研究碳酸盐岩溶蚀特征时空演化规律的试验方法及装置制造方法及图纸

本公开提供的研究碳酸盐岩溶蚀特征时空演化规律的试验方法及装置，包括：将若干碳酸盐岩试块分层堆叠形成堆叠体，在其中设置管道；向堆叠体表面渗入酸液，测定反应后酸液中Ca

【技术实现步骤摘要】
研究碳酸盐岩溶蚀特征时空演化规律的试验方法及装置


[0001]本公开涉及地质分析
，特别涉及一种研究碳酸盐岩溶蚀特征时空演化规律的试验方法及装置。

技术介绍

[0002]岩溶，是受控于岩性、岩体构造特征、水文地质条件等多种因素的复杂化学过程，其中，可溶岩是岩溶发育的物质基础，水文地质条件是岩溶发育的必要条件，而孔隙、裂隙、节理、管道等天然存在的岩体构造不仅对水文地质条件起到决定性作用，更主导了岩溶非均质性发育的方向。岩溶演化的特异性导致不同岩溶区的构造薄弱位置千差万别，进而形成了多样化的破坏特征，对岩溶区地质灾害的防治技术提出了较高要求。
[0003]为获取构造特征对岩溶发育特征及演化规律的相关关系，目前主要存在两类研究思路，其一，对出露于地表的节理等构造进行数理统计分析进而探究其对溶蚀过程的影响，其二，在小尺度碳酸盐岩试样(最大尺寸小于100mm)表面预制裂隙等构造，通过试样质量损失率等参数的变化规律反映不同构造变量控制下的溶蚀效果，进而探究其对溶蚀过程的影响。上述思路的共同缺点在于仅能研究表面构造，岩体内部构造特征的影响难以确定，且以质量损失率等常规参数确定溶蚀效果的评价体系也较为单一。
[0004]随着CT技术的不断普及，岩体内部构造特征获取的技术问题得到了一定程度的解决，但是CT技术伴随着造价较高、对试样尺寸存在限制、扫描精度随试样尺寸上升而下降、扫描噪声难以消除等缺陷。

