试验的设计

1. 试验工况设计

6.1.2.1 工况设计遵循的理论依据

本次载荷试验物理模型有以下几个特征：

1）载荷试验采用中心荷载形式，不考虑偏心荷载；

2）基底粗糙；

3）载荷板位于地基表层，相当于基底以上无填土，不考虑填土自重对基底的超载，不考虑填土的抗剪强度；

4）鉴于风积砂粘粒含量低、分选好、级配差、低压缩性、整体性好等物理力学特性和模拟地基铺设过程中对其均一性的严格控制，试验中的模拟地基是一个均质体，在同一种工况中忽略风积砂颗粒组成及物理力学性质的差异。

图6.1 试验基坑平面图及剖面图

图6.2 静力载荷试验反力加载装置设计

1943年太沙基（K.Terzaghi）在推导均质地基上的条形基础受中心荷载作用下的极限承载力时，把土作为有重力的介质，并有如下一些假设：

1）基础底面完全粗糙，即它与土之间有摩擦力存在；

2）基土是有重力的（γ≠0），但忽略地基土重度对滑移线形状的影响。因为，根据极限平衡理论，如果考虑土的重度，塑性区内的两组滑移线形状就不一定是直线；

3）当基础埋置深度为D时，则基底以上两侧的土体用当量均布超载q＝γ₀D来代替（γ₀为比重），不考虑两侧土体抗剪强度的影响。

根据以上假定，滑动面的形状如图6.3a所示，也可以分成三个区。

Ⅰ区：基础底面下的土楔aa′d，由于假定基底是粗糙的，具有很大的摩擦力，因此aa′面不会发生剪切位移，该区的土体处于弹性压密状态，它与基础底面一起移动，该部分土体称为弹性楔体（刚性核），代替了普朗特尔解的朗肯主动区。根据几何条件，滑动面ad（或a′d）与水平面夹角Ψ＝_φ。

Ⅱ区：假定与普朗特尔假定一样，滑动面一组是通过a、a′点的辐射线，另一组是对数螺旋曲线de、de′，同时忽略土的重力对滑移线形状的影响。

Ⅲ区：仍是朗肯被动状态区，滑动面及a′e′与水平面成 角。

图6.3 太沙基（K.Terzaghi）极限承载力

当作用在基底压力为极限承载力P_u时，发生整体剪切破坏，弹性压密区（Ⅰ区）a′ad将贯入土中，向两侧挤压土体adef及a′de′f′达到被动破坏。因此，在ad及a′d面上将作用被动力E_p，与作用面的法线方向成_φ角，如图6.3b所示。取Ⅰ区弹性楔体ada′作为脱离体，考虑单位长基础，分析其力的平衡条件来推求地基的极限承载力。

本次载荷模拟试验较好地符合了太沙基极限承载力理论的假定条件，以该理论为基础设计的试验工况，在圆形基础作用下，地基内各点应力状态在同一水平面上关于地基中心轴对称。

6.1.2.2 试验工况设计

在苏里格天然气第三处理厂实测地下水位线以上风积砂平均天然密度为1.64g/cm³，平均含水量为4％，计算其对应的干密度为1.58g/cm³。本次试验针对由单一风积砂构成的地基设计三种试验类型。

（1）第一种类型

为了研究风积砂干密度对地基承载力的影响及地基中应力分布的影响，保持风积砂天然干密度1.58g/cm³不变，设计2％、4％、6％、8％四个低含水量和12％、16％两个高含水量，共六种工况。根据基坑尺寸，分10层铺设，每层厚12cm，具体设计见表6.1 。试验采用人工夯实法铺设，在铺设过程中严格控制每层地基的铺设砂土质量、铺设后的体积，并及时跟踪监测砂土含水量，为了避免人为造成的地基分层现象，在每层铺设完毕将表层砂土体刮花，及时铺设下一层，以保证模拟地基达到设计要求。

