CN103926164A - 一种岩石耐崩解性实验装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

一种岩石耐崩解性实验装置及其使用方法，属于岩土地质工程技术领域，特别是涉及一种岩石耐崩解性实验装置及其使用方法。本发明能够在无机械破坏的前提下进行温度、水分及化学协同作用下岩石耐崩解特性的测试。本发明包括实验架机构、实验架固定机构、水浴机构和磁力搅拌机构；所述的岩石耐崩解性实验装置的使用方法，包括如下步骤：选取实验所用的试样，并称其质量为m₁；向崩解液容器中注入崩解液；向崩解液容器外的水浴机构的容器内注入水；对水浴机构容器内的水进行加热，并使磁力搅拌子转动；从崩解液容器中取出实验架机构；将实验架机构放置在托盘上静置；称崩解后试样的质量为m₂；计算出试样的崩解率I_d＝m₂/m₁×100％。

Description

一种岩石耐崩解性实验装置及其使用方法

技术领域

本发明属于岩土地质工程技术领域，特别是涉及一种岩石耐崩解性实验装置及其使用方法。

背景技术

近年来，随着我国高速公路等基础工程设施的建设速度加快，对岩土体的工程地质特性的研究逐步深入。岩石的耐崩解特性对岩质边坡的稳定性有着重要影响，岩石崩解前后自身物理力学性质的改变会导致岩质边坡内部局部区域物理力学参数的弱化，从而诱发岩质边坡发生失稳破坏。

目前在实验室内对岩石耐崩解特性的测试主要是依据中华人民共和国国家标准-工程岩体试验方法标准(GB/T50266-99)进行。该方法主要是将不少于10块、每块质量为40～60g的浑圆岩块试件放入岩石耐崩解试验仪中的圆柱形筛筒内，在105～110℃温度下烘干至恒重后称其质量，然后放入注入纯水的水槽内，在20±2℃的恒温条件下使圆柱形筛筒带动筛筒内岩石试样以20r/min的转速转动10min，将筛筒和残留试样再次于105～110℃温度下烘干至恒重并称重，根据前后两次称得的质量之差计算出岩石耐崩解性指数。上述测试过程主要是依靠筛筒在转动过程中使岩石与水充分接触并利用干-湿循环作用来加速被测岩石的崩解进程。虽然该测试方法可以在一定程度上反映出环境因素(水分、温度)对岩石耐崩解特性的影响，但筛筒转动过程使岩石试样之间以及试样与筛筒之间产生机械碰撞，从而使试验结果受机械破坏作用影响而偏大。实际上，自然界中岩石崩解的产生是各种环境因素(温度、湿度、风力、降雨、环境水分pH等)与岩石中所含矿物之间综合相互作用所导致岩石粒径发生改变的宏观现象，并非岩石之间机械破坏作用的结果。因此，现有的岩石耐崩解试验仪无法准确表征环境因素对岩石耐崩解特性的作用关系，而且试验过程所考虑的环境因素仅有水分及干-湿循环作用，无法实现温度、水分及化学协同作用下岩石耐崩解特性的测试。因此，研发能在无机械破坏的前提下进行温度、水分及化学协同作用条件下岩石耐崩解性测试的实验装置，实现在实验室条件下对自然环境变化的加速模拟，将能极大提高实验室内对岩石耐崩解性的实验效率及准确度。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种岩石耐崩解性实验装置及其使用方法，该实验装置及其使用方法能够在无机械破坏的前提下进行温度、水分及化学协同作用下岩石耐崩解特性的测试。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种岩石耐崩解性实验装置，包括实验架机构、实验架固定机构、水浴机构和磁力搅拌机构；所述实验架机构由固定柱、上盖板、筛筒、上法兰盘、丝杆及螺帽组成，在筛筒的顶部设置有上盖板，在筛筒的底部设置有上法兰盘，上盖板与上法兰盘之间通过丝杆及螺帽相连接；在上盖板的顶部固定有固定柱；在所述实验架固定机构上设置有具有锁紧螺钉的通孔，所述通孔与实验架机构的固定柱相对应；所述水浴机构由容器、固定支架、加热器、温度测量计和控制平台组成，加热器和温度测量计固定在固定支架上，且位于容器的内部，加热器和温度测量计均与设置在容器外部的控制平台相连接；所述磁力搅拌机构由具有通孔的崩解液容器盖子、崩解液容器、磁力搅拌子和磁力控制平台组成，崩解液容器盖子设置在崩解液容器的顶部，除了固定柱之外的实验架机构设置在崩解液容器内部，固定柱的上部通过崩解液容器盖子的通孔设置在崩解液容器的外部；磁力搅拌子设置在崩解液容器的底部，崩解液容器设置在水浴机构的容器内。

