1.本发明属于多孔介质材料渗透溶蚀模拟试验技术领域，具体涉及一种模拟灰岩地基夹层渗透溶蚀装置及方法。特别适用于灰岩地基夹层包括石灰岩断裂带、破碎带中的碳酸盐材料的渗透溶蚀装置及方法。
背景技术：2.石灰岩是一种以caco3为主要成分的天然矿物，广泛存在于水利工程中，但是，灰岩段，基础中普遍存在软弱夹层，岩溶十分发育。在长期的运行过程中，灰岩地基夹层会在环境水作用下发生分解，在浓度梯度和水力梯度的作用下析出，导致基础承载力下降，沉降增加，影响工程安全和效益。
3.现有的渗透溶蚀装置，常采用体积控制器来施加压力。在渗透溶蚀过程中，由于材料的孔隙率和渗透系数不断增加，因此，随着溶蚀过程的进行，所需要的溶液体积越来越大。受制于体积控制器的容积，导致渗透溶蚀过程中需要多次补充溶液，试验过程存在间断、不精确的问题。并且，溶蚀室装置较为复杂，安装试件较为费时，造价较高。灰岩地基夹层的渗透溶蚀试验耗时较长，如果不能同时开展多组试验，则会导致试验周期特别长，消耗过多人力物力。因此，需要一种造价较为低廉且能够模拟水利工程中灰岩地基夹层实际运行条件的装置，来获得不同条件下的渗透溶蚀试件，以研究溶蚀过程中的材料力学、渗透特性，为大型水利工程如高坝(混凝土重力坝、拱坝、面板堆石坝)、通航建筑物及以及引调水工程的长期服役安全提供指导。
技术实现要素：4.本发明的目的就是为了解决上述背景技术存在的不足，以及单个溶蚀室造价高，难以同时开展多组渗透溶蚀试验的问题，提供一种模拟灰岩地基夹层渗透溶蚀装置及方法。
5.本发明采用的技术方案是：一种模拟灰岩地基夹层渗透溶蚀装置，包括空气压缩机、压力储气罐、渗透压力伺服控制系统、压力储液罐和溶蚀装置；所述空气压缩机所压缩的空气存储在压力空气罐中，所述压力储气罐通过管路与渗透压力伺服控制系统连接，所述渗透压力伺服控制系统通过管路与压力储液罐连接，所述压力储液罐通过管路与多个并联的溶蚀装置连接；所述溶蚀装置包括上部的渗压管、中间的溶蚀室和下部的出液室三部分，所述溶蚀室用于装填的灰岩地基夹层试件。
6.进一步优选的结构，所述压力储气罐通过空压机电源开关控制开闭，所述压力储气罐与渗透压力伺服控制系统之间的管路上设有压力储气罐气压表和压力储气罐阀门；所述渗透压力伺服控制系统与压力储液罐之间的管路上设有压力储液罐阀门。
7.进一步优选的结构，所述渗透压力伺服控制系统包括设于管路上的单向阀、电磁阀、接触器和数字式压力控制表，所述接触器设于电磁阀的电磁阀线圈与数字式压力控制表之间，所述数字式压力控制表通过设置最大压力和最小压力值来实现控制渗透压力在所
需要的范围内。当压力小于设置压力的下限时，数字式压力控制表输出信号给接触器，打开电磁阀，来给装置补充压力，当压力超过设置压力的上限时，数字式压力控制表输出信号关闭电磁阀，压力控制精度为1kpa，调节范围为0～1.0mpa，可根据需要选配数字式压力控制表量程。
8.所述电磁阀为常闭电磁阀，通体采用304不锈钢材质，一体式隔磁管，反应更加灵敏。
9.所述接触器为通用型9a 220v交流接触器，主触点为三相常开就，辅助触点可接控制信号。
10.所述单向阀为304不锈钢内丝单向阀，阀门两端接快速插头，开启压力为1.2kg，适用于450℃以下温度。
11.进一步优选的结构，所述压力储液罐罐体包括罐体，采用304不锈钢制成，可承受弱酸性或碱性溶液侵蚀作用，溶液隔膜固定在所述罐体中部，并拧紧螺栓来密封，为防止在试验过程中溶液进入渗压伺服控制系统管路，设置了溶液隔膜，所述罐体由溶液隔膜分为两部分，上部通压力气体，下部为侵蚀溶液，罐体顶部设置有排气阀、精密压力调节阀、通气接口和压力表。压力储液罐的总体积为20l，单次最多渗透体积为10l，可根据需要选配更大体积的压力储液罐，如40l、80l、120l等。
