一种岩层顺层氧化酸蚀反应试验装置的制作方法

本发明涉及酸蚀反应试验装置，具体涉及一种岩层顺层氧化酸蚀反应试验装置。

背景技术：

黑色岩石是一种富含有机质和分散状硫化矿物（黄铁矿等）的还原性沉积岩；含黑色岩层山体在近地表条件下接受包括地下水、降雨等外动力风化作用，其中富氧液体顺着包括层理面、节理面等结构与黑色岩层进行动态接触；而黑色岩层中还原性的硫化矿物在富氧溶液作用下迅速发生氧化还原反应，并生产大量酸性水、松散针铁矿和硫酸盐矿物等；结构面大量酸性地下水进一步溶蚀岩体胶结物，增大岩体孔隙率，弱化岩石颗粒间的连接力，降低岩体结构面剪切强度；从而造成含黑色岩层山体结构劣化，易于引发滑坡、崩塌等一系列地质灾害；目前的试验装置无法适用于岩体、山体尺度范围内，节理、裂隙及层理等结构面在地下水渗流作用下的水岩氧化作用实验；例如，西南交通大学公开了一种含硫化矿物岩层氧化动力反应试验装置；该装置主要是模拟氧化或非氧化条件下的含硫化矿物岩层的水岩化学作用；通过对水岩作用后的化学成分、ph值、do值、ec值及渗透系数等参数的变化来测试，来研究含硫化矿物岩石中的硫化矿物的氧化动力学关系及岩体酸性弱化机理；但是其只能在一类岩石尺度范围内研究含硫化矿物岩层。

技术实现要素：

本发明提供一种可实现岩体结构面顺层方向不同位置滤液实时采样检测的岩层顺层氧化酸蚀反应试验装置。

本发明采用的技术方案是：一种岩层顺层氧化酸蚀反应试验装置，包括储水箱、基座和用于放置岩石样品的斜板；基座上部为一平板，斜板和平板一侧通过连接轴铰接，斜板斜向上设置；还包括l形结构支架，支架一端连接连接轴，另一端平行与斜板；斜板上岩石样品顶部正上方对应位置设置有滴灌式喷头；滴灌式喷头通过导液管连接储水箱；导液管上从储水箱到滴灌式喷头之间依次设置有液泵、流量计和压力表；支架上设置有用于收集岩石样品上滤液的收集管；收集管通过导液软管连接反应溶液检测箱；溶液检测箱为上部开口结构，其上部依次设置水样采集器、酸度计、溶解氧计、电导率计和氧化还原电位计。

进一步的，所述斜板上还设置有楔形挡板；上端与岩石样品下端接触，下端与连接轴连接。

进一步的，所述斜板和平板之间还设置有位置可调的连接装置；连接装置包括设置在平板上的活动轴件和设置在斜板上的固定轴件；固定轴件和活动轴件之间通过长度可调的连接杆连接。

进一步的，所述活动轴件通过轴承和旋转轴与平板固定连接；轴承固定设置在平板上，旋转轴穿过轴承与活动轴件连接；旋转轴上设置有螺纹，活动轴件对应位置设置有与其配合的螺母。

进一步的，所述楔形挡板于连接轴连接端对应位置设置有废液槽。

进一步的，所述楔形挡板上表面设置有pvc薄膜层。

进一步的，所述导液管与储水箱连接端设置有过滤网。

进一步的，所述收集管一端为活动端，另一端固定于支架上并连接导液软管。

进一步的，所述收集管设置有多个，等距固定于支架上。

进一步的，所述滴灌式喷头设置有多个，等距设置于岩石样品表面顶部正上方。

本发明的有益效果是：

（1）本发明通过基座上平板和斜板之间角度的调节和流量计，控制岩石样品表面溶液的流量；

（2）本发明通过楔形挡板和废水槽将废水进行收集；

（3）本发明通过在岩石样品表面不同位置设置收集管收集不同位置下的溶液进行测试；

（4）本发明可模拟裂隙地下水沿含岩层岩体、山体结构面的顺层方向氧化酸蚀反应，可以实现顺层方向上不同位置滤液的实时采样检测。

附图说明

图1为本试验装置结构示意图。

图2为本试验装置中溶液检测箱结构示意图。

图中：1-储水箱，2-导液管，3-液泵，4-流量计，5-压力表，6-滴灌式喷头，7-旋转轴，8-轴承，9-活动轴件，10-固定轴件，11-斜板，12-支架，13-岩石样品，14-楔形挡板，15-废液槽，16-收集管，17-导液软管，18-溶液检测箱，19-采集器，20-酸度计，21-溶解氧计，22-电导率计，23-氧化还原电位计，24-基座，25-连接轴。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。

如图1-2所示，一种岩层顺层氧化酸蚀反应试验装置，包括储水箱1、基座24和用于放置岩石样品13的斜板11；基座24上部为一平板，斜板11和平板一侧通过连接轴25铰接，斜板11斜向上设置；还包括l形结构支架12，支架12一端连接连接轴25，另一端平行与斜板11；斜板11上岩石样品13顶部正上方对应位置设置有滴灌式喷头6；滴灌式喷头6通过导液管2连接储水箱1；导液管2上从储水箱1到滴灌式喷头6之间依次设置有液泵3、流量计4和压力表5；支架12上设置有用于收集岩石样品13上滤液的收集管16；收集管16通过导液软管17连接反应溶液检测箱18；溶液检测箱18为上部开口结构，其上部依次设置水样采集器19、酸度计20、溶解氧计21、电导率计22和氧化还原电位计23。

