CN103792333B - 模拟多环境岩石崩解过程实时测定仪 - Google Patents

模拟多环境岩石崩解过程实时测定仪 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种模拟多环境岩石崩解过程实时测定仪,其由崩解容器系统、溶液系统、干湿循环系统、自动筛分系统、数据监测系统和支撑底座系统六个部分组成。所述模拟多环境岩石崩解过程实时测定仪可以实现高仿真模拟岩石在动态淋水、静态浸水、干湿循环、风干及温度变化等环境条件中岩石崩解状态的观测描述,并可实时连续性监测各种粒径崩解物质量变化情况,从而分析岩石崩解特性及评价岩石自持能力,可以广泛适用于工程地质勘察队、高校及科研单位等的一种新型试验设备。

Description

模拟多环境岩石崩解过程实时测定仪

技术领域

[0001]本发明涉及一种岩石崩解试验设备,特别是一种通过多种组件的组合,可以实现模拟多种环境条件下岩石崩解状况的实时观察和崩解物的定量监测,从而研究岩石崩解特性及评价岩石自持能力的一种新型试验仪器。

背景技术

[0002]国内外对于岩石崩解性的试验研究主要有两种方法:耐崩解性试验和普通崩解试验。

[0003] 耐崩解试验方法规范,国外主要为国际岩石力学学会(ISRMH979年建议的方法,我国自最早1999年发布中国工程岩体试验方法标准(GB/T50266-99)之后,又有《水利水电工程岩石试验规程KSL264-2001)和《公路工程岩石试验规程》(JTG E41-2005)。这些试验规程大致方法相同,在耐崩解性试验过程中存在较大缺陷和局限性:岩样受到了机械强烈的外动力扰动,试验时间短岩石中水分迀移不完全,无法实时观测岩石的崩解状况,且并不符合岩石实际崩解过程。

[0004]普通崩解试验常用方法是将岩样静置于空气或崩解溶液中,观察岩石崩解情况,烘干崩解物后筛分计算级配变化曲线。普通崩解试验过程比较符合实际岩石崩解情况,但是实验室条件下存在人工操作费时费力,误差大,无法实时连续性测定崩解物不同条件下颗粒级配变化,崩解水溶液不容易循环使用保存等缺点;中国科学院地质与地球物理研究所发明的岩石静态崩解过程仪,只能测定岩石浸水单一条件下不同粒径崩解物质量变化,且若考虑水的浮力及崩解物间的粘聚力作用,所测得不同粒径崩解物的质量并非真实质量,天平读数无法自动实时采集数据,无法模拟动态淋水、干湿交叉及温度变化等多环境条件下岩石的崩解状况等缺点。

[0005]目前市场上和已有的研究中,暂无高仿真模拟不同环境条件下系统性实时定量连续性测定岩石崩解特性及评价岩石自持能力的试验设备。

发明内容

[0006]本发明所要解决的技术问题是提供一种结构设计相对简单,加工精细,体积适中,重量轻,便于组装和移动,且可以实现高仿真模拟岩石在动态淋水、静态浸水、干湿循环、风干及温度变化等条件中岩石崩解状态的观测描述,并实时连续性监测各种粒径崩解物质量变化情况,从而通过模拟分析不同环境条件下岩石崩解状况,研究岩石崩解特性及评价岩石自持能力的一种新型试验设备。

[0007]为解决上述技术问题,本发明是按如下方式实现的:本发明所述模拟多环境岩石崩解过程实时测定仪由崩解容器系统、溶液系统、干湿循环系统、自动筛分系统、数据监测系统和支撑底座系统六个系统组成;崩解容器系统由圆台状崩解桶、桶盖、9个不同直径和孔径标准筛、导滑槽、温度计和底部2个控制阀组成,其主要作用是提供岩石崩解场所,观察岩石崩解状态,实现模拟各种环境条件下岩石崩解进程中不同粒径崩解物的初步分离并监测崩解环境温度;溶液系统由集水箱、温度计、水位标尺、孔塞和底部一个控制阀组成,其主要作用是盛放并回收崩解溶液,测试溶液温度,并可随时取溶液样品做其他指标分析;干湿循环系统由控温鼓风机、小型水栗、水压表、流量计、转接接头、调速喷头、水管和控制阀组成,其主要作用是模拟实现崩解容器内岩石受淋水、浸水、风干、各种不同程度干湿交替及温度变化等的环境条件,调节并实时观测崩解液流量、压力及注入方式等;自动筛分系统由步进电机、机械手、机械臂、滑座和导轨组成,其主要作用是调控崩解容器系统的往复规律性滑动,实现标准筛动力往复筛分功能;数据监测系统由36个应变式质量传感器、数据线路、电脑主机及显示器组成,其主要作用是实现各环境条件下岩石崩解后不同粒径崩解物质量的实时测定,数据动态化处理分析过程;支撑底座系统由钢板框架、2个把手和2个脚轮组成,其主要作用是支撑上部各系统设备组件,并可通过脚轮实现整套实验器材的便捷式移动。