12.进一步优选的结构，所述压力储液罐上方设有顶部盖板，所述顶部盖板下表面设有凹槽，密封条粘在凹槽中间，所述压力储液罐的筒体嵌入顶部盖板的凹槽内，通过储液罐密封螺栓和密封螺栓基座配合将所述压力储液罐顶部密封，所述密封螺栓基座固定于所述压力储液罐筒体外壁，所述储液罐密封螺栓穿过顶部盖板后旋入密封螺栓基座内。
13.进一步优选的结构，所述压力储液罐底部设有排液阀门、排液管道和储液罐支架；所述压力储液罐外壁下部设有用于与溶蚀装置连通的储液罐溶蚀室管道，所述储液罐溶蚀室管道上设有出液阀门。
14.进一步优选的结构，所述溶蚀室外部从内至外依次设有内防水密封胶、外防水密封胶和pvc保护管。
15.进一步优选的结构，所述渗压管与溶蚀室之间通过第一密封结构密封，所述溶蚀室与出液室之间通过第二密封结构密封；所述第一密封结构包括渗压管底部设置的渗压室法兰、溶蚀室顶部设置的溶蚀室顶部法兰、设于渗压室法兰与溶蚀室顶部法兰之间的溶蚀室密封垫片，所述渗压室法兰、溶蚀室密封垫片和溶蚀室顶部法兰通过密封螺栓、密封螺栓垫片和密封螺母固定；所述第二密封结构包括溶蚀室底部设置的溶蚀室底部法兰、出液室顶部设置的出液室法兰、设于溶蚀室底部法兰与出液室法兰之间的溶蚀室密封垫片和不锈钢垫片。
16.进一步优选的结构，所述渗压管顶部设有渗压管入液口和渗压管排气口；所述出液室底部设有出液室出液口和出液管排气口。
17.进一步优选的结构，所述溶蚀室中所装填的灰岩地基夹层试件尺寸为直径50mm，高度100mm的标准圆柱形试件。
18.多个并联的所述溶蚀装置通过五通与压力储液罐连接，可一次进行多组试验，所述五通还连接堵头接管和堵头；所述溶蚀装置数量与压力储液罐罐体相匹配，压力储液罐的容积要大于1.5倍的溶蚀装置总容积。
19.一种模拟灰岩地基夹层渗透溶蚀装置的方法，包括以下步骤：
20.步骤1：装填试件，首先将灰岩地基夹层试件封装在pvc管中，封装可采用703胶或704胶，待其凝结以后将带有pvc保护管的灰岩地基夹层试件封装在溶蚀室中；
21.步骤2：打开空气压缩机，给压力储气罐充气，压力储气罐的气压要大于数字式压力控制表控制气压上限；
22.步骤3：关闭压力储液罐阀门，打开压力储气罐阀门，给渗透压力伺服控制系统通电，检验压力储气罐和渗压伺服控制系统的连接管路的气密性，气密性好，进入下一步，若有漏气点，及时处理；
23.步骤4：连接储液罐溶蚀室管道，通过对压力储液罐加压来排出管路中的空气，排气后将溶蚀室与管路中的五通接口连接起来，所有的溶蚀室之间采用并联接法；
24.步骤5：对压力储液罐开始加压，验证储液罐溶蚀室管道的密封性，密封性好就进行下一步，若有漏液点，及时处理；
25.步骤6：重新设置数字式压力控制表，设置进行溶蚀试验的渗透压力下限和上限，打开装置压力储气罐阀门、压力储液罐阀门、出液阀门，关闭排液阀门，排气阀门，精密压力调节阀，进行溶蚀试验；
26.步骤7：当加压完毕后，为了获得更加精准的渗透压力，可打开精密压力调节阀，对压力储液罐中的出液压力进行精调；
27.步骤8：当溶蚀试验过程中压力储气罐中的气压小于数字式压力控制表所设置的上限时，可关闭压力储气罐阀门，打开空压机电源开关，压力储气罐进行增压，待增压完毕后，关闭空压机电源开关，打开压力储气罐阀门，继续进行试验；
