CN104297063A - 湿干变化环境下岩石抗拉强度测试装置及测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种湿干变化环境下岩石抗拉强度测试装置,包括底座、壳体、顶盖和加载轴;底座中增设了进水孔、进气孔、排水孔、排气孔,底座设有锁紧圈,锁紧圈用于锁紧底座与壳体;壳体中设置了弹簧定位装置、密封装置。本发明测试方法是将岩石试样放入壳体后,利用弹簧定位装置固定试样,通过进水口往壳体内注入一定压力的水模拟岩石在水压作用下的湿化过程,抽干水之后可以通过进气口注入一定温度的空气模拟岩石在一定环境温度作用下的干燥过程;完成上述若干个过程后可以进行劈裂试验。本发明通过模拟涉水工程岩体湿干变化环境,在实验室内实现岩石试样在“湿干”变化环境下的抗拉强度测试。
Description
技术领域
本发明涉及岩土工程技术领域,具体是一种湿干变化环境下岩石抗拉强度测试装置及测试方法。
背景技术
由国际岩石力学学会推荐的巴西圆盘劈裂试验,作为测定岩石抗拉强度的间接方法,在全世界范围内得到了广泛的应用;在我国,该方法也被列入国家标准《工程岩体试验方法标准》和行业标准《水利水电岩石试验规程》。目前巴西圆盘劈裂试验测定岩石的抗拉强度的装置和方法,由于试验装置的设计没有考虑岩石所处环境条件的模拟和试验方法没有涉及岩石试样的环境作用过程,不能模拟水位变动引起的“湿干”变化环境,导致其不能准确的测得水位变动带(如水库消落带、天然河流岸坡水位变动带、海岸水位变动带、水工隧洞水位变动带等)内岩石的抗拉强度。而水位变动带内岩石的抗拉强度,作为评价涉水工程岩体力学性质的重要参数,在进行涉水边坡、隧洞等岩体工程破坏机制研究和稳定性评价方面均有重要的应用价值。
发明内容 本发明的目的是提供一种湿干变化环境下岩石抗拉强度测试装置及测试方法,以解决现有技术存在的问题,试验中可以考虑不同水压力变化的湿化条件、不同温度变化的干燥条件及不同湿干循环条件对岩石抗拉强度的影响,可实现不同的湿干变化环境下岩石试样的抗拉强度测试。
为了达到上述目的,本发明所采用的技术方案为:
湿干变化环境下岩石抗拉强度测试装置,其特征在于:包括水平设置的底座,底座上竖向安装有空心圆柱状的壳体,壳体顶部安装有顶盖,由底座、壳体、顶盖构成密闭空间,所述底座一侧开有连通密闭空间内外的进气孔、进水孔,底座另一侧开有连通密闭空间内外的排气孔、排水孔,位于密闭空间内的底座上设置有槽座,槽座上通过凹槽设置有下垫条,所述顶盖中竖向安装有加载轴,加载轴顶端穿出顶盖,加载轴底端伸入密闭空间内并悬于槽座正上方,且加载轴底端通过凹槽设置有悬于下垫条正上方的上垫条,所述壳体两侧侧壁上对称设置有同轴圆孔,每个同轴圆孔中分别水平安装有由弹簧和移动杆组成的可伸缩的弹簧定位装置,两侧壁上的弹簧定位装置外端分别伸出壳体,两侧壁上弹簧定位装置内端处于同一水平直线上并分别伸向上下垫条之间两侧位置,密闭空间外还设置有真空泵、自带蓄能器的水泵、风机,其中风机通过管路与底座上进气孔连通,水泵通过管路与底座上进水孔连通,真空泵通过管路与底座上排水孔连通。
所述的湿干变化环境下岩石抗拉强度测试装置,其特征在于:还包括有紧锁卡圈,壳体与底座结合处上方的壳体侧壁、下方的底座上分别设置有环形卡槽,所述紧锁卡圈卡在两环形卡槽中。
所述的湿干变化环境下岩石抗拉强度测试装置,其特征在于:所述顶盖盖合在壳体顶部时,顶盖与壳体通过螺栓连接 。