表6.1 同一干密度下不同含水量工况设计

为了研究在上部荷载作用下地基中附加应力大小和分布特征，在地基内不同位置设置JXY-2型钢铉式土压力盒。压力盒埋置遵循以下设计原则：

1）承载板下方沿中心轴在不同地基深度水平布置压力盒，研究上部荷载作用下中心附加应力变化特征。

2）考虑到压力盒本身的体积和质量对地基材料属性和地基附加应力分布的影响，要尽量提高压力盒的利用效率。鉴于本次载荷在同一水平面上各点应力状态关于地基中心轴对称的特点，在同一地基深度平面上只在中心轴一侧布置压力盒，另一侧可由对称性求出，相邻两个水平面上压力盒应交错布置。

3）参照太沙基理论的假定滑动面，计算出本次模拟试验中的弹性区、过渡区和被动土压力区，并在被动土压力区垂直布设土压力盒，测其水平附加应力变化特征。

4）中心点以外水平布置的压力盒除测定该点处竖向附加应力外还应控制附加应力的影响范围，根据2004年中国建筑工业出版社出版的叶书麟的《地基处理》，当砂垫层厚度z（本次模拟试验处理深度为1.5m）与地基宽度B（即载荷板直径0.2m）的比值大于0.5，地基应力扩散角取30°，计算附加应力影响范围，布置压力盒。

第一类试验中压力盒布置如图6.4所示。

图6.4 压力盒布置示意图（单位：cm）

图6.5 标志层染色剂的配制

为监测地基破坏后地基内部的变形破坏特征，在载荷板以下地基深度12cm范围内铺设标志层，标志层深度间隔采取3cm，每层标志层水平铺设厚度1cm，面积为10×60cm²。为了避免标志层因材料属性不同而造成的试验误差，特采用染色后天然干燥的风积砂作为标志层（通过使用纯度为36％的乙酸配制甲基红溶液来实现染色，图6.5）。

（2）第二种类型

为了研究风积砂含水量对地基承载力的影响及地基中应力分布的影响，保持风积砂天然含水量4％不变，设计1.53g/cm³、1.58g/cm³、1.62g/cm³三种干密度工况（表6.2）。铺设工艺与第一类型相同。

表6.2 同一含水量下不同干密度工况设计

（3）第三种类型

采用毛乌素沙漠地区最常见的地基处理方法———水坠垫层法设计两种工况。

1）水坠法：根据水坠法试验结果，每次虚铺砂土厚度采取30cm，注水至15cm水头高度，待排水至水头高度为零，铺设下一层。

2）水坠加振动密实法（饱和振坠）：每次虚铺砂土厚度30cm，注水至水头高于砂层表面15cm后，使用插入式混凝土振动器振捣，振点布局按梅花形布设，振点平面间距为25cm×25cm，完毕后进行下一层施工。

2. 实验设计的基本类型

实验设计的基本类型有三种，分为因素设计、准实验设计和非实验设计。

1、因素设计

根据实验中自变量的数量可以划分为单因素设计和多因素设计。单因素设计简明易行，但由于实际生活中影响心理活动的因素通常为多个，所以当情况比较复杂时，最好使用多因素实验设计。

2、准实验设计

研究者事先认识到某些无关变量会影响实验结果，却又难以在实际妥善控制时，可采用准实验设计。准实验的主要特点是没有采用随机化程序，即被试的选择和编组、处理分配等都不是随机安排的。

3、非实验设计

非实验设计是一种自然描述，用来确定自然存在的临界变量及其相互关系。非实验研究的方法很多，如自然观察法、相关法、访谈法、问卷法、测验法、个案法和传记法等。

(2)试验的设计扩展阅读

实验设计的主要功能是对变量的控制，是在控制条件下有效地操纵或改变自变量，使因变量(即反应变量)的变化得到观察。例如，研究两种教学方法对儿童学业成就的影响时，实验设计者应安排使其他条件尽量相同，如选择家庭和学校环境相似、学业基础相似，年龄相同的两组儿童，只控制使用两种不同的教学方法，然后考查二者对学习结果的影响。