28.步骤9：当溶蚀试验完成以后，先关闭压力储气罐阀门和渗透压力伺服控制系统电源开关，缓慢打开排气阀，将压力储液罐和管路中的压力释放出来，然后打开排液阀门，将剩余的侵蚀溶液排出；
29.步骤10：打开渗压管排气口和出液管排气口，将溶蚀室中的侵蚀溶液排出，拆分溶蚀室，然后通过万能试验机取出侵蚀后的灰岩地基夹层试件。对灰岩地基夹层试件进行渗透试验和力学特性试验来研究渗透溶蚀过程中材料特性劣化规律。
30.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
31.(1)本发明可以对灰岩地基夹层提供高水力梯度的化学侵蚀环境，在渗透溶蚀过程中，整个装置保持在设置的温度下，可以方便进行不同水力梯度、温度下的渗透溶蚀试验；
32.(2)本发明所施加的渗透压力是通过使用空气压缩机压缩空气来实现的，避免了造价较高的体积控制器的使用，可以降低了装置的成本；
33.(3)本发明所采用的空气压缩机、压力储气罐和压力储液罐，可以极大的增加可供使用的侵蚀溶液体积，避免了体积控制器容量小的问题，在试验过程中，一次充装侵蚀溶液，即可完成多组试样的溶蚀；
34.(4)本发明所提供的溶蚀室，结构简单，密封性好，可靠性高，单个造价小于300元，可极大的降低单个试件的溶蚀试验费用，可以制作多组溶蚀室，同时开展不同配合比的灰岩地基夹层和水泥基材料的渗透溶蚀试验；
35.(5)本发明可进行不同水力梯度下的渗透溶蚀试验，可直接通过数字式压力控制
表来进行设置，配合精密压力调节阀，可以更加精确的调节渗透压力大小，提高试验精度；
36.(6)本发明所提供的压力储液罐，中间设置溶液隔膜，使渗透压力伺服控制系统和侵蚀性溶液分隔开，不会产生侵蚀溶液倒灌进入伺服装置管路情况，配合单向阀，整个装置安全性好；
37.(7)本发明所提供的溶蚀室，为了防止在溶蚀过程中渗透压力过大而导致防水密封胶破坏，在排液管与溶蚀室连接处设置了不锈钢垫片，可提供支持力，保护防水密封胶；
38.(8)本发明所提供的pvc保护管，可以保证在拆卸溶蚀室，取出渗透溶蚀劣化的试样时，不会因密封胶和试样的直接粘结而产生的过大拉力破坏劣化后的试件；
39.(9)本发明所采用的侵蚀溶液可替换成为不同浓度的硫酸钠溶液，来进行不同水力梯度和不同温度下的硫酸盐渗透侵蚀灰岩地基夹层试验；
40.(10)在使用本发明开始渗透溶蚀/侵蚀试验以后，对溶蚀/侵蚀劣化的试样进行渗透特性试验、力学特性试验和细微观结构试验，研究灰岩地基夹层在不同类型侵蚀离子渗透溶蚀/侵蚀作用下的劣化规律。
41.本发明通过空气压缩机提供压力气体，存储于压力储气罐中作为力源，采用渗透压力伺服控制系统来保证渗透压力的长期稳定，压力储液罐用来提供压力侵蚀溶液，溶蚀装置结构简单，安装方便，造价较低，可通过并联方式同时开展多组试验。可以提供长期稳定渗透压力又可以提供不同温度和不同化学侵蚀物质作用的技术性好且经济的装置。可用于研究水利工程的灰岩地基夹层长期服役性能的劣化规律。
附图说明
42.图1是本发明结构示意图；
43.图2是本发明的压力储液罐结构示意图：
44.图3是本发明的溶蚀装置结构示意图；
45.图4是本发明的灰岩地基水平层状分布夹层示意图；
46.图5是本发明的灰岩地基垂直层状分布夹层示意图。