所述固定柱垂直固定在上盖板的顶部中心，且其中心与筛筒的中心设置在同一条直线上。

在所述上盖板的底部、上法兰盘的顶部分别设置有上、下凹槽，所述筛筒的顶部、底部分别设置在上、下凹槽内，且上、下凹槽的中心与筛筒的中心设置在同一条直线上。

在所述上法兰盘的底部设置有下法兰盘，在下法兰盘的顶部设置有凹槽，在凹槽内设置有筛网，筛网的筛孔直径小于筛筒的筛孔的直径，且凹槽、筛网和筛筒的中心设置在同一条直线上。

所述的岩石耐崩解性实验装置的使用方法，包括如下步骤：

步骤一：选取实验所用的试样，并称其质量为m₁；将所述的实验架固定机构放置在试验平台上，然后将试样放入实验架机构的筛筒中，组装所述的实验装置；

步骤二：打开崩解液容器盖子，向崩解液容器中注入崩解液，然后盖好崩解液容器盖子；

步骤三：向崩解液容器外的水浴机构的容器内注入水；

步骤四：通过水浴机构的控制平台控制加热器对水浴机构容器内的水进行加热，并在控制平台上设定好预加热温度；当加热温度达到预加热温度时，通过磁力搅拌机构的磁力控制平台控制磁力搅拌子开始转动，并使磁力搅拌子的转速达到设定转速后，保持磁力搅拌子转动设定时间后停止转动；

步骤五：打开崩解液容器盖子，旋出锁紧螺钉，使实验架机构脱离实验架固定机构，从崩解液容器中取出实验架机构；

步骤六：取一托盘，将实验架机构放置在托盘上静置；

步骤七：将筛筒从实验架机构上卸除，并从筛筒中取出试样放入另外一只托盘里，将此托盘及崩解后的试样烘干至恒重；并称崩解后试样的质量为m₂；计算出试样的崩解率I_d＝m₂/m₁×100％。

本发明的有益效果：

本发明能够在无机械破坏的前提下实现温度、水分及化学协同作用下岩石的耐崩解特性的测试，可在实验室条件下加速模拟自然界中岩石的崩解进程，提高了实验室条件下岩石耐崩解性实验的准确性和适用性。

附图说明

图1是本发明的岩石耐崩解性实验装置的结构示意图；

图2是本发明的实验架机构的结构示意图；

其中，1--固定柱，2--螺帽，3--上盖板，4--筛筒，5--丝杆，6—上法兰盘，7--筛网，8—下法兰盘，9—锁紧螺钉，10--支架，11--底座，12--圆孔，13--容器，14--固定支架，15--加热器，16--温度测量计，17—第一导线，18—第二导线，19--控制平台，20--崩解液容器盖子，21--崩解液容器，22--磁力搅拌子，23--磁力控制平台，24--实验架机构，25--实验架固定机构，26--水浴机构，27--磁力搅拌机构。

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的详细说明。

如图1、图2所示，一种岩石耐崩解性实验装置，包括实验架机构24、实验架固定机构25、水浴机构26和磁力搅拌机构27；所述实验架机构24由固定柱1，上盖板3，筛筒4，上法兰盘6，下法兰盘8，筛网7，丝杆5及螺帽2组成，筛筒4的材质为普通不锈钢，筛筒4为均布筛孔的筒形结构，在筛筒4的顶部设置有上盖板3，在筛筒4的底部设置有上法兰盘6，在上法兰盘6的底部设置有下法兰盘8，在上，下法兰盘之间设置有筛网7，且筛网7的筛孔直径小于筛筒4的筛孔的直径，上盖板3与上，下法兰盘之间通过丝杆5及螺帽2相连接；在上盖板3的顶部固定有固定柱1；所述实验架固定机构25由翼形锁紧螺钉9、支架10和底座11组成，支架10由相互垂直设置的横板和竖板固定连接组成，且竖板竖直固定在底座11的顶部；在横板上纵向设置有圆孔12，所述实验架机构24的固定柱1通过横板上的圆孔12，在横板的外端横向设置有翼形锁紧螺钉9，且翼形锁紧螺钉9的钉头通过圆孔12的侧壁与固定柱1相对应，通过旋入翼形锁紧螺钉9固定固定柱1，所述水浴机构26由具有顶部开口的筒形容器13、固定支架14、加热器15、温度测量计16和具有精确控温及数显加热功能的控制平台19组成，容器13为非磁性介质，且具有良好导热性能，固定支架14固定在容器13的侧壁上，加热器15和温度测量计16固定在固定支架14上，位于容器13的内部，加热器15通过第一导线17与设置在容器13外部的控制平台19相连接，温度测量计16通过第二导线18与设置在容器13外部的控制平台19相连接；通过控制平台19控制加热器15对容器13内的水加热，温度测量计16将测得的水的温度数据反馈给控制平台19，保证容器13中的水的温度达到实验所需的温度后，温度恒定不变；所述磁力搅拌机构27由具有通孔的崩解液容器盖子20、惰性材料制成的崩解液容器21、聚四氟乙烯制成的磁力搅拌子22和磁力控制平台23组成，崩解液容器盖子20设置在崩解液容器21的顶部，除了固定柱1之外的实验架机构24悬空设置在崩解液容器21内部，固定柱1的上部通过崩解液容器盖子20的通孔设置在崩解液容器21的外部；磁力搅拌子22设置在崩解液容器21的底部，崩解液容器21设置在水浴机构26的容器13内，磁力控制平台23设置在水浴机构26的容器13与实验架固定机构25的底座11之间，通过磁力控制平台23使磁力搅拌子22搅拌崩解液容器21内的崩解液，加速试样的崩解。

