和岩石之间相互作用的实验装置。本专利技术所要解决的技术问题是提供一种结构简单、操作便捷、高效实用的模拟岩石裂隙内的水岩相互作用的实验装置。它能通过调节水泵获得可控水压和流速，在短期内模拟出岩石裂隙内处于紊流或层流状态下的地下水和岩石之间相互作用的进行情况。本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种模拟岩石裂隙中的水岩相互作用实验装置，包括水箱；所述的水箱通过供水管与岩石裂隙水岩相互作用模拟器的进水口相连，所述的岩石裂隙水岩相互作用模拟器的出水口通过回水管连回水箱，形成一个水循环装置；所述的岩石裂隙水岩相互作用模拟器包括由岩石试样拼接而成的岩石裂隙面，在所述的岩石试样的前后设有与岩石裂隙面连通的分水区和聚水区；且在所述的分水区与目标岩石试样之间、在所述的聚水区与目标岩石试样之间均设有水压传感器、温度传感器，所述的水压传感器和温度传感器与数据处理装置相连，用于采集显示实验进行中水压和温度实时变化情况。进一步的，所述的分水区、聚水区均由上下各1块嵌入在有空心位置的不锈钢板上对应槽位的有机玻璃板形成，即上下玻璃板之间形成的缝隙为分水区和聚水区。进一步的，所述的岩石裂隙面由上下各3块嵌入在有空心位置的不锈钢板上对应槽位的岩石试样拼接而成，岩石试样由通用岩芯加工制成。进一步的，所述的水压传感器、温度传感器插接在所述的有空心位置的不锈钢板内。进一步的，所述的岩石裂隙水岩相互作用模拟器的裂隙由边缘完整里面空心的硅胶垫模拟而成，通过改变硅胶垫的厚度可改变隙宽。进一步的，所述的目标岩石试样和有机玻璃板的外侧均由密封板密封。进一步的，所述的水箱为封闭水箱，包括回水口、供水口、出气口和取水阀门；其中，回水口和出气口位于水箱顶部，供水口和取水阀门位于水箱底部。进一步的，在所述的供水管上设有水泵和流量计；其中，所述的水泵为高压泵，通过调节水泵可使水溶液获得一定的水压和流速，使其处于紊流或层流状态。模拟岩石裂隙中水岩相互作用的实验装置进行实验的方法，如下：通过调节水泵使水箱中的水溶液获得可控水压和流速，使其流入岩石裂隙水岩相互作用模拟器；在岩石裂隙水岩相互作用模拟器中，水溶液首先流经分水区均匀的分散到裂隙中，然后流经水压传感器和温度传感器，以监测出进入岩石裂隙面前水溶液的水压和温度大小，然后水流流经岩石裂隙面与岩石发生相互作用，反应完后流出，测出水流的水压和温度大小，随后流经聚水区汇集到一起后再流出岩石裂隙水岩相互作用模拟器，然后通过回水管流回水箱形成水循环，最终实现动态条件下对岩石裂隙中的水岩相互作用实验模拟。所述的方法中，每隔一段时间采集与岩石试样反应后的水溶液，开展目标指标分析测试，同时每隔一段时间取出其中一块岩石试样进行电镜扫描实验，研究岩石裂隙中的水岩相互作用对岩石表面的腐蚀情况；最终实现动态条件下岩石裂隙中的水岩相互作用的模拟。与现有技术相比，本专利技术的具有的有益效果如下：1.所述的岩石裂隙面由多块岩石试样拼接组成，岩石试样加工方便，可由通用岩芯加工而成；此外，在实验进行过程中，需要每隔一段时间取出其中一块岩石试样进行电镜扫描实验，此时可在其位置补充一新的岩石试样，这样不会耽误实验的进度，同时因为岩石试样的表面积不大也不会对实验精度产生不利的影响，故能有效的缩短实验周期。2.岩石裂隙水岩相互作用模拟器的结构设计可使处于紊流下的水溶液和裂隙岩石发生反应，克服了之前只能在静止或者层流状态下进行实验的局限性，可实现不同流态下对岩石裂隙内的水岩相互作用的模拟。3.实验装置中，所述的数据处理装置的显示屏上可直接显示出水压、温度实时变化曲线，并可直接生成数据文件，相对于其他的记录模式，这样能更加方便精确的记录出水压和温度的变化情况，提高实验效率和精度。4.所述的密封水箱设有出气口，当往水箱中注入水溶液时，会将水箱中的气体通过出气口排出，这样在实验进行时可有效的抑止水箱中的气体溶于水溶液中，防止其对实验结果产生不利影响。5.实验装置中，安装在裂隙面下部分的水压传感器能精确测量出水岩相互作用前后的水压，计算获得水压差和水力梯度。