实验设计的优点

1、科学合理地安排实验，从而减少实验次数、缩短实验周期，提高了经济效益。

2、从众多的影响因素中找出影响输出的主要因素。

3、分析影响因素之间交互作用影响的大小。

4、分析实验误差的影响大小，提高实验精度。

5、找出较优的参数组合，并通过对实验结果的分析、比较，找出达到最优化方案进一步实验的方向。

6、对最佳方案的输出值进行预测。

3. 怎么进行实验设计

实验是人们根据实验目的，确定实验原理，利用实验用品来干预或控制研究对象，使某种事件或现象在有利于观察的条件下发生或重现，从而说明科学事实、揭示客观事物本质和规律的过程。
实验设计
明确实验目标和内容（做什么）
确定实验原理（理论上怎样做，可有多种途径供选择）
收集相关实验资料（为什么这样做，选择最佳途径）
选择实验方法（准备怎样做）
落实实验用品（仪器、设备、药品等）
设计实验过程（实验步骤、实验现象、实验数据记录等）
安排实验时间
对实验结果做出预测和评价（做得怎样）
第二步：实验操作
严格按照实验设计进行（严格控制变量）
及时、准确收集实验资料（保存好原始记录）.

4. 试验设计

（一）试验配水

试验配水主要模拟排污河水质。考虑到排污河水主要由生活污水和工业废水组成，除常规污染组分外，一般重金属和有机污染物比较常见，所以试验配水选择了两种有代表性的重金属：不易迁移的铅和容易迁移的铬，有机物选择了苯系物和四氯乙烯。具体的配水方案如下：取中国地质大学（北京）生活污水预沉淀1d后，加入硝酸铅、重铬酸钾、汽油和四氯乙烯，搅拌均匀，静置1d后使用。为了使试验效果更加显著，试验配水中铅和铬的浓度均采用10mg/L，汽油和四氯乙烯均各自用量筒量取150mL加入75L污水中。其中，四氯乙烯7d后停止加入，主要是考虑大剂量的四氯乙烯污染会对地下水有影响。

作者曾在试验正式开始之前就用试验配水做过初步的研究试验，目的是了解加入的重金属和有机物之间，以及它们跟生活污水中的污染组分之间会发生哪些反应。

1.重金属+生活污水+有机物

试验配制了七种不同的水样，它们分别是样1：Pb标准液（10mg/L）；样2：生活污水；样3：Pb标准液（10mg/L）+污水；样4：Pb标准液（10mg/L）+污水+Cr（10mg/L）；样5：Pb（10mg/L）+污水+有机物（5mg/L）；样6：Pb（10mg/L）+污水+有机物（5mg/L）+Cr（10mg/L）；样7：Pb（10mg/L）+污水+有机物（5mg/L）+Cr（10mg/L）。

从表2-1可以看出，样2中Pb基本稳定，不与污水发生反应；通过样3和样4的对比可以看出，Pb与Cr发生反应生成铬酸铅沉淀，故Pb和Cr的浓度均降低很多；样5和样3比较，Pb的浓度基本没有变化，说明Pb与有机物不发生反应，有机物的加入使COD浓度大大提高；样6和样7是两个平行样，它们与样5比较的结果同样显示了Pb与Cr之间的反应。

表2-1 配水试验反应结果表 单位：mg/L

2.500mL重铬酸钾溶液（5mg/L）+1mL汽油

从表2-2可以看出，Cr⁶⁺的浓度在放置5d后减小了0.16mg/L，说明重铬酸钾与汽油会发生一定的氧化还原反应，只是由于反应时间短，效果不是十分明显。

表2-2 重铬酸钾与汽油的反应结果表 单位：μg/L

3.500mL重铬酸钾溶液（5mg/L）+40μL四氯乙烯

由于四氯乙烯难溶于水，所以先将其溶于10mL甲醇中，再和重铬酸钾溶液混合反应。从表2-3可以看出，重铬酸钾与甲醇发生了氧化还原反应，在放置48d之后Cr⁶⁺的浓度降低了2.33mg/L，而在重铬酸钾+甲醇+四氯乙烯的反应中，Cr⁶⁺的浓度变化基本同重铬酸钾与甲醇的反应，说明重铬酸钾不和四氯乙烯发生反应。

