一種巖石軟化表面電化學效應量測系統技術方案

本發明專利技術涉及一種巖石軟化表面電化學效應量測系統，該系統電勢-PH值聯合量測系統、表面損傷高分辨觀測系統、多通道動態三維成像處置系統組成。其主要優點在于能夠在水溶液環境下不間斷立體量測標準與非標準巖石樣品遇水軟化全過程的表面電化學效應演化規律，對于揭示巖石遇水軟化表面效應形成機制，具有十分重要的科學意義和實際應用價值。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于巖土工程試驗儀器領域，特別涉及一種巖石遇水軟化的表面電化學效應量測系統，適用于水溶液環境下不間斷立體量測標準與非標準巖石樣品遇水軟化全過程的表面電化學效應。
技術介紹
巖石遇水軟化是國際工程地質學科領域的前沿課題之一。其軟化效應研究是其中的重點和難點，是許多重大工程災害產生的根源，已經成為學術界與工程界共同關注的焦點。目前，通過實驗在其軟化機制、變形破壞的力學效應及其本構模型方面已經開展了較多工作，初步形成了巖石軟化研究的基本理論框架。但是，在巖石軟化全過程中有一個非常值得關注的現象:巖石軟化的表面效應。即:水溶液中巖石軟化從表面開始，其表面特有的膨脹性礦物、粘土礦物、易溶性礦物或有機質組分等，遇水后由于各種物理的、化學的、力學的作用，其表面顆粒流失，孔隙變形，結構逐漸松散，加之電荷分布改變的影響，有時這種作用會非常迅速，導致表面損傷破壞，體積膨脹加劇，強度衰減，進而向內部擴展，最終導致巖石災難性的結構損傷。但是，這一表面效應研究剛剛引起關注，正處于研究起步階段。而這可能正是加劇工程巖體失穩破壞的關鍵原因之一。但是，目前還沒有專門用于研究巖石軟化表面效應的試驗儀器，特別是，相對于表面力學效應、物理效應測試手段，專門的巖石軟化的表面電化學效應測試儀器基本空白，只能借助精度低、穩定性差、非連續性、效率低、操作繁瑣的人工測試手段逐點進行測試，遠遠無法滿足巖石軟化表面效應定量研究的需要。因此，設計研制一種水溶液環境中巖石軟化的表面電化學效應量測系統，解決巖石軟化表電化學面效應試驗儀器欠缺的問題，對于揭示其表面效應形成機制，具有十分重要的科學意義和實際應用價值。
技術實現思路
本專利技術的目是，針對現有巖石軟化表面效應研究中專門試驗儀器欠缺的問，提供一種能夠在水溶液環境下不間斷立體量測標準與非標準巖石樣品遇水軟化全過程的表面電化學效應的試驗系統。本專利技術涉及的一種巖石軟化表面電化學效應量測系統，由電勢-PH值聯合量測系統、表面損傷高分辨觀測系統、多通道動態三維成像處置系統組成。1、電勢-PH值聯合量測系統電勢-PH值聯合量測系統由復用移動探針、電位-PH復合雙電極、三維探針空心導軌、環形巖樣承臺、導線防腐與封裝模塊等組成，可實現巖石表面、水溶液的電勢、PH值的不間斷穩定同步量測，實現對標準與非標準巖樣遇水軟化表面電化學效應演化規律的精確量測。2、表面損傷高分辨觀測系統表面損傷高分辨觀測系統由三維可調導軌、高分辨圖像采集器與智能圖像采集控制器及其軟件等組成，可實現對巖樣表面裂隙等細觀損傷產生和發展進行全過程高分辨捕捉與記錄，實現水溶液條件下不間斷穩定觀測巖石軟化表面損傷演化規律。3、多通道動態三維成像處置系統多通道動態三維成像處置系統由多通道同步量測模塊、動態三維快速成像處置模塊等組成，可實現巖石表面、水溶液的電勢、PH值及巖石損傷的同步立體量測控制，實現巖石表面損傷、電勢、PH值等云圖的三維快速成像與演化規律分析。本專利技術具有以下優點:1、能夠實現標準與非標準巖樣軟化過程中表面、水溶液的電勢、PH值的不間斷穩定同步量測。2、能夠實現水溶液條件下巖樣表面裂隙等細觀損傷產生和發展進行全過程不間斷穩定高分辨捕捉與記錄。3、能夠實現巖石表面、水溶液的電勢、PH值及巖石損傷的同步立體量測控制。4、能夠實現巖石遇水軟化過程中表面損傷、電勢、PH值等云圖的三維快速成像與演化規律分析。5、本系統精度高、穩定性高、連續性且效率高、結構簡單、操作方便，對試驗測試人員沒有很強的技術要求。附圖說明圖1是本專利技術的整體組成結構示意圖，圖2是電勢-PH值聯合量測系統結構示意圖。其中:A.電勢-PH值聯合量測系統:Al.環形巖樣承臺；A2.三維探針空心導軌；A3.電位-PH復合雙電極;A4.復用移動探針；A5.導線防腐與封裝模塊;A6.電極安裝環。B.