技术实现思路

[0005]本公开旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
[0006]为此，本公开第一方面实施例提供的研究碳酸盐岩溶蚀特征时空演化规律的试验方法，包括：
[0007]S1：将多个碳酸盐岩试块分层堆叠形成碳酸盐岩堆叠体，获取每个碳酸盐岩试块在碳酸盐岩堆叠体中的位置，在碳酸盐岩堆叠体中设有由贯穿碳酸盐岩堆叠体的通孔所形成的管道，且管道具有入口端和出口端；
[0008]S2：对碳酸盐岩堆叠体表面的裂缝流量进行标定，以确定碳酸盐岩堆叠体表面的酸液入渗流量；
[0009]S3：按照酸液入渗流量使酸液通过碳酸盐岩堆叠体表面向内入渗，以发生酸蚀反应，待碳酸盐岩堆叠体与酸液接触的各表面均无气泡产生后，测定反应后酸液中的Ca
2+
和Mg
2+
的浓度；
[0010]S4：在酸蚀反应后的管道入口端通入标定液，测定管道出口端的流量，计算管道流量损失；
[0011]S5：确定酸蚀反应后各碳酸盐岩试块在碳酸盐岩堆叠体中的位置；
[0012]S6：将酸蚀反应后的碳酸盐岩堆叠体按照堆叠顺序拆分成各碳酸盐岩试块，清洗
各碳酸盐岩试块表面的反应残留物，阴干后称取各碳酸盐岩试块的重量并获取各碳酸盐岩试块的表面结构特征；
[0013]S7：利用三维建模方法重构碳酸盐岩堆叠体；
[0014]S8：不断重复步骤S2～步骤S7，得到碳酸盐岩试块的质量损失、表面结构特征，碳酸盐岩堆叠体经酸蚀反应后溶出的Ca
2+
、Mg
2+
浓度，以及管道流量损失随溶蚀发展的变化规律，分析后得到盐酸岩盐溶蚀特征的时空演化规律。
[0015]本公开第一方面实施例提供的研究碳酸盐岩溶蚀特征时空演化规律的试验方法，具有以下特点及有益效果：
[0016]本公开第一方面实施例通过“整体酸蚀+拆分测试”的整体思路，不仅达到了探究孔隙、裂隙、溶洞等构造在岩溶过程中如何发挥作用的目的，更解决了溶蚀过程中大尺寸岩样内部结构演化规律难以获取的问题。本公开第一方面实施例通过层面扫描及试块顶面匹配确定层内各试块的具体位置，进而可获取整个模型的空间结构。本公开第一方面实施例可获取碳酸盐岩堆叠体在不同空间位置、不同构造特征、不同时间阶段的各试块特征参数，上述参数可对碳酸盐岩堆叠体的岩溶特征及时空演化规律进行具体体现。
[0017]在一些实施例中，步骤S1中，将多个碳酸盐岩试块进行分层堆叠时，利用三维激光扫描仪扫描各层表面确定每个碳酸盐岩试块在碳酸盐岩堆叠体中的位置；步骤S5中，利用三维激光扫描仪逐层扫描反应后的碳酸盐岩堆叠体，以确定酸蚀反应后各碳酸盐岩试块在碳酸盐岩堆叠体中的位置。
[0018]在一些实施例中，步骤S2具体包括：
[0019]在碳酸盐岩堆叠体上方设置渗漏单元，所述渗漏单元包括依次连通的漏斗、支撑管和渗漏管，所述渗漏管包括均匀布设在所述碳酸盐岩堆叠体表面裂隙正上方的若干管段；
[0020]将标定液按固定流量注入所述漏斗，测定所述渗漏管各管段的流量，作为碳酸盐岩堆叠体表面裂隙入渗流量。
[0021]在一些实施例中，步骤S4具体包括：
[0022]在酸蚀反应后的碳酸盐岩堆叠体的管道入口端通入不同流量的标定液，利用体积流量法测定不同入口端流量下管道出口端的流量，测试多次取统计值，将出入口流量之差与入口流量的比值作为管道流量损失率。
[0023]在一些实施例中，步骤S6具体包括：
[0024]将酸蚀反应后的碳酸盐岩堆叠体进行拆分，清洗各碳酸盐岩试块表面的反应残留物，阴干各碳酸盐岩试块后进行称重并利用三维激光扫描仪获取其外表面结构的点云信息，确定各碳酸盐岩试块的外表面结构特征；对于三维激光扫描仪难以获取点云信息的碳酸盐岩试块内的管道，对管道内表面进行倒模制作，将管道内结构转化为模外结构，从而获取管道内表面结构特征，以此作为碳酸盐岩试块的内表面结构特征；对扫描获取的点云数据进行处理，计算各碳酸盐岩试块的各表面结构特征，包括各碳酸盐岩试块表面的尺寸、倾角、粗糙度、形状曲率和管道构造。
[0025]在一些实施例中，步骤S7还包括以下步骤：
[0026]利用透明材料对重构得到的碳酸盐岩堆叠体进行3D打印，得到碳酸盐岩堆叠体的3D 模型，对所述3D模型设计不同的渗流工况，并借助工业相机获取渗流流体中有色染料或