表2-3 重铬酸钾与四氯乙烯反应时Cr⁶⁺浓度变化表 单位：mg/L

（二）试验装置

整个试验装置由土柱、配水系统和监测系统三部分组成（图2-1）。

图2-1 试验装置图（单位：cm）

土柱 为土柱试验的主体部分。由内径为0.15m的3根有机玻璃柱组成，柱高1.5m。柱体下部为0.15m的承托层，由粗的石英砂组成；中部为1.2m的土柱试验段；试验段以上为0.10m的试验用水，由溢流口控制为定水头。考虑接近野外土体实际情况，土柱侧壁用泊纸遮盖，以起到避光作用。

配水系统 由配水箱、水泵和高位供水箱组成。配水箱容积为75L，可保证土柱试验3～7d的用水量。将试验配水由水泵送到高位供水箱，同时向三个土柱供水，采用定水头连续供水。

监测系统 定水头供水由溢流口控制，多余的进水送到配水箱中循环使用。在进水口取样，监测各特征组分的进水浓度。在土柱实体部分0.2m、0.4m、0.6m、0.8m、1.0m及1.2m深度处分别设有饱水取样口，在试验运行初期，可以定期监测不同深度处各特征污染组分的浓度变化情况。另外，在土体0.1m、0.5m和0.9m深度处分别设有测压管，用来监测污水下渗的水动力学特征。当土柱逐渐被污染物堵塞，变成非饱水状态时，关闭饱水取样口，在土体0.2m、0.4m、0.6m、0.8m、1.0m处和饱水取样口垂直的位置设有非饱水取样口（陶土头），外接真空泵抽气取样。

（三）有关参数的测定

试验所选用的三种砂土均为天然砂土，取自北京丰台的不同地段。三种砂土分别为：柱1为粗砂，柱2和柱3均为中砂。

1.砂土筛分及颗粒级配的确定

砂土筛分及颗粒级配情况见表2-4和图2-2。

表2-4 砂土粒度分析结果表

图2-2 三种砂土筛分曲线

2.试验砂土参数测定

测定的砂土参数见表2-5。

表2-5 土的物理性质指标

5. 试验设计的三个基本要素及三个基本原则分别是什么

【基本要素】

1.受试对象：是处理因素作用的客体，根据受试对象不同，实验可以分为三类：动物实验、临床试验、现场试验。

2.处理因素：是研究者根据研究目的而施加的特定的实验措施，又称为受试因素。

3.实验效应：是处理因素作用下，受试对象的反应或结局，它通过观察指标来体现。

【基本原则】

1科学性原则

实验是人为控制条件下研究事物(对象)的一种科学方法；是依据假设，在人为条件下对实验变量的变化和结果进行捕获、解释的科学方法。 。

2.可行性原则

在实验设计时，从原理、实验实施到实验结果的产生，都实际可行。

3.简便性原则

实验设计时，要考虑到实验材料要容易获得，实验装置简单，实验药品较便宜，实验操作较简便，实验步骤较少，实验时间较短。

4.可重复性

重复、对照、随机是保证实验结果准确的三大原则。任何实验都必须有足够的实验次数才能判断结果的可靠性，设计实验只能进行一次而无法重复就得出“正式结论”是草率的。

5.单一变量原则

不论一个实验有几个实验变量，都应确定一个实验变量对应观测一个反应变量，这就是单一变量原则，它是处理实验中的复杂关系的准则之一。

6.对照性原则实验中的无关变量很多，必须严格控制，要平衡和消除无关变量对实验结果的影响，对照实验的设计是消除无关变量影响的有效方法。

6. 试验设计

本书中通过静态吸附试验，力图研究BTEX在不同介质条件下的吸附动力学、吸附模型和各种因素对于吸附行为的影响，得出BTEX的吸附常数，比较不同的BTEX组分在不同介质中的吸附行为，并探讨在河流渗滤系统中，BTEX的吸附行为与降解作用的相互作用。

