本發(fā)明涉及巖土工程，尤其涉及真三軸下可溶巖酸化溶解過程多相滲流裝置和使用方法。

背景技術(shù)：

1、隨著人類活動不斷向深部地下發(fā)展以及對深部資源的需求越來越大，很多深部地下工程不斷地興建、深部資源能源相繼開發(fā)，例如深埋交通隧道、水電水工隧洞工程、深部石油開采等。同時深部處于較為復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境，巖體種類往往各種各樣，高地溫和高地應(yīng)力(真三維應(yīng)力狀態(tài))，甚至受到酸液體腐蝕作用，例如隧洞開挖工程中低酸性酸雨滲流和深部石油工程酸性液體腐蝕，巖石溶解釋放氣體甚至出現(xiàn)氣體多相滲流，導(dǎo)致工程開挖巖體遭受上述復(fù)雜多場耦合環(huán)境下發(fā)生破壞。因此，開展巖體在高溫高壓下酸化溶解過程多相滲流特征研究至關(guān)重要。

2、當前，現(xiàn)有的真三軸裝置僅能考慮滲透性、高溫和高壓中的部分因素，缺少將全因素耦合裝置。并且針對巖石體在中弱酸水化學(xué)腐蝕下直接測定其ph值、離子濃度和滲透率的演化過程研究基本無法實施，特別是缺少對巖石溶解過程和程度的定量度量以及實驗中溶解于水中氣體主要是co2的收集裝置。不同的巖體溶解度、腐蝕過程中劣化情況和滲透性存在極大差異，并且位于深部巖體現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)獲取困難。因此，需要研發(fā)一套能夠滿足實際需求的實驗設(shè)備，該設(shè)備不僅可以提供真三軸高應(yīng)力加載條件，同時設(shè)備能夠提供巖體位于真實位置下所處的高溫高壓環(huán)境，以及遭遇中低酸液體腐蝕的不利環(huán)境，檢測腐蝕過程中劣化過程以及實時滲透性變化，并且可以定量度量巖石溶解過程和程度，以解決上述難題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種真三軸下可溶巖酸化溶解過程多相滲流裝置和使用方法，以解決現(xiàn)有實驗方法不能滿足測定在高溫高壓下巖石體在中弱酸水化學(xué)腐蝕下直接測定ph值、離子濃度和滲透率的演化過程的問題。

2、本發(fā)明提出的真三軸下可溶巖酸化溶解過程多相滲流裝置，包括包括上滲透壓墊ⅰ及其附屬裝置，下滲透壓墊ⅱ及其附屬裝置，密封框，側(cè)向加壓板ⅰ，側(cè)向加壓板ⅱ，聲發(fā)射板ⅰ，聲發(fā)射板ⅱ，切向變形測量組件，側(cè)向變形測量組件，法向變形測量組件，側(cè)向壓墊，密封膠框，溫控箱，壓頭和加熱管組成。

3、所述上滲流壓墊包括凸臺、主體，由n10276(c-276)哈式合金鋼制成；所述附屬裝置包括加壓裝液體容器、進水開關(guān)、進水管，所述進水管采用pe材料制成，通過螺栓鏈接固定在加壓裝液體容器上；所述進水管通過螺紋孔處密封膠圈固定在上滲流壓墊主體螺紋孔內(nèi)；所述進水開關(guān)安裝于進水管上；所述下滲流壓墊包括凸臺、主體，由n10276(c-276)哈式合金鋼制成；所述附屬裝置包括出水管、出水開關(guān)、量筒、天秤、離子濃度計或者ph測試計等和氣體收集檢測裝置；所述出水管通過密封膠圈固定在下滲流壓墊主體螺紋孔內(nèi)并同樣方式固定于量筒下方；所述天枰放置于量筒下方；所述氣體收集和檢測裝置通過橡膠管密封連接于量筒上端出口；所述離子濃度檢測計和ph測試計等檢測裝置通過導(dǎo)管密封穩(wěn)固連接于量筒；所述出水開關(guān)設(shè)置于導(dǎo)管處和出水管處。