[0008]所述崩解桶有塑钢透明材料制成,底部设置有导滑槽。

[0009]所述桶盖中部设置有把手和开口,一侧设置有通气孔。

[0010] 所述标准筛配置不同直径和筛孔径,分别为c/I =380, =360,c/f340,¢/4=320,d 5 =300,d 6 =280,d 7 =260,d 5^240,d 9=220 1- 20, r 2 =10,_r 3=5, r 4-2, r 5 -l,r β -0.5?r z=0.25?r ^ =0.1?r ^ =0.075Wz为筛子直径,为筛孔直径,单位:_),并中间设置有提筛小把手。

[0011 ]所述集水箱有塑钢透明材料制成,设置有开孔。

[0012] 所述控温鼓风机可通过调节功率控制鼓风强度及加热温度。

[0013]所述调速喷头设置有多模式洒水功能的调节控制阀。

[0014]所述步进电机配置有信号接收及转换器,并连接电脑。

[0015]所述滑座底部配置有多个销钉,用于固定于钢板框架上。

[0016]所述应变式质量传感器固定于崩解桶侧壁,并焊接有钢片。

[0017]本发明的积极效果:本发明所述模拟多环境岩石崩解过程实时测定仪其结构设计相对简单,加工精细,体积适中,重量轻,便于组装和移动,且实现高仿真模拟岩石在动态淋水、静态浸水、干湿循环、风干及温度变化等过程中岩石的崩解状态观测描述,并实时连续性监测各种粒径崩解物质量变化情况,从而通过模拟不同环境条件下岩石崩解状况,分析岩石崩解特性及评价岩石自持能力的一种新型试验设备,并可以广泛适用于工程地质勘察队、高校及科研单位等的岩石崩解试验。

附图说明

[0018]下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

[0019]图1是本发明的整体结构示意图;

[0020]图2、图3是崩解容器部分的拆分结构示意图;

[0021 ]图4是应变式质量传感器放大示意图。

[0022]图中,I崩解桶2桶盖3标准筛4控制阀5导滑槽6集水箱7水位标尺

[0023] 8温度计9孔塞1控温鼓风机11小型水栗12水压表13流量计14转接接头

[0024] 15调速喷头16水管17步进电机18机械手19机械臂20滑座21导轨

[0025] 22应变式质量传感器23数据线路24电脑主机25显示器26钢板框架27把手

[0026] 28 脚轮。

具体实施方式

[0027]如图1所示,本发明是按如下方式实现的:本发明所述模拟多环境岩石崩解过程实时测定仪由崩解容器系统、溶液系统、干湿循环系统、自动筛分系统、数据监测系统和支撑底座系统六个系统组成;崩解容器系统由圆台状(I)崩解桶、(2)桶盖、9个不同直径dx和孔径rx(3)标准筛、(5)导滑槽、(8)温度计和底部2个(4)控制阀组成,其主要作用是提供岩石崩解的场所,观察岩石崩解状况,实现模拟各种环境条件下岩石崩解进程中不同粒径崩解物的初步分离并监测崩解环境温度;溶液系统由(6)集水箱、(7)水位标尺、(8)温度计、(9)孔塞和底部一个(4)控制阀组成,其主要作用是盛放并回收崩解溶液,测试溶液温度,并可随时取溶液样品做其他指标分析;干湿循环系统由(10)控温鼓风机、(11)小型水栗、(12)水压表、(13)流量计、(14)转接接头、(15)调速喷头、(16)水管和(4)控制阀组成,其主要作用是模拟实现崩解容器内岩石受淋水、浸水、风干、各种不同程度干湿交替及温度变化等环境条件,调节并实时观测崩解液流量、压力及注入方式等;自动筛分系统由(17)步进电机、

(18)机械手、(19)机械臂、(20)滑座和(21)导轨组成,其主要作用是调控崩解容器系统的往复规律滑动,实现标准筛动力往复筛分功能;数据监测系统由36个(22)应变式质量传感器、