47.其中，1-空气压缩机，2-压力储气罐，3-空压机电源开关，4-压力储气罐气压表，5-压力储气罐阀门，6-第一气管，7-单向阀，8-第二气管，9-电磁阀，10-电磁阀线圈，11-第三气管，12-接触器，13-数字式压力控制表，14-压力储液罐阀门，15-压力储液罐，16-储液罐密封螺栓，17-排气阀，18-精密压力调节阀，19-通气接口，20-压力表，21-顶部盖板，22-密封条，23-密封螺栓基座，24-溶液隔膜，25-出液阀门，26-储液罐溶蚀室管道，27-排液阀门，28-排液管道，29-储液罐支架，30-渗压管入液口，31-渗压管排气口，32-渗压管，33-密封螺栓，34-密封螺栓垫片，35-渗压室法兰，36-溶蚀室密封垫片，37-溶蚀室顶部法兰，38-密封螺母，39-溶蚀室，40-外防水密封胶，41-内防水密封胶，42-pvc保护管，43-溶蚀室底部法兰，44-溶蚀室密封垫片，45-不锈钢垫片，46-出液室，47-出液室出液口，48-出液管排气口，49-五通，50-堵头接管，51-堵头，52-溶蚀装置，a-基岩，b-石膏。
具体实施方式
48.下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明，便于清楚地了解本发明，但它们不对本发明构成限定。
49.如图1—图3所示，一种模拟灰岩地基夹层渗透溶蚀装置，包括空气压缩机1、渗透压力伺服控制系统、压力储液罐15和溶蚀装置52。空气压缩机1所压缩的空气存储在压力空气罐2中，压力储气罐2通过管路与渗透压力伺服控制系统连接，渗透压力伺服控制系统通过管路与压力储液罐15连接，压力储液罐15通过管路与多个并联的溶蚀装置52连接；溶蚀装置52包括上部的渗压管32、中间的溶蚀室39和下部的出液室46三部分，溶蚀室39用于装填的灰岩地基夹层试件。
50.空气压缩机1包括两个空压电机，也可根据需要选用更多的电机，电机所用电源为220v交流电源，空压机电源开关3为立式单孔开关，提升开关时空气压缩机1开始运行，控制空气压缩机1的运行，通过压力储气罐气压表4读取空气压缩机的实时气压，空气压缩机1所压缩的空气存储在压力空气罐2中，在达到需要气压时是按下空压机电源开关3，空气压缩机1停止工作。
51.空气压缩机1提供气压，然后存储在压力储气罐2中备用，压力储气罐的体积可根据需要选择40l，60l，80l或者100l。压力储气罐的最大压力可选择0.8mpa，1.5mpa或2mpa。
52.空气压缩机1与渗透压力伺服控制系统、渗透压力伺服控制系统与压力储液罐15、压力储液罐15与溶蚀室39之间的接头都采用pu快速接头连接，所采用的管路均为pu高压气管，溶蚀室39的排气口采用pu管和快接堵帽来封口。
53.压力储气罐2通过空压机电源开关3控制开闭，压力储气罐2与渗透压力伺服控制系统之间的管路上设有压力储气罐气压表4和压力储气罐阀门5；渗透压力伺服控制系统与压力储液罐15之间的管路上设有压力储液罐阀门14。
54.渗透压力伺服控制系统包括设于管路上的单向阀7、电磁阀9、接触器12和数字式压力控制表13，接触器12设于电磁阀9的电磁阀线圈10与数字式压力控制表13之间，数字式压力控制表13通过设置最大压力和最小压力值来实现控制渗透压力在所需要的范围内。当压力小于设置压力的下限时，数字式压力控制表13输出信号给接触器12，打开电磁阀9，来给装置补充压力，当压力超过设置压力的上限时，数字式压力控制表13输出信号关闭电磁阀9，压力控制精度为1kpa，调节范围为0～1.0mpa，可根据需要选配数字式压力控制表13量程。
55.电磁阀9为常闭电磁阀，通体采用304不锈钢材质，一体式隔磁管，反应更加灵敏。
56.接触器12为通用型9a 220v交流接触器，主触点为三相常开就，辅助触点可接控制信号。
57.单向阀7为304不锈钢内丝单向阀，阀门两端接快速插头，开启压力为1.2kg，适用于450℃以下温度。
