[发明专利]围岩裂隙水对缓冲材料侵蚀过程影响研究的装置及方法

说明书

本发明公开围岩裂隙水对缓冲材料侵蚀过程影响研究的装置及方法，涉及围岩裂隙研究技术领域，包括压力/体积控制器、纯水/溶液转换器、试验岩心、加压结构和回收结构；缓冲材料试样设于试验岩心内，试验岩心设于加压结构内，纯水/溶液转换器一端与压力/体积控制器连通，纯水/溶液转换器另一端与试验岩心的一端连通，回收结构用于回收试验岩心流出的溶液。使用花岗岩岩心加工成中空腔体，压实膨润土在腔体内被限制膨胀。裂隙可用完整岩心切割出人工裂隙，或选取带天然裂隙岩心加工出容纳膨润土样品的腔体。使用地下水或特定试验溶液在试验体系内流动，研究花岗岩裂隙水作用下钠基膨润土的膨胀封堵性能及抗侵蚀性能。

技术领域

本发明涉及围岩裂隙研究技术领域，特别是涉及围岩裂隙水对缓冲材料侵蚀过程影响研究的装置及方法。

背景技术

作为高放废物地质处置库的重要组成部分，缓冲材料膨润土的重要作用之一是封堵围岩裂隙。然而，膨胀挤入围岩裂隙的膨润土因裂隙侧壁摩擦力的影响，其密度随着挤入距离的增大而减小，并与裂隙中的地下水相互作用形成更为松散的膨润土凝胶体，甚至出现游离态膨润土胶体颗粒。当地下水流的剪切力超过膨润土凝胶体/胶体颗粒的抗侵蚀能力时，膨润土颗粒就会被地下水带走而随之沿围岩裂隙泄露。

使用真实花岗岩裂隙重现缓冲材料封堵裂隙及随后的侵蚀过程无疑最能够反映废物处置单元内缓冲材料-围岩相互作用的实际情况，但限于岩石裂隙本身的复杂性以及样品加工、试验装置设计研发的难度，此类试验少见报道。而使用大尺度岩块进行试验能够较容易使用光学手段测定裂隙形貌，样品及装置加工难度较小型裂隙相对低，但实现水流的封堵及精确测量困难较大。因此，需要对试验条件作一定妥协，使用尽可能简单的技术手段模拟处置库围岩裂隙水对缓冲材料的侵蚀，同时又能够尽可能真实的还原现场实际的边界条件，使得室内试验的结果准确可靠，为现场大型试验的设计以及缓冲材料的选材等提供科学的依据。

发明内容

为解决以上技术问题，本发明提供围岩裂隙水对缓冲材料侵蚀过程影响研究的装置及方法，通过在完整岩石中人工切割出已知开度的裂隙，或选用带天然裂隙的岩心，研究裂隙水作用下膨润土的膨胀封堵裂隙的性能及抗侵蚀性能。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供围岩裂隙水对缓冲材料侵蚀过程影响研究的装置，包括压力/体积控制器、纯水/溶液转换器、试验岩心、加压结构和回收结构；缓冲材料试样设置于所述试验岩心内，所述试验岩心设置于所述加压结构内，所述纯水/溶液转换器一端与所述压力/体积控制器相连通，所述纯水/溶液转换器另一端与所述试验岩心的一端相连通，所述回收结构用于回收所述试验岩心另一端流出的溶液。

可选的，所述试验岩心包括岩石、堵块、透水垫块和密封套；所述岩石内部一端设置有已知开度的裂隙，所述岩石内部另一端设置有中空腔体，所述裂隙与所述中空腔体相连通，所述缓冲材料试样设置于所述中空腔体内，所述堵块设置于所述中空腔体远离所述裂隙的一端；所述岩石两端分别设置有一所述透水垫块，所述密封套设置于所述岩石外部；所述纯水/溶液转换器一端与靠近所述堵块一侧的所述透水垫块相连通；所述回收结构与靠近所述裂隙一侧的所述透水垫块相连通。

可选的，所述加压结构包括密封壳体、供气机构、左底座和右底座；所述左底座设置于所述密封壳体内部的左侧壁上，所述右底座通过螺栓与所述左底座相连接；所述试验岩心设置于所述左底座与所述右底座之间；所述供气机构与所述密封壳体内部相连通。

可选的，所述密封壳体上设置有气压表。

可选的，所述密封壳体上设置有安全阀。

可选的，所述供气机构包括氮气瓶。

可选的，所述缓冲材料试样为钠基膨润土块，其含水量为15％，密度为1.6g/cm³。

可选的，所述回收结构包括集液瓶。