(23)数据线路、(24)电脑主机及(25)显示器组成,其主要作用是实现各环境条件下岩石崩解后不同粒径崩解物质量的实时测定,数据动态化处理分析过程;支撑底座系统由(26)钢板框架、2个(27)把手和2个(28)脚轮组成,其主要作用是支撑上部崩解实验系统,并可通过脚轮实现整套实验器材的便捷式移动。

[0028]所述(I)崩解桶有塑钢透明材料制成,底部设置有(5)导滑槽。

[0029]所述(2)桶盖中部设置有把手和开口,一侧设置有通气孔。

[0030] 所述(3)标准筛配置不同直径和筛孔径,分别为c/ i=380,d尸360,d尸340,d 4=320,d 5=300,d 6=280,d 7=260,d f240,d s^220 ;r i=20,r ,r ,r 4=2, r 5=1,r 6=0.5,r 7=0.25,r 6-0.1,riF0.075(c/ x为筛子直径,r x为筛孔直径,单位:mm),并中间设置有提筛小把手。

[0031]所述(6)集水箱有塑钢透明材料制成,设置有开孔。

[0032] 所述(10)控温鼓风机可通过调节功率控制鼓风强度及加热温度。

[0033]所述(15)调速喷头设置有多模式洒水功能调节(4)控制阀。

[0034]所述(17)步进电机配置有信号接收及转换器,并连接(24)电脑。

[0035]所述(20)滑座底部配置有多个销钉,用于固定于(26)钢板框架上。

[0036]所述(22)应变式质量传感器固定于(I)崩解桶侧壁,并焊接有钢片。

[0037]本发明的工作过程是:本发明所述模拟多环境岩石崩解过程实时测定仪是可以广泛适用于工程地质勘察队、高校及科研单位等的岩石崩解性测试的试验设备。它可以实现高仿真模拟岩石在动态淋水、静态浸水、干湿循环及、风干及温度变化等过程中岩石的崩解状态观测描述与实时连续性监测各粒径的崩解物质量变化情况,从而分析实际各环境条件下岩石崩解状况,研究岩石崩解特性及评价岩石自持能力,为工程建设和科研项目提供岩石崩解性基础数据。具体工作时先开启数据监测系统,打开电脑主机与显示器,调试并检测连接质量传感器、数据采集仪的相关软硬件工作状况;然后按匹配规格把标准筛依次从下往上放置于崩解桶内,每一个标准筛正好有4个呈中心对称质量传感器支撑,把需要进行崩解性试验的岩石块体放置于最上面U d ir 1)标准筛中部,盖好桶盖;检查并接通干湿循环系统;打开集水箱上的孔塞,把试验所需的崩解水溶液注入集水箱,并通过水位标尺观察崩解溶液体积,通过温度计随时测试水溶液温度,在崩解试验过程中随时可从集水箱底部控制阀处采集崩解溶液样品做其他方面指标分析;开启数据监测软件开始数据采集;模拟岩石受滴水、流水、洒水、淋水、喷水及饱和浸水环境崩解时操作为:打开小型水栗开关,小型水栗把集水箱里崩解溶液抽送到顶部后从调速喷头流出,此时通过观察流量计和水压表读数来调节小型水栗功率和调节调速喷头到所需要的喷水模式(滴水、流水、洒水、淋水、喷水等模式)后,将调速喷头安装到桶盖上,通过崩解桶底部控制阀开、关选择崩解模式(开-崩解桶内崩解溶液从底部流回集水箱,模拟滴水,流水、洒水、淋水、喷水崩解模式;关-崩解溶液充满崩解容器后关闭小型水栗,模拟浸水模式),通过崩解桶内温度计随时观测崩解容器内环境温度;此后按实际需要选择是否开启步进电机,若需要则打开后通过电脑操作向步进电机输入电信号,步进电机通过机械臂带动机械手连接崩解容器做规律往复推进-回收式动作,模拟人工筛分过程,通过编辑输入给步进电机的电信号,调节步进电机工作功率从而控制机械手带动崩解容器的往复筛分速率;通过透明崩解桶观察并记录岩石崩解状态描述,通过监测系统和电脑编辑好的相关程序随时定量分析计算岩石崩解物状况;模拟岩石受干循环、风干及温度变化等环境条件下崩解时操作为:开启数据监测软件开始数据采集;关闭小型水栗等湿循环设备,取下桶盖上的调速喷头后,开启控温鼓风机和与之相连的控制阀,通过调节功率控制鼓风强度和鼓风温度,通过崩解桶内温度计随时观测崩解容器内环境温度;此后按实际需要选择是否开启步进电机,若需要则打开后通过电脑操作向步进电机输入电信号,步进电机通过机械臂带动机械手连接崩解容器做规律往复推进-回收式动作,模拟人工筛分过程,通过编辑输入给步进电机的电信号,调节步进电机工作功率从而控制机械手带动崩解容器的往复筛分速率;通过透明崩解桶观察并记录岩石崩解状况描述,通过监测系统和电脑编辑好的相关程序随时定量分析计算岩石崩解状况;试验完成后整理仪器,分析拷贝数据,关闭整套系统。