（一）试验方法

为了更深入地研究BTEX经过河流渗滤系统中被河流沉积物吸附的过程，获得更加详细的参数，吸附试验由三部分组成，包括吸附等温线、吸附动力学曲线和吸附影响因素。

1.样品采集与制备

吸附试验采用的土壤样品为黄河花园口采集的三种不同的河流沉积物样品，分别为粉土、细砂和粗砂。将土壤样品经过风干、除杂、筛分，并测定各种相关理化参数（见表3-2）。

本次试验所用BTEX单组分为苯、甲苯、乙苯和间二甲苯（二甲苯包括邻二甲苯、对二甲苯和间二甲苯三种同分异构体），所有样品均为色谱纯试剂。BTEX各单组分理化参数见表3-4。

2.吸附动力学曲线试验方法

精确称取2.000g土样于20mL顶空瓶中，加入配制好的浓度为30mg/L的BTEX混合溶液，置于恒温水浴振荡器中，设定温度16±1℃，振荡速度480r/min，启动机器，开始计时。控制振荡时间分别为1h、2h、4h、6h、10h、12h、24h、30h、36h、48h、54h、60h，达到相应振荡时间后立即将溶液和土样离心分离，并用顶空气相色谱法测定各组分含量，用减差法得到不同平衡时间的吸附量，从而绘制出吸附动力学曲线。为保证试验精度，在试验过程中同时配制了两种空白溶液：土样空白和有机物空白，来扣除土壤溶出物和挥发的误差。另外控制溶液pH值在3～4之间，抑制微生物的降解作用。

3.吸附等温线试验方法

分别精确称取2.000g土壤样品于20mL顶空瓶中，配制8种不同浓度的BTEX混合溶液，并分别量取上述溶液20mL加入装有土壤样品的顶空瓶中，置于恒温振荡仪中。设定温度为16±℃，振荡速度180r/min，启动机器，开始计时。待到吸附平衡时间48h后，将样品全部取出，以3200r/min离心30min，用注射器取上清液10mL迅速注入20mL顶空瓶中压盖密封，用顶空气相色谱法测定其中BTEX各组分浓度。为保证试验精度，每个BTEX浓度设置一个不加土样的空白溶液作为控制样，3种土样分别设3个土样空白（2g土样和2g纯水）以扣除土壤溶出物的影响。每一浓度进行3组平行试验，以避免由于土样不均匀及其他偶发因素的干扰。另外，调节溶液pH值在3～4之间，抑制微生物的降解作用。

4.吸附影响因素试验方法

为研究土壤有机质含量、pH值、含盐量、温度对吸附过程的影响，按照不同的试验条件，设计了4组影响因素试验，采用吸附等温线的试验方法测定平衡吸附量，4组影响因素试验条件见表3-7。

表3 -7 影响因素试验条件

其中，第1组是在土壤样品中加入过量H₂O₂，完全氧化其中的有机质，风干、碾碎、过2mm筛，使其机械组成与原土壤样品接近。然后按照不同的比例加入一定量的H₂O₂氧化处理过的土样，得到不同有机质含量的试验样品M1～M5；第2组利用酸、碱调节溶液pH值，使之介于4～14之间，对应4个不同pH值梯度P1～P4；第3组用NaCl调节溶液含盐量使之介于0～10g/L之间，对应4个浓度梯度S1～S4；第4组分别控制平衡温度为5 ～30℃，对应4个温度梯度W1～W4。分别在四组不同的试验条件下应用吸附等温线试验方法得到BTEX各组分吸附量与不同影响因素之间的相关关系。为保证试验精度，同样设置了土壤空白样、有机物空白样和平行样，除pH值影响以外其他试验均通过调节pH值来控制微生物降解作用。