细微颗粒物在3D模型内的流动规律；
[0027]对设计不同的渗流工况下渗流流体在碳酸盐岩堆叠体内的流动规律进行数值模拟，并与所述渗流流体中有色染料或细微颗粒物在3D模型内的流动规律相互对比验证，分析不同工况下溶蚀后碳酸盐岩模型内部的渗流模式。
[0028]本公开第二方面实施例提供的研究碳酸盐岩溶蚀特征时空演化规律的试验装置，包括：
[0029]酸蚀反应箱，所述酸蚀反应箱的顶端为敞口端，所述酸蚀反应箱内放置有碳酸盐岩堆叠体，所述碳酸盐岩堆叠体通过多个碳酸盐岩试块分层堆叠形成，且在所述碳酸盐岩堆叠体内设有由贯穿所述碳酸盐岩堆叠体的通孔所形成的管道；
[0030]渗漏单元，位于所述酸蚀反应箱的敞口端上方，用于向所述碳酸盐岩堆叠体表面的裂缝渗入标定液或者酸液；
[0031]酸液收集和测定单元，与所述酸蚀反应箱连接，用于收集酸蚀反应后的酸液并测定其中的Ca
2+
和Mg
2+
浓度；
[0032]管道流量测定单元，与所述碳酸盐岩堆叠体内的所述管道连接，用于测定不同入口流量下管道出口本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种研究碳酸盐岩溶蚀特征时空演化规律的试验方法，其特征在于，包括：S1：将多个碳酸盐岩试块分层堆叠形成碳酸盐岩堆叠体，获取每个碳酸盐岩试块在碳酸盐岩堆叠体中的位置，在碳酸盐岩堆叠体中设有由贯穿碳酸盐岩堆叠体的通孔所形成的管道，且管道具有入口端和出口端；S2：对碳酸盐岩堆叠体表面的裂缝流量进行标定，以确定碳酸盐岩堆叠体表面的酸液入渗流量；S3：按照酸液入渗流量使酸液通过碳酸盐岩堆叠体表面向内入渗，以发生酸蚀反应，待碳酸盐岩堆叠体与酸液接触的各表面均无气泡产生后，测定反应后酸液中的Ca
2+
和Mg
2+
的浓度；S4：在酸蚀反应后的管道入口端通入标定液，测定管道出口端的流量，计算管道流量损失；S5：确定酸蚀反应后各碳酸盐岩试块在碳酸盐岩堆叠体中的位置；S6：将酸蚀反应后的碳酸盐岩堆叠体按照堆叠顺序拆分成各碳酸盐岩试块，清洗各碳酸盐岩试块表面的反应残留物，阴干后称取各碳酸盐岩试块的重量并获取各碳酸盐岩试块的表面结构特征；S7：利用三维建模方法重构碳酸盐岩堆叠体；S8：不断重复步骤S2～步骤S7，得到碳酸盐岩试块的质量损失、表面结构特征，碳酸盐岩堆叠体经酸蚀反应后溶出的Ca
2+
、Mg
2+
浓度，以及管道流量损失随溶蚀发展的变化规律，分析后得到盐酸岩盐溶蚀特征的时空演化规律。2.根据权利要求1所述的试验方法，其特征在于，步骤S1中，将多个碳酸盐岩试块进行分层堆叠时，利用三维激光扫描仪扫描各层表面确定每个碳酸盐岩试块在碳酸盐岩堆叠体中的位置；步骤S5中，利用三维激光扫描仪逐层扫描反应后的碳酸盐岩堆叠体，以确定酸蚀反应后各碳酸盐岩试块在碳酸盐岩堆叠体中的位置。3.根据权利要求1所述的试验方法，其特征在于，步骤S2具体包括：在碳酸盐岩堆叠体上方设置渗漏单元，所述渗漏单元包括依次连通的漏斗、支撑管和渗漏管，所述渗漏管包括均匀布设在所述碳酸盐岩堆叠体表面裂隙正上方的若干管段；将标定液按固定流量注入所述漏斗，测定所述渗漏管各管段的流量，作为碳酸盐岩堆叠体表面裂隙入渗流量。4.根据权利要求1所述的试验方法，其特征在于，步骤S4具体包括：在酸蚀反应后的碳酸盐岩堆叠体的管道入口端通入不同流量的标定液，利用体积流量法测定不同入口端流量下管道出口端的流量，测试多次取统计值，将出入口流量之差与入口流量的比值作为管道流量损失率。5.根据权利要求1所述的试验方法，其特征在于，步骤S6具体包括：将酸蚀反应后的碳酸盐岩堆叠体进行拆分，清洗各碳酸盐岩试块表面的反应残留物，阴干各碳酸盐岩试块后进行称重并利用三维激光扫描仪获取其外表面结构的点云信息，确定各碳酸盐岩试块的外表面结构特征；对于三维激光扫描仪难以获取点云信息的碳酸盐岩试块内的管道，对管道内表面进行倒模制作，将管道内结构转...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴春璐，张东，刘晓丽，王恩志，王芳，马前驰，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：