58.压力储液罐罐体15包括罐体，采用304不锈钢制成，可承受弱酸性或碱性溶液侵蚀作用，溶液隔膜24固定在罐体中部，并拧紧螺栓来密封，为防止在试验过程中溶液进入渗压伺服控制系统管路，设置了溶液隔膜24，罐体由溶液隔膜24分为两部分，上部通压力气体，下部为侵蚀溶液，罐体顶部设置有排气阀17、精密压力调节阀18、通气接口19和压力表20。压力储液罐的15的总体积为20l，单次最多渗透体积为10l，可根据需要选配更大体积的压力储液罐，如40l、80l、120l等；
59.压力储液罐15上方设有顶部盖板21，顶部盖板21下表面设有凹槽，密封条22粘在凹槽中间，压力储液罐15的筒体嵌入顶部盖板21的凹槽内，通过储液罐密封螺栓16和密封
螺栓基座23配合将压力储液罐15顶部密封，密封螺栓基座23固定于压力储液罐15筒体外壁，储液罐密封螺栓16穿过顶部盖板21后旋入密封螺栓基座23内。
60.压力储液罐15底部设有排液阀门27、排液管道28和储液罐支架29；压力储液罐15外壁下部设有用于与溶蚀装置52连通的储液罐溶蚀室管道26，储液罐溶蚀室管道26上设有出液阀门25。
61.溶蚀室39外部从内至外依次设有内防水密封胶41、外防水密封胶40和pvc保护管42。
62.渗压管32与溶蚀室39之间通过第一密封结构密封，溶蚀室39与出液室46之间通过第二密封结构密封；第一密封结构包括渗压管32底部设置的渗压室法兰35、溶蚀室39顶部设置的溶蚀室顶部法兰37、设于渗压室法兰35与溶蚀室顶部法兰37之间的溶蚀室密封垫片36，渗压室法兰35、溶蚀室密封垫片36和溶蚀室顶部法兰37通过密封螺栓33、密封螺栓垫片34和密封螺母38固定；第二密封结构包括溶蚀室39底部设置的溶蚀室底部法兰43、出液室46顶部设置的出液室法兰、设于溶蚀室底部法兰43与出液室法兰之间的溶蚀室密封垫片44和不锈钢垫片45。
63.渗压管32顶部设有渗压管入液口30和渗压管排气口31；出液室46底部设有出液室出液口47和出液管排气口48。
64.溶蚀室39中所装填的灰岩地基夹层试件尺寸为直径50mm，高度100mm的标准圆柱形试件。
65.多个并联的溶蚀装置52通过五通49与压力储液罐15连接，可一次进行多组试验，五通49还连接堵头接管50和堵头51；溶蚀装置52数量与压力储液罐15罐体相匹配。
66.一种灰岩地基夹层材料渗透溶蚀试验方法，包括以下步骤：
67.第一步，试件取样，在工程现场采用钻芯取样机获得直径50mm高度100mm试件，根据灰岩地基夹层的分布特征，分别取水平灰岩地基夹层试件和垂直灰岩地基夹层试件，如图4—图5所示；
68.第二步，将pvc保护管42一端用透明胶带封装，然后向其注入一定量的703胶，然后将试件旋转放入pvc保护管42中，待其风干后，拆除pvc保护管42底部的透明胶带，然后封装溶蚀室39的一端，并向其注入一定量的703胶，将带有pvc保护管42的试件旋转放入溶蚀室39，待其风干后，拆除透明胶带；
69.第三步，安装渗压管32，将溶蚀室密封垫片36置于封装好的溶蚀室39顶部，然后将渗压管压在溶蚀室39上面，在渗压管法兰35螺孔处放置密封螺栓垫片36，然后将密封螺栓33穿过密封螺栓垫片36、渗压管法兰35、溶蚀室顶部法兰37，并用密封螺母38安装在封螺栓33上，重复上述操作直到四个密封螺栓全部安装完毕；
70.第四步，检测渗压管32和溶蚀室39之间的密封性，通过渗压管入液口30向渗压管32内部注水，当注满以后，堵头接管和堵头来封住排气口，然后采用空气压缩机1通给渗压管加压至500kpa，观察是否有水流出，若没有明显水柱或滴水出现则装置密封性良好；