相对于将其安装在其他位置，安装在裂隙下面可获得更精确稳定的压力值，从而提高实验的精度。6.该实验装置可根据工程实际需要或者实验需要配置不同的目标岩石试样和水溶液，适用范围广，实用性强。附图说明图1为本专利技术的一种模拟岩石裂隙中水岩相互作用的实验装置结构示意图。图2为本专利技术的岩石裂隙水岩相互作用模拟器的剖面图。图3为本专利技术的岩石裂隙水岩相互作用模拟器下侧裂隙面的平面图。其中：1.水箱，2.供水管，3.水泵，4.流量计，5.岩石裂隙水岩相互作用模拟器，6.数据处理装置，7.水压传感器，8.温度传感器，9.回水管，10.进水口，11.模拟缝隙的空心密封垫，12.分水区，13.岩石裂隙面，14.聚水区，15.出水口，16.密封板，17.有空心位置的不锈钢板。具体实施方式为更好地理解本专利技术，下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步的描述。本专利技术的一种模拟岩石裂隙中水岩相互作用的实验装置，其结构如图1、2、3所示。它包括依次相连的水箱1、供水管2、水泵3、流量计4、岩石裂隙水岩相互作用模拟器5、数据处理装置6、水压传感器7、温度传感器8和回水管9。所述的供水管2的始端与水箱1下部的供水口相连，之后依次连接水泵3、流量计4，然后供水管2的末端与岩石裂隙水岩相互作用模拟器5的进水口10相连；所述的回水管9的始端与岩石裂隙水岩相互模拟器5的出水口15相连，然后回水管9的末端和水箱1上部的回水口相本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种模拟岩石裂隙中的水岩相互作用实验装置，其特征在于，包括水箱；所述的水箱通过供水管与岩石裂隙水岩相互作用模拟器的入水口相连，所述的岩石裂隙水岩相互作用模拟器的出水口通过回水管又与水箱相连，形成一个水循环装置；所述的岩石裂隙水岩相互作用模拟器包括由岩石试样拼接而成的岩石裂隙面，在所述的岩石试样的前后设有与岩石裂隙面连通的分水区和聚水区；且在所述的分水区与目标岩石试样之间、在所述的聚水区与目标岩石试样之间均设有水压传感器、温度传感器，所述的水压传感器和温度传感器与数据处理装置相连。

【技术特征摘要】
1.一种模拟岩石裂隙中的水岩相互作用实验装置，其特征在于，包括水箱；所述的水箱通过供水管与岩石裂隙水岩相互作用模拟器的入水口相连，所述的岩石裂隙水岩相互作用模拟器的出水口通过回水管又与水箱相连，形成一个水循环装置；所述的岩石裂隙水岩相互作用模拟器包括由岩石试样拼接而成的岩石裂隙面，在所述的岩石试样的前后设有与岩石裂隙面连通的分水区和聚水区；且在所述的分水区与目标岩石试样之间、在所述的聚水区与目标岩石试样之间均设有水压传感器、温度传感器，所述的水压传感器和温度传感器与数据处理装置相连。2.如权利要求1所述的模拟岩石裂隙中的水岩相互作用实验装置，其特征在于，所述的岩石裂隙面由上下各3块嵌入在有空心位置的不锈钢板对应槽位的岩石试样拼接而成，岩石试样由通用岩芯加工制成。3.如权利要求1所述的模拟岩石裂隙中的水岩相互作用实验装置，其特征在于，所述的分水区、聚水区均由上下各1块嵌入在有空心位置的不锈钢板上对应槽位的有机玻璃板形成，即上下玻璃板之间形成的缝隙为分水区和聚水区。4.如权利要求1所述的模拟岩石裂隙中的水岩相互作用实验装置，其特征在于，所述的水压传感器、温度传感器均插接在所述的有空心位置的不锈钢板内对应的孔位上，水压传感器和温度传感器均和数据处理装置相连，数据处理装置上的显示屏可显示出水压和温度的实时变化情况并根据所测数据生成曲线图。5.如权利要求1所述的模拟岩石裂隙中的水岩相互作用...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔丽苹，黄安达，王者超，张振杰，毕丽平，刘广煜，王秀凯，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东;37