表面損傷高分辨觀測系統:B1.三維可調導軌；B2.高分辨圖像采集器；B3.智能圖像采集控制器；B4.豎向移動固定環；B5.豎向支桿。C.多通道動態三維成像處置系統:C1.多通道同步量測模塊；C2.動態三維快速成像處置模塊；C3.復用移動探針導線；C4.電位-PH復合雙電極導線；C5.高分辨圖像采集器與控制器導線；C6.多通道同步量測模塊導線；C7.高性能計算機。D.水溶液進出控制通道。E.玻璃容器。圖3是具體試驗實施方式流程圖。具體實施例方式以下結合附圖對本專利技術的技術方案進一步說明:1、電勢-PH值聯合量測系統Al.環形巖樣承臺與A2.三維探針空心導軌一次鑄模加工成型，并在表面噴涂防腐材料；在Al.環形巖樣承臺量測分別設置A6.電極安裝環，將A3.電位-PH復合雙電極布置在A6.電極安裝環上；在A2.三維探針空心導軌側面與上下底面布設A4.復用移動探針，A4.復用移動探針與A3.電位-PH復合雙電極、Cl.多通道同步量測模塊的聯接導線布設于A2.三維探針空心導軌內部空腔內，并用A5.導線防腐與封裝模塊進行保護，從而保證試驗不受導線干擾與導線自身免受溶液腐蝕。試驗過程中，A.電勢-PH值聯合量測系統首先放AXAE.玻璃容器中，再將巖石樣品放置在Al.環形巖樣承臺上；A4.復用移動探針布設于A2.三維探針空心導軌側面與上下底面，可根據巖石樣品形狀與量測布設需要在A2.三維探針空心導軌上進行移動與折疊，;通過D.水溶液進出控制通道向E.玻璃容器注入所需溶液；最后，根據電勢、PH值量測需要啟用其中一個A3.電位-PH復合雙電極、另外一個作為備用，或兩個同時啟用，從而完成A4.復用移動探針對電勢-PH值的聯合量測。2、表面損傷高分辨觀測系統B2.高分辨圖像采集器安裝在B1.三維可調導軌上的可遙控動力裝置，B1.三維可調導軌通過B4.豎向移動固定環固定在B5.豎向支桿上，并可通過B4.豎向移動固定環上的固定旋鈕來調節B1.三維可調導軌的高度，環形導軌E5在一側開有活動接口，可沿一定方向打開，方便裝卸。試驗過程中，B.表面損傷高分辨觀測系統置于E.玻璃容器外側；同時，B2.高分辨圖像采集器在B3.智能圖像采集控制器的控制下，可沿B1.三維可調導軌自由移動，實現水溶液條件下對巖樣表面裂隙等細觀損傷產生和發展進行全過程不間斷穩定高分辨捕捉與記錄，實時觀測巖石軟化表面損傷演化規律。3、多通道動態三維成像處置系統A3.電位-PH復合雙電極、A4.復用移動探針通過C3.復用移動探針導線、C4.高分辨圖像采集器與控制器導線與Cl.多通道同步量測模塊相連；C1.多通道同步量測模塊設置有多個通道的內置電表，可實現多個A4.復用移動探針同時進行數據采集與記錄工作；B2.高分辨圖像采集器、B3.智能圖像采集控制器通過C5.高分辨圖像采集器與控制器導線與Cl.多通道同步量測模塊相連；Cl.多通道同步量測模塊通過C6.多通道同步量測模塊導線與C2.動態三維快速成像處置模塊、C7.高性能計算機相連，實現數據同步解調與快速分析處置。試驗過程中，Cl.多通道同步量測模塊根據分析需要設置數據采集頻率，將巖石表面、水溶液的電勢、PH值及裂隙損傷等數據同步解調之后，傳至Cl.多通道同步量測模塊；C1.多通道同步量測模塊采用數據挖掘與數字化技術，建立多元異構量測數據快速處置系統，實現巖石表面損傷、電勢、PH值等云圖的三維快速成像與演本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種巖石軟化表面電化學效應量測系統，包括電勢?PH值聯合量測系統、表面損傷高分辨觀測系統、多通道動態三維成像處置系統組成。其特征在于：所述電勢?PH值聯合量測系統由復用移動探針、電位?PH復合雙電極、三維探針空心導軌、環形巖樣承臺、導線防腐與封裝模塊等組成；所述的表面損傷高分辨觀測系統由三維可調導軌、高分辨圖像采集器與智能圖像采集控制器及其軟件等組成；所述的多通道動態三維成像處置系統由多通道同步量測模塊、動態三維快速成像處置模塊等組成。該試驗系統可實現能夠在水溶液環境下不間斷立體量測標準與非標準巖石樣品遇水軟化全過程的表面電化學效應演化規律。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：劉鎮，周翠英，
申請(專利權)人：中山大學，
類型：發明
國別省市：