所述固定柱1垂直固定在上盖板3的顶部中心，且其中心与筛筒4的中心设置在同一条直线上。

在所述上盖板3的底部、上法兰盘6的顶部分别设置有上、下凹槽，所述筛筒4的顶部、底部分别设置在上、下凹槽内，且上，下凹槽的中心与筛筒4的中心设置在同一条直线上。

在所述下法兰盘8的顶部设置有凹槽，所述筛网7固定设置在凹槽内，且凹槽、筛网7和筛筒4的中心设置在同一条直线上。

所述控制平台19采用的是型号为76-1A的数显玻璃恒温控制平台。

所述磁力控制平台23采用的是WIGGENS公司的型号为WH-210D的单位磁力搅拌器的控制平台。

所述磁力搅拌子22采用的是WIGGENS公司的型号为WH-210D的单位磁力搅拌器的磁力搅拌子。

所述的岩石耐崩解性实验装置的使用方法，包括如下步骤：

步骤一：选取实验所用的泥岩块，并称其质量为m₁＝100g；将所述的实验架固定机构25放置在水平的试验平台上，然后将泥岩块放入实验架机构24的筛筒4中，组装所述的实验装置；

步骤二：打开崩解液容器盖子20，向崩解液容器21中缓慢注入崩解液，崩解液为用浓硫酸配制的pH＝5.6的溶液，然后盖好崩解液容器盖子20，防止崩解过程中崩解液溅到崩解液容器21的外面；

步骤三：向崩解液容器21外的水浴机构26的容器13内缓慢注入水，使水的液面高度低于崩解液的液面高度1～3cm；

步骤四：接通水浴机构26的控制平台19的电源，开启水浴机构26的控制平台19上的加热开关，使加热器15对水浴机构26容器13内的水进行加热，开启水浴机构26的控制平台19上的温度开关，并设定好预加热温度为60℃；当加热温度达到60℃时，接通磁力搅拌机构27的磁力控制平台23的电源，开启磁力搅拌机构27的磁力控制平台23上的转速控制按钮，磁力搅拌子22开始转动，按照由低到高的顺序继续调整磁力控制平台23上的转速控制按钮，使磁力搅拌子22以20r/min的转速转动10min(误差为±0.5min)，转速控制按钮的调整应严格按照由低到高的顺序进行调整，以免引起磁力搅拌子的不规则跳动；

步骤五：关闭水浴机构26的控制平台19上的加热开关，调整磁力搅拌机构27的磁力控制平台23上的转速控制按钮，使磁力搅拌子22的转速逐渐减小至停止；

步骤六：打开崩解液容器盖子20，旋出翼形锁紧螺钉9，使实验架机构24从下方脱离实验架固定机构25，从崩解液容器21中取出实验架机构24；

步骤七：取一托盘，将实验架机构24放置在托盘上，静置10～15min；

步骤八：将筛筒4从实验架机构24上卸除，并从筛筒4和筛网7中取出泥岩块放入另外一只托盘里，将此托盘及崩解后的泥岩块放入烘箱内，烘干至恒重；取出托盘及崩解后的泥岩块，进行称重并得出泥岩块崩解后的质量为m₂＝90g；计算出泥岩块的崩解率I_d＝m₂/m₁×100％＝90/100×100％＝90。