（二）数据分析和质量保证

试验精度保证：由于本次试验的目标污染物是极易挥发的BTEX，试验过程中挥发损失的控制、试验溶液浓度的均一稳定、样品测试的准确性就显得极为重要，质量守恒对本试验的成败至关重要。

本部分的目标主要是要考察河流沉积物对目标污染物BTEX的吸附作用，因而试验过程中需要控制挥发和降解作用等质量损失。挥发作用和容器壁的吸附作用可以通过不加土样的空白控制样来确定，通过比对吸附试验样品，可以确定挥发损失和容器壁的吸附量。一般情况下，降解作用通过在试验过程中加入一定量的叠氮化钠（NaN3）作为生物抑制剂，也可以通过在试验过程中通过调节溶液pH值来抑制微生物降解作用，本次试验采用将pH值控制在3 ～4之间来抑制微生物降解作用。另外为了避免土壤溶出物的影响，还设计了土样空白。

目标溶液的配制：溶液浓度是否均一稳定是吸附试验成败的另一个关键。试验溶液可以用水直接配制，也可以采用选取辅助溶剂配制的方法。由于BTEX极易挥发，试验要求溶液浓度在试验过程中均一稳定，因此运用甲醇与水无限相溶的特性，选用甲醇作为助溶剂，以保证试验溶液均一，浓度稳定。所用BTEX单组分和甲醇均为色谱纯试剂，试验用水为实验室用纯水。

测定仪器和测定方法是试验结果准确性的另一个保证，本次试验采用《水和废水监测分析方法》 中推荐的顶空气相色谱法进行样品测定，分别测定BTEX四种单组分浓度。试验结果来自华北水利水电学院环境工程实验中心，所用气相色谱仪型号为岛津GC -14C，带有GC-14C岛津色谱数据工作站，以及中兴汇利DK-3001顶空进样器，使用FID检测器。色谱条件为：进样口温度200℃；检测器温度260℃；柱温程序，50℃ ；分流比10：1～50：1；载气，高纯N₂（99.999％）。进样条件：样品，50℃；阀箱，60℃；管路，65℃。样品平衡时间，30min；进样量：1mL。方法线性如图3-7所示。

数据分析方法是合理结论的前提和保证之一。为了排除试验中各种偶发因素的影响，本次试验针对吸附等温线测定中的每一浓度级别、吸附动力学试验不同取样时间都设计了三组平行试验，对每一组三个平行样的检测值采用平均值加标准偏差的方法进行数据处理。

7. 实验方案设计

一、 实验内容

考虑不同库水升降条件下,“浸泡—风干”循环作用对岩石试样实验, 对每一期试样进行单轴或三轴实验, 得出在不同水位升降条件下对岩体力学参数的影响规律, 及在不同“浸泡—风干”循环期次作用下力学参数劣化规律。

二、 试验岩样

试验所用砂岩取自三峡库区秭归沙镇溪镇白水河滑坡, 为侏罗系上沙溪庙组砂岩。在同一个岩层开出较大片的岩块, 并在现场切割成小块运回试验室钻心取样。 根据《工程岩体试验方法标准》(GB/T50266—99)、 《水利水电工程岩石试验规程》(SL264—2001)以及国际岩石力学学会推荐标准, 同时满足RMT-150C岩石力学试验系统三轴试验岩样规格要求, 经过细心切磨制成尺寸为Φ50mm×100mm圆柱形试件。 试样的精度严格满足规范要求: 高度、 直径偏差≤±0.3mm, 试件两端面不平整度≤±0.05mm(图5-1)。

岩石矿物鉴定结果为绢云母中粒石英砂岩(图5-2), 孔隙式钙质胶结结构, 基质具微细鳞片变晶结构的中粒砂状结构。 岩石由石英、 长石、 岩屑、 云母等组成。 碎屑组分有燧石岩屑, 次角-次圆状, 粒径0.3mm, 占10%; 石英碎屑, 次角-次圆状, 均匀分布,粒径0.3～0.5mm, 占80%; 基质组分为绢云母, 占10%。