进一步的，所述斜板11上还设置有楔形挡板14；上端与岩石样品13下端接触，下端与连接轴25连接；设置楔形挡板14可以更加方便的将溶液向下导出，楔形挡板14上端与岩石样品13下端无缝连接。

进一步的，所述斜板11和平板之间还设置有位置可调的连接装置；连接装置包括设置在平板上的活动轴件9和设置在斜板11上的固定轴件10；固定轴件10和活动轴件9之间通过长度可调的连接杆连接；通过固定轴件10和活动轴件9可以进一步固定斜板，并可以在一定程度上调整其与平板之间的夹角。

进一步的，所述活动轴件9通过轴承8和旋转轴7与平板固定连接；轴承8固定设置在平板上，旋转轴7穿过轴承8与活动轴件9连接；旋转轴7上设置有螺纹，活动轴件9对应位置设置有与其配合的螺母。

进一步的，所述楔形挡板14于连接轴25连接端对应位置设置有废液槽15；可以将溶液进行收集，从而避免污染。

进一步的，所述楔形挡板14上表面设置有pvc薄膜层；设置薄膜层可以对楔形挡板14进行保护，并且pvc不透水，加速其流入废液槽15。

进一步的，所述导液管2与储水箱1连接端设置有过滤网；可以避免杂质进入导液管2。

进一步的，所述收集管16一端为活动端，另一端固定于支架12上并连接导液软管17；设置为活动端16可以更加方便的进行滤液的收集。

进一步的，所述收集管16设置有多个，等距固定于支架12上；可以从不同的部位收集滤液保证测试更加精确。

进一步的，所述滴灌式喷头6设置有多个，等距设置于岩石样品13表面顶部正上方；保证溶液覆盖岩石样品13的整个表面。

使用时，储水箱1中放置通空气的去离子水，模拟页岩氧化酸蚀反应中的含氧水溶液；打开液泵3将储水箱1中的溶液抽至导液管2依次经过流量计4和压力表5来调控水流量和水压力，并最终从出水端的滴灌式喷头6流出；四个滴灌式喷头6等距置于岩石样品13表面顶部正上方，使得溶液能够完全布满样品表面；试验可通过调控流量计4来控制模拟水岩反应的岩石样品13表面溶液的流量；通过调整连接轴7调整斜板11和平板之间的夹角，进而控制流经岩石样品13表面溶液的流速；设置五个收集管16，其进水口一端可上下活动，从而控制采样工作的开始或停止，另一端则等距固定于支架12上，并连接导液软管17；导液软管17将所收集的滤液导入到反应溶液检测箱18；支架12可沿斜板11走向滑动，从而收集岩石样品13表面不同部位的滤液；岩石样品13表面多余的溶液流至贴有pvc薄膜的楔形挡板14斜面上，最后流入废水槽15；为了更加精确研究岩石在溶氧溶液下顺层氧化酸蚀机制，利用五个收集管16分别进行滤液采集和测试。

具体的试验过程如下：

（1）试验前，选取页岩样品尤其是黑色页岩并制样置于斜板11上，将含氧去离子水装入储水箱1，导液管2置于储水箱1水面以下；滴灌式喷头6置于岩石样品顶部上方1cm处，使五个收集管16处于与岩石样品13表面非接触状态；

（2）打开液泵3开关，溶液经导液管2抽入，经过流量计4和压力表5控制滴灌式喷头6滴水速率，调节连接轴7使得斜板11与平板夹角不同从而控制溶液在岩石样品13表面的流速；

（3）设计滤液采样时间为1d、2d、5d、10d、15d、20d、30d、40d和50d；每次采样分别先调整收集管17使其与岩石样品13表面接触，其他四个则处于分离状态，采样直到溶液检测箱18收集到足够滤液样品；

（4）对每个溶液检测箱18中的滤液ph值、电导率、氧化还原电位及溶解氧含量进行检测；同时取样利用电感耦合等离子体质谱法（icp-ms）或原子荧光法（afs）测试得到滤液中各个离子浓度；研究页岩顺层氧化酸蚀反应规律和生成物分布特征。

本发明适用于页岩尤其是含硫化矿物的黑色页岩，可以模拟含溶解氧的裂隙地下水沿含黑色岩层岩体、山体结构面（包括层理面、节理面等结构面）的顺层方向上的水岩氧化酸蚀反应试验；用含溶解氧的水溶液顺着黑色页岩预制结构面沿一定倾斜角度向下浸润于黑色岩层中的还原性的硫化矿物进行化学反应，从而持续对化学反应后的水溶液进行测试分析；实现含黑色岩层岩体结构面的地下水顺层方向上不同位置滤液进行实时采样检测，从而得到其水岩顺层氧化反应产物分布；溶液酸度和各个离子分布特征，从而可分析结构面顺层氧化酸蚀环境及其劣化趋势。