71.第五步，安装出液室46，将溶蚀室密封垫片44置于封装好的溶蚀室39底部，然后将不锈钢垫片45置于两枚溶蚀室密封垫片44中间，然后采用第三步中安装螺栓方法，将出液室46与溶蚀室39组装起来，然后重复第四步方法，检查出液室46与溶蚀室39之间的密封性，若装置密封性良好，则进入下一步；
72.第六步，打开溶蚀装置52的渗压管排气口31和出液管排气口48，通过虹吸原理像溶蚀装置52的渗压管和出液罐内注入试验用的侵蚀溶液，注满以后，封闭渗压管排气口31和出液罐排气口48；
73.第七步，组装压力储液罐15，将排气阀17、精密压力调节阀18、通气接口19和压力表20、出液阀门25、排液阀门27装配在压力储液罐15上，装配完成以后，将溶液隔膜24封装在压力储液罐15中部，封装方法同第三步；封装完溶液隔膜24后，将顶部盖板21扣在储液罐顶部，然后转动储液罐密封螺栓16置于顶部盖板21上，旋紧储液罐密封螺栓16，顶部盖板21和罐体紧密封装起来，通过排液阀门27将储液罐底部注满侵蚀溶液；
74.第八步，组装渗透压力伺服控制系统，将单向阀7、电磁阀线圈10、接触器12和数字式压力控制表13采用第一气管6、第二气管8、第三气管11连接起来，并设置数字式压力控制表的气密性验证所需要的控制气压下限和上限；
75.第九步，打开空气压缩机1的空压机电源开关3，给压力储气罐2充气，压力储气罐气压表4读取气压罐的气压值，通过气罐的气压要大于数字式压力控制表控制气压上限，待充气完毕后，关闭空压机电源开关3；
76.第十步，关闭压力储液罐阀门14，打开压力储气罐阀门5，给压力伺服系统通电，检验压力储气罐2和渗压伺服控制系统的连接管路的气密性，气密性好，进入下一步，若有漏气点，及时处理；连接储液罐溶蚀室管道26，通过对压力储液罐15加压来排出管路中的空气，排气后将溶蚀室39与管路中的五通49接口连接起来，所有的溶蚀室39之间采用并联接法；
77.第十一步，对压力储液罐2开始加压，验证储液罐-溶蚀室之间并联管路的密封性，密封性好就进行下一步，若有漏液点，及时处理；
78.第十二步，重新设置数字式压力控制表13，设置进行溶蚀试验的渗透压力下限和上限，打开压力储气罐阀门5、压力储液罐阀门14、出液阀门25，关闭排液阀门27，排气阀17，精密压力调节阀18，进行溶蚀试验；
79.第十三步，当加压完毕后，为了获得更加精准的渗透压力，可打开精密压力调节阀18，对压力储液罐15中的出液压力进行精调；
80.第十四步，当溶蚀试验过程中压力储气罐2中的气压小于数字式压力控制表13所设置的上限时，可关闭压力储气罐阀门5，打开空压机电源开关3，压力储气罐2进行增压，待增压完毕后，关闭空压机电源开关3，打开压力储气罐阀门5，继续进行试验；
81.第十五步，当溶蚀试验完成以后，先关闭压力储气罐阀门5和渗透压力伺服控制系统电源开关，缓慢打开排气阀17，将压力储液罐15和管路中的压力释放出来，然后打开排液阀门27，将剩余的侵蚀溶液排出；
82.第十六步，打开渗压管排气口31和出液室排气口48，将溶蚀装置52中的侵蚀溶液排出，拆分溶蚀装置52，然后通过万能试验机使用套管取出侵蚀后的在pvc保护管42中的试样，对试样进行渗透试验和力学特性试验来研究渗透溶蚀过程中材料特性劣化规律。
83.本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。