4、所述密封膠框設(shè)置于所述密封框內(nèi)，安裝過程中固定所述巖石式樣、所述上滲流壓墊、所述下滲流壓墊和所述側(cè)向壓墊；所述密封框設(shè)置于側(cè)向壓墊外側(cè)，安裝過程中固定所述上滲流壓墊、所述下滲流壓墊、所述聲發(fā)射板和所述側(cè)向壓板，用來能夠?qū)崿F(xiàn)超高水壓滲流過程中的密封；

5、所述側(cè)向壓墊ⅰ、側(cè)向壓墊ⅱ、側(cè)向壓墊ⅲ和側(cè)向壓墊ⅳ結(jié)構(gòu)相同，包括凸臺、主板和六角圓柱頭螺釘?shù)闹纬令^孔，密封框；所述凸臺通過鑲嵌安裝在密封膠框前后左右預(yù)留孔洞內(nèi)，確保密封膠框內(nèi)部無應(yīng)力以及與側(cè)向壓墊的凸臺之間無空白間隙；所述主板通過鑲嵌安裝在密封框內(nèi)部，增加其內(nèi)部密封性；所述上滲透壓墊ⅰ和下滲透壓墊ⅱ分別通過密封框上下預(yù)留孔口相互鑲嵌布置，并注意進出水管朝向，確保進出水管不會被擠壓；所述側(cè)向壓板位于密封框前后兩側(cè)，也是采用n10276(c-276)哈式合金鋼制成，包括六角圓柱頭螺釘?shù)闹纬令^孔，加壓板暗銷孔，加壓板螺紋孔，其中加壓板暗銷孔便于切向變形測量組件安裝；所述側(cè)向加壓板ⅰ的安裝是利用六角圓柱頭螺釘通過側(cè)向加壓板上四個的六角圓柱頭螺釘?shù)闹纬令^孔擰入側(cè)向壓墊ⅱ的六角圓柱頭螺釘?shù)闹纬令^孔中以固定，側(cè)向加壓板ⅱ的安裝與之相同，擰入側(cè)向壓墊ⅳ中的六角圓柱頭螺釘?shù)闹纬令^孔以固定。

6、所述聲發(fā)射板ⅰ和聲發(fā)射板ⅱ正對設(shè)置，分別固定于密封框左右兩側(cè)，由n10276(c-276)哈式合金鋼制成；所述聲發(fā)射板ⅰ包括聲發(fā)射裝置固定孔ⅰ，暗銷孔ⅰ和螺紋孔??；所述聲發(fā)射裝置固定孔ⅰ有四個，分別位于聲發(fā)射板ⅰ同一平面四邊中間，兩個互為鏡像；所述暗銷孔ⅰ位于聲發(fā)射板ⅰ長邊中間貫穿于寬邊，用于安裝側(cè)向變形測量組件；所述螺紋孔ⅰ位于聲發(fā)射板四個角，起固定作用；所述聲發(fā)射板ⅱ結(jié)構(gòu)包括聲發(fā)射裝置固定孔ⅱ，暗銷孔ⅱ和螺紋孔ⅱ；所述聲發(fā)射裝置固定孔ⅱ有四個，每兩個一組位于聲發(fā)射板ⅱ寬邊，每組互為鏡像，每對關(guān)于寬邊中心軸對稱，聲發(fā)射裝置通過塞入聲發(fā)射裝置固定孔ⅱ中固定；所述暗銷孔ⅱ位于聲發(fā)射板ⅱ寬邊中點，并貫穿于長邊，用以安裝法向變形測量組件；所述螺紋孔ⅱ同樣位于聲發(fā)射板ⅱ四個角，起固定作用；所述螺紋孔通過六角圓柱頭螺釘將聲發(fā)射板ⅰ和聲發(fā)射板ⅱ分別固定于側(cè)向壓墊ⅰ和側(cè)向壓墊ⅲ。