图5-9 有压岩石溶解仪的结构图

图5-10 水压力室俯视图

图5-11 控制箱

YRK-1岩石溶解试验仪为本试验开发的一种模拟库水压及库水升降条件下岩石溶解试验仪, 下面将对该仪器进行详细的介绍。

(1)一种模拟库水压力条件的仪器的研制

本实验仪器为一种模拟库水压力状态下水-岩作用的实验装置, 模拟蓄水后库岸岩(土)体所受水压力环境, 通过考虑不同水压力及水位升降条件下的岩石-水作用的浸泡实验, 研究库水条件下的水-岩作用及力学损伤特征。 为了达到上述目的, 本仪器制作由岩石溶解室(压力室), 动、 静水模拟控制系统, 压力控制系统, 压力传感带等组成。

水压力室: 主要由底座、 圆柱形水压力室和盖板组成, 底板与盖板之间分布有八根加固螺栓, 通过密封垫圈将圆柱形水压力室固定在底座和盖板之间。水压力室采用不锈钢和有机玻璃制作, 以便承受较大压力。

压力控制系统: 由内部压力传导系统和外部压力控制系统组成。在水压力室底部安装一个压力传感带与外部压力控制系统相接, 该压力传感带与外部压力控制系统相连; 外部压力控制系统由供压装置和高精度压力表以及压力传导管道组成, 通过高精度压力表将15MP压力转变为0～1.4MP(量程范围)的压力传递到压力传感带(稳压状态), 通过压力传感带将压力传递给水, 进而控制水压力室中的水压, 满足实验要求达到的压力状态。

动、 静水模拟控制系统: 该系统由稳压电源、 直流电机、 叶轮组成。 直流电机安装在水压力室的底板下部, 通过转轴与水压力室内部的叶轮相连。 可以模拟在动水状态下岩石的溶解特征, 也可以模拟在静水状态下岩石的溶解特征; 同时, 通过控制直流电机转速进一步模拟在不同动水状态下岩石的溶解特征。 与压力控制系统组合可以进一步模拟在水库库水压力状态下(具有一定的流速情况下)的水-岩作用。 同时在水压力室下部设置水样采集口, 通过水样分析研究岩石溶解特征。

(2)岩石溶解仪操作步骤

a. 压力室放置试样。 首先将制备好的岩样放入水压力室内, 分层直立或横卧摆放;盖上盖板并将加固螺栓拧紧, 固定好。

b. 压力室充水。 通过进水管向水压力室内注水, 注水期间将放气螺丝打开, 将水压力室内空气排除, 直至水漫出注水管后, 封闭进水管, 拧紧放气螺丝。

c. 控制压力室水压力。 连接外部压力控制系统与内部压力控制系统, 确认连接完成后, 将总控箱中的气源压力调节阀全部放开(拧至最松位置), 放气阀放到“开”的位置。 缓慢旋转气源压力调节阀, 按照实验要求调节压力, 并通过外部压力系统通过压力传到装置将压力传递给水, 保证水-岩作用是在一定库水条件下进行。

d. 取出试样。 完成一个实验周期之后(实验流程要求), 获取试样之前, 首先关闭总气源(氮气瓶), 按照试验流程调节阀慢慢将气源压力减小, 打开放气阀以及放气螺丝,使残余气体放出。 开放水样采集口, 获取足够水样供分析。 取出岩样做相应分析。

(3)岩石溶解试验仪的特点

该仪器制作的优点是: 结构简单、 易操作、安全可靠, 可以模拟库区岩体所处不同水压力环境, 根据需要保持或调节水压力状态模拟库水位升降; 设置动、 静水模拟控制系统, 以模拟库水扰动; 设置取水管道, 以便分析离子浓度的变化。

该仪器可以模拟在库水升降条件及水压力状态下岩石所处的水环境, 为研究库水条件下水-岩作用机理及力学特性而提供一套室内实验平台。