所述的湿干变化环境下岩石抗拉强度测试装置,其特征在于:所述壳体与底座接触面上设有密封圈,加载轴与壳体接触面上设有密封圈,弹簧定位装置与壳体上的同轴圆孔之间设置有密封圈,壳体与顶盖接触面上设有密封圈。
一种湿干变化环境下岩石抗拉强度测试方法,其特征在于:包括以下步骤:
(1)、将岩石试样放置在上、下垫条之间,用壳体侧壁同轴圆孔上安置的弹簧定位装置夹住岩石试样,盖上顶盖,用螺栓固定顶盖和壳体,用紧锁卡圈锁紧壳体和底座,将加载轴下降与岩石试样接触;
(2)、关闭排水孔,将具有稳压功能的水泵与进水孔连接,通过水泵向壳体内注满水;根据试验要求的水压和湿化时间,调节水泵的水压力,并在试验要求的湿化时间内维持该水压力,岩石试样湿化结束后,卸除水泵的水压,关闭水泵的出水孔,打开排水孔,连接真空泵,通过真空泵将壳体中的水抽干;
(3)、将具有温度调节功能的风机与进气孔连接;根据试验要求的环境气温,调节风机吹出空气的温度与环境温度一致,并在试验要求的风干时间内由风机向壳体内持续吹入空气;
(4)、湿干变化环境模拟结束后,通过加载轴向岩石试样加载,直至岩石试样破坏,读取加载轴压力仪表上的压力;根据巴西圆盘劈裂试验测试岩石抗拉强度的计算公式,可计算获得岩石试样经历湿干变化作用后的抗拉强度。
所述的湿干变化环境下岩石抗拉强度测试方法,其特征在于:所述步骤(2)中试验水压根据实际涉水工程岩体所受的水压确定后,由水泵将水经进水孔输送到岩石试样所在的壳体内,通过蓄能器进行稳压。
所述的湿干变化环境下岩石抗拉强度测试方法,其特征在于:所述步骤(3)中试验环境温度根据实际涉水工程岩体所在的环境气温确定后,由具有温度调节功能的风机产生与环境温度相同的空气不断地经进气孔,并输送到岩石试样所在的壳体内,经过岩石试样的气体将通过排气孔排出。
本发明具有的优点和积极效果在于:
1 本发明涉及测试装置可实现对岩石试样所处的不同“湿干”变化环境的模拟,为岩石试样在“湿干”变化环境下的抗拉强度测试提供便捷的试验装置。
2 本发明涉及的测试方法将涉水工程岩体所处的“湿干”变化环境的模拟和巴西圆盘劈裂试验测试岩石抗拉强度的方法进行集成与融合,可更加准确地测得涉水工程中的岩石试样在“湿干”变化环境下的抗拉强度。
附图说明
图1为本发明测试装置结构示意图。
具体实施方式
参见图1所示,湿干变化环境下岩石抗拉强度测试装置,包括水平设置的底座1,底座1上竖向安装有空心圆柱状的壳体2,壳体2顶部安装有顶盖11,由底座1、壳体2、顶盖11构成密闭空间,底座1一侧开有连通密闭空间内外的进气孔51、进水孔52,底座1另一侧开有连通密闭空间内外的排气孔61、排水孔62,位于密闭空间内的底座1上设置有槽座17,槽座17上通过凹槽设置有下垫条71,顶盖11中竖向安装有加载轴3,加载轴3顶端穿出顶盖11,加载轴3底端伸入密闭空间内并悬于槽座17正上方,且加载轴3底端通过凹槽设置有悬于下垫条71正上方的上垫条72,壳体2两侧侧壁上对称设置有同轴圆孔8,每个同轴圆孔8中分别水平安装有由弹簧和移动杆组成的可伸缩的弹簧定位装置9,两弹簧定位装置9外端分别伸出壳体2,两弹簧定位装置9内端处于同一水平直线上并分别伸向上下垫条72、71之间两侧位置,密闭空间外还设置有真空泵12、自带蓄能器16的水泵14、风机13,其中风机13通过管路与底座1上进气孔51连通,水泵14通过管路与底座1上进水孔52连通,真空泵12通过管路与底座1上排水孔62连通。还包括有紧锁卡圈4,壳体2与底座1结合处上方的壳体2侧壁、下方的底座1上分别设置有环形卡槽,紧锁卡圈4卡在两环形卡槽中。