所述的岩石耐崩解性实验装置的组装方法，具体包括如下步骤：

步骤一：实验架机构24的组装方法，具体步骤如下：

步骤A：将四根丝杆5底部的螺帽2拧上，并穿入下法兰盘8的孔中(下法兰盘8的凹槽朝上放置)；

步骤B：将下法兰盘8放置在水平的实验台上；

步骤C：将筛网7从上方放入下法兰盘8的凹槽内；

步骤D：将上法兰盘6穿过四根丝杆5(上法兰盘6的下凹槽朝上放置)；

步骤E：将筛筒4放置在上法兰盘6的下凹槽内，保证筛筒4与上、下法兰盘的中心保持在同一条中心线上；

步骤F：将上盖板3穿过丝杆5，并缓慢降低上盖板3，使上盖板3的上凹槽底部与筛筒4的顶面接触；

步骤G：旋入丝杆5上部的螺帽2，以便固定上盖板3；

步骤二：将磁力搅拌机构27的磁力控制平台23放置在实验架固定机构25的底座11上；

步骤三：将水浴机构26的容器13放置在磁力控制平台23上；

步骤四：将磁力搅拌子22放入崩解液容器21底部；

步骤五：将实验架机构24的固定柱1的上端穿过崩解液容器盖子20的通孔，然后将连接有崩解液容器盖子20的实验架机构24放入崩解液容器21内，使固定柱1的上部从下向上穿过支架10的圆孔12，调整实验架机构24的高度，保证实验架机构24的底部距离崩解液容器21的底部5cm左右；通过旋入翼形锁紧螺钉9固定固定柱1，从而固定实验架机构24；

步骤六：在水浴机构26的容器13的侧壁上固定固定支架14，将加热器15固定在固定支架14上，加热器15通过第一导线17与控制平台19相连接；

步骤七：将温度测量计16固定在固定支架14上，温度测量计16通过第二导线18与控制平台19相连接；

步骤八：连接水浴机构26的控制平台19和磁力搅拌机构27的磁力控制平台23的电源。

Claims (5)

1.一种岩石耐崩解性实验装置，其特征在于包括实验架机构、实验架固定机构、水浴机构和磁力搅拌机构；所述实验架机构由固定柱、上盖板、筛筒、上法兰盘、丝杆及螺帽组成，在筛筒的顶部设置有上盖板，在筛筒的底部设置有上法兰盘，上盖板与上法兰盘之间通过丝杆及螺帽相连接；在上盖板的顶部固定有固定柱；在所述实验架固定机构上设置有具有锁紧螺钉的通孔，所述通孔与实验架机构的固定柱相对应；所述水浴机构由容器、固定支架、加热器、温度测量计和控制平台组成，加热器和温度测量计固定在固定支架上，且位于容器的内部，加热器和温度测量计均与设置在容器外部的控制平台相连接；所述磁力搅拌机构由具有通孔的崩解液容器盖子、崩解液容器、磁力搅拌子和磁力控制平台组成，崩解液容器盖子设置在崩解液容器的顶部，除了固定柱之外的实验架机构设置在崩解液容器内部，固定柱的上部通过崩解液容器盖子的通孔设置在崩解液容器的外部；磁力搅拌子设置在崩解液容器的底部，崩解液容器设置在水浴机构的容器内。

2.根据权利要求1所述的岩石耐崩解性实验装置，其特征在于所述固定柱垂直固定在上盖板的顶部中心，且其中心与筛筒的中心设置在同一条直线上。

3.根据权利要求1所述的岩石耐崩解性实验装置，其特征在于在所述上盖板的底部、上法兰盘的顶部分别设置有上、下凹槽，所述筛筒的顶部、底部分别设置在上、下凹槽内，且上、下凹槽的中心与筛筒的中心设置在同一条直线上。

4.根据权利要求1所述的岩石耐崩解性实验装置，其特征在于在所述上法兰盘的底部设置有下法兰盘，在下法兰盘的顶部设置有凹槽，在凹槽内设置有筛网，筛网的筛孔直径小于筛筒的筛孔的直径，且凹槽、筛网和筛筒的中心设置在同一条直线上。

5.采用权利要求1所述的岩石耐崩解性实验装置的使用方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤一：选取实验所用的试样，并称其质量为m₁；将所述的实验架固定机构放置在试验平台上，然后将试样放入实验架机构的筛筒中，组装所述的实验装置；

步骤二：打开崩解液容器盖子，向崩解液容器中注入崩解液，然后盖好崩解液容器盖子；

步骤三：向崩解液容器外的水浴机构的容器内注入水；

步骤四：通过水浴机构的控制平台控制加热器对水浴机构容器内的水进行加热，并在控制平台上设定好预加热温度；当加热温度达到预加热温度时，通过磁力搅拌机构的磁力控制平台控制磁力搅拌子开始转动，并使磁力搅拌子的转速达到设定转速后，保持磁力搅拌子转动设定时间后停止转动；

步骤五：打开崩解液容器盖子，旋出锁紧螺钉，使实验架机构脱离实验架固定机构，从崩解液容器中取出实验架机构；

步骤六：取一托盘，将实验架机构放置在托盘上静置；

步骤七：将筛筒从实验架机构上卸除，并从筛筒中取出试样放入另外一只托盘里，将此托盘及崩解后的试样烘干至恒重；并称崩解后试样的质量为m₂；计算出试样的崩解率I_d＝m₂/m₁×100％。