7、所述法向變形測量組件、側(cè)向變形測量組件和切向變形測量組件結(jié)構(gòu)相同，均包括傳感器支架、傳感器支架ⅱ、lvdt傳感器ⅰ、測量桿；所述傳感器支架ⅰ一端與測量桿一端連接，lvdt傳感器ⅰ一端固定安裝于傳感器支架ⅱ一端的通孔內(nèi)，且測量桿另一端與lvdt傳感器ⅰ接觸，法向變形測量組件通過其上的傳感器支架ⅰ和傳感器支架ⅱ安裝于聲發(fā)射板ⅰ側(cè)壁和聲發(fā)射板ⅱ側(cè)壁之間，且其上的測量桿穿過側(cè)向加壓板ⅱ的暗銷孔設(shè)置；側(cè)向變形測量組件通過其上的傳感器支架ⅰ和傳感器支架ⅱ安裝于側(cè)向加壓板ⅰ側(cè)壁和側(cè)向加壓板ⅱ的側(cè)壁之間，且其上的測量桿穿過聲發(fā)射板ⅰ上的暗銷孔ⅰ設(shè)置；切向變形測量組件通過其上的傳感器支架ⅰ和傳感器支架ⅱ安裝于上滲透壓墊ⅰ側(cè)壁和下滲透壓墊ⅱ側(cè)壁之間，且其上的測量桿穿過聲發(fā)射板ⅱ上的暗銷孔ⅱ設(shè)置。

8、所述溫控箱由保溫性和密封性良好的材料制作，溫控箱六面都開孔，所開孔口直徑大小與壓頭直徑大小相同，且位置位于每一面中間，每個所開孔內(nèi)外上都有開槽，槽上設(shè)有密封墊，保證壓頭安裝后溫控箱內(nèi)部密封；所述加熱管ⅰ、加熱管ⅱ、加熱管ⅲ和加熱管ⅰⅴ結(jié)構(gòu)相同，位于溫控箱兩側(cè)側(cè)壁，一側(cè)側(cè)壁分別兩個加熱管安裝，提供溫度大致于高地?zé)崆议_關(guān)位于溫控箱外側(cè)，便于控制；所述加熱管包括加熱條形管，加熱管支架ⅰ，加熱管支架ⅱ；所述加熱條形管一端固定安裝于加熱管支架ⅰ一端的通孔內(nèi)，另一端固定安裝于加加熱管支架ⅱ一端的通孔內(nèi)；所述加熱管支架ⅰ和加熱管支架ⅱ以加熱管豎直方向安裝于溫控箱側(cè)壁，其他三支加熱管安裝方式相同；所述壓頭ⅰ，壓頭ⅱ，壓頭ⅲ，壓頭ⅳ，壓頭ⅴ，壓頭ⅵ結(jié)構(gòu)相同，都是采用n10276(c-276)哈式合金鋼制成，其半徑與溫控箱開孔相差不大；所述壓頭ⅲ穿過溫控箱上孔口位置，直到觸碰到聲發(fā)射板ⅰ，其他五塊壓頭安裝相同。

9、一種真三軸下可溶巖酸化溶解過程多相滲流裝置的使用方法，可以實現(xiàn)高溫高水壓以及中弱酸水化學(xué)腐蝕下直接測定巖石體ph值、離子濃度和滲透率的演化過程，包括以下步驟：

10、步驟1、將進水管和出水管依次通過螺紋孔螺絲連接于上滲流壓墊和下滲流壓墊，再將進水管與加壓儲存液體裝置連接，然后將出水管與量筒連接，并將量筒放置于天枰上，安裝氣體收集裝置，再從量筒下方連接導(dǎo)管，并將導(dǎo)管連接于ph測試計或離子濃度計等。

11、步驟2、先將巖石樣置于密封膠框內(nèi)，將側(cè)向壓墊ⅰ、側(cè)向壓墊ⅱ、側(cè)向壓墊ⅲ和側(cè)向壓墊ⅳ依次穿過密封膠框側(cè)面孔口嵌入其中，再將密封框依次套于側(cè)向壓墊之上，隨后將上滲透壓墊ⅰ穿過密封膠框和密封框上方孔口，鑲嵌其中，下滲透壓墊ⅱ同樣安裝于密封膠框1和密封框下方孔口；