Claims (10)

1.模拟多环境岩石崩解过程实时测定仪,其特征在于:由崩解容器系统、溶液系统、干湿循环系统、自动筛分系统、数据监测系统和支撑底座系统六个系统组成;崩解容器系统由圆台状崩解桶、桶盖、9个不同直径和孔径标准筛、导滑槽、温度计和底部2个控制阀组成,其主要作用是提供岩石崩解的场所,观察岩石崩解状态,实现模拟各种环境条件下岩石崩解进程中不同粒径崩解物的初步分离并监测崩解环境温度;溶液系统由集水箱、温度计、水位标尺、孔塞和底部一个控制阀组成,其主要作用是盛放并回收崩解溶液,测试溶液温度,并随时取溶液样品做其他指标分析;干湿循环系统由控温鼓风机、小型水栗、水压表、流量计、转接接头、调速喷头、水管和控制阀组成,其主要作用是模拟实现崩解容器内岩石受淋水、浸水、风干、各种不同程度干湿交替及温度变化的环境条件,调节并实时观测崩解液流量、压力及注入方式;自动筛分系统由步进电机、机械手、机械臂、滑座和导轨组成,其主要作用是调控崩解容器系统的往复规律滑动,实现标准筛动力往复筛分功能;数据监测系统由36个应变式质量传感器、数据线路、电脑主机及显示器组成,其主要作用是实现各环境条件下岩石崩解后不同粒径崩解物质量的实时测定,数据动态化处理分析过程;支撑底座系统由钢板框架、2个把手和2个脚轮组成,其主要作用是支撑上部崩解实验各系统设备仪器,并通过脚轮实现整套实验器材的便捷式移动。
2.根据权利要求1所述的模拟多环境岩石崩解过程实时测定仪,其特征在于:所述崩解桶由塑钢透明材料制成,底部设置有导滑槽。
3.根据权利要求1所述的模拟多环境岩石崩解过程实时测定仪,其特征在于:所述桶盖中部设置有把手和开口,一侧设置有通气孔。
4.根据权利要求1所述的模拟多环境岩石崩解过程实时测定仪,其特征在于:所述标准筛配置不同直径和筛孔直径,分别为dl = 380,d2 = 360,d3 = 340,d4 = 320,d5 = 300,d6 =280,d7 = 260,d8 = 240,d9 = 220;rl = 20,r2 = 10,r3 = 5,r4 = 2,r5 = l,r6 = 0.5,r7 = 0.25,r8 = 0.1,r9 = 0.075,dx为筛子直径,rx为筛孔直径,单位:mm,并中间设置有提筛小把手。
5.根据权利要求1所述的模拟多环境岩石崩解过程实时测定仪,其特征在于:所述集水箱由塑钢透明材料制成,设置有开孔。
6.根据权利要求1所述的模拟多环境岩石崩解过程实时测定仪,其特征在于:所述控温鼓风机通过调节功率控制鼓风强度及加热温度。
7.根据权利要求1所述的模拟多环境岩石崩解过程实时测定仪,其特征在于:所述调速喷头设置有多模式洒水功能调节控制阀。
8.根据权利要求1所述的模拟多环境岩石崩解过程实时测定仪,其特征在于:所述步进电机配置有信号接收及转换器,并连接电脑。
9.根据权利要求1所述的模拟多环境岩石崩解过程实时测定仪,其特征在于:所述滑座底部配置有多个销钉,用于固定于钢板框架上。
10.根据权利要求1所述的模拟多环境岩石崩解过程实时测定仪,其特征在于:所述应变式质量传感器固定于崩解桶侧壁,并焊接有钢片。
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