12、步驟3、聲發(fā)射裝置依次分別安裝于聲發(fā)射板ⅰ和聲發(fā)射板ⅱ，把聲發(fā)射板ⅰ和聲發(fā)射板ⅱ以鑲嵌形式嵌入密封框兩側(cè)，安裝切向變形測量組件，同樣將側(cè)向加壓板ⅰ和側(cè)向加壓板ⅱ以鑲嵌形式嵌入密封框剩下兩側(cè)，安裝側(cè)向變形測量組件10，確保與密封框孔口嚴絲無縫并與對應(yīng)側(cè)邊緣線平齊；

13、步驟4、將上壓頭對齊放置在上滲透壓墊ⅰ的上表面，并套上密封箱上板，將下壓頭1放置在下滲透壓墊ⅱ的下表面，安裝法向變形測量組件，并套上密封箱下板，施加法向預(yù)壓力；

14、步驟5、法向預(yù)壓完成后，分別將壓頭對齊置于側(cè)向加壓板ⅰ一側(cè)，并套上密封箱后板，將壓頭對齊置于側(cè)向加壓板ⅱ一側(cè)，并套上密封箱前板，進一步施加側(cè)向預(yù)壓力；

15、步驟6、待側(cè)向預(yù)壓完成后，將加熱管安裝于溫控箱兩側(cè)板，將壓頭對齊置于聲發(fā)射板ⅰ一側(cè)，安裝溫控箱左側(cè)板，將壓頭對齊置于聲發(fā)射板ⅱ一側(cè)，安裝溫控箱右側(cè)板，進一步施加切向預(yù)壓力；

16、步驟7，預(yù)壓完成后，開始試驗，試驗時，法向壓力通過上壓頭和下壓頭向上滲透壓墊ⅰ和下滲透壓墊ⅱ施加從而作用于巖石結(jié)構(gòu)面試件；側(cè)向壓力通過壓頭和壓頭向分離式側(cè)向加壓板ⅰ和分離式側(cè)向壓板ⅱ施加從而作用于巖石結(jié)構(gòu)面試件；剪切力通過壓頭和壓頭向聲發(fā)射板ⅰ和聲發(fā)射板ⅱ施加從而作用于巖石結(jié)構(gòu)面試件，同時溫控箱內(nèi)加熱管可以改變加壓時內(nèi)部溫度和壓力大小，通過加壓儲存液體裝置也可以施加水壓沖擊條件；并在實驗進行過程中每隔一段時間測量液體變化數(shù)據(jù)以更好度量巖石樣溶蝕情況。

17、本發(fā)明的有益效果：

18、1、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，首次實現(xiàn)了真三維應(yīng)力狀態(tài)甚至高應(yīng)力狀態(tài)、高地溫高水壓以及中弱酸水化學(xué)腐蝕下三種條件結(jié)合下實現(xiàn)類巖石材料在高地溫高壓下中低酸多場耦合以及溶蝕過程和程度定量度量；

19、2、本發(fā)明所用進水管與加壓儲存液體裝置相連接，實現(xiàn)不同成分液體以及不同沖刷壓力下對巖石樣酸化腐蝕以及此時巖石樣所能承載真三軸高應(yīng)力大小。

20、3、本發(fā)明所用出水管首先與量筒、天枰和氣體收集裝置相連接，實現(xiàn)對溶蝕過程、腐蝕過程中劣化情況和滲透性變化進行實時定量度量，使模擬效果更加接近現(xiàn)實中工程腐蝕情況，并通過流量計、離子濃度計以及ph測試計等儀器對沖刷后液體的檢測，實現(xiàn)溶蝕過程定量的觀測；

21、4、本發(fā)明所用密封膠框和密封框均采用耐腐蝕耐高溫材料制成；側(cè)向壓墊、滲透壓墊、密封膠框和密封框相互鑲嵌布置，有效避免了應(yīng)力空白間隙；

22、5、本發(fā)明采用加熱管以及保溫箱可以模擬巖石體材料所處的高地溫環(huán)境，實現(xiàn)高地溫高壓下對類巖石體處于高應(yīng)力狀態(tài)下的影響。