顶盖11盖合在壳体2顶部时,顶盖11与壳体2通过螺栓15连接 。
壳体2与底座1接触面上设有密封圈,加载轴3与壳体2接触面上设有密封圈,弹簧定位装置9与壳体2上的同轴圆孔之间设置有密封圈,壳体2与顶盖11接触面上设有密封圈。
一种湿干变化环境下岩石抗拉强度测试方法,包括以下步骤:
(1)、将岩石试样放置在上、下垫条之间,用壳体侧壁同轴圆孔上安置的弹簧定位装置夹住岩石试样,盖上顶盖,用螺栓固定顶盖和壳体,用紧锁卡圈锁紧壳体和底座,将加载轴下降与岩石试样接触;
(2)、关闭排水孔,将具有稳压功能的水泵与进水孔连接,通过水泵向壳体内注满水;根据试验要求的水压和湿化时间,调节水泵的水压力,并在试验要求的湿化时间内维持该水压力,岩石试样湿化结束后,卸除水泵的水压,关闭水泵的出水孔,打开排水孔,连接真空泵,通过真空泵将壳体中的水抽干;
(3)、将具有温度调节功能的风机与进气孔连接;根据试验要求的环境气温,调节风机吹出空气的温度与环境温度一致,并在试验要求的风干时间内由风机向壳体内持续吹入空气;
(4)、湿干变化环境模拟结束后,通过加载轴向岩石试样加载,直至岩石试样破坏,读取加载轴压力仪表上的压力;根据巴西圆盘劈裂试验测试岩石抗拉强度的计算公式,可计算获得岩石试样经历湿干变化作用后的抗拉强度。
步骤(2)中试验水压根据实际涉水工程岩体所受的水压确定后,由水泵将水经进水孔输送到岩石试样所在的壳体内,通过蓄能器进行稳压。
步骤(3)中试验环境温度根据实际涉水工程岩体所在的环境气温确定后,由具有温度调节功能的风机产生与环境温度相同的空气不断地经进气孔,并输送到岩石试样所在的壳体内,经过岩石试样的气体将通过排气孔排出。
本发明装置包括底座1、壳体2、加载轴3、顶盖11及紧锁卡圈4;底座1上设有进水孔52、进气孔51、排水孔、排气孔61及垫条7,壳体2两侧壁上对称设置有同轴圆孔8,弹簧定位装置9分别置于同轴圆孔8中,壳体2通过顶盖11套装在加载轴3上。底座1和壳体(2)通过紧锁卡圈4连接,且壳体2和顶盖通过螺栓15连接,形成与外界可以进行水气交换的空间,为模拟岩石所处的“湿干”变化环境提供有效的容器。
底座1上的进水孔52与具有稳压功能的水泵14连接,由水泵14通过进水孔52向壳体2内注满水,调节水泵14的压力,可以模拟岩石试样10在不同水压下的湿化过程;底座1上的排水孔62与真空泵12连接,由真空泵12通过排水孔62可以将壳体2中的水抽出。
底座1上的进气孔51与具有温度调节功能的风机13连接,由风机13通过进气孔51向壳体2内吹进预定温度的空气,气体经过岩石试样10,从排气孔61排出,可以模拟岩石试样10在不同气温条件下的干燥过程。
本发明装置中,下垫条7活动置于凹槽座17内,槽座17中心线与同轴圆孔8的圆心连线垂直。壳体2与底座1接触面上设有密封圈,加载轴3与壳体2接触面上设有密封圈,弹簧定位装置9与壳体2上的同轴圆孔8之间设置有密封圈,壳体2与顶盖11接触面上设有密封圈。
本发明测试方法由以下步骤构成:
步骤1:将岩石试样10放置在下垫条71上,用壳体2侧壁同轴圆孔8上安置的弹簧定位装置9夹住岩石试样10,盖上顶盖11,用螺栓15固定顶盖11和壳体2,用紧锁卡圈4锁紧壳体2和底座1,将加载轴3下降与岩石试样10接触。
步骤2:关闭排水孔62,将水泵14与进水孔52连接,通过水泵14向壳体2内注满水;根据试验要求的水压和湿化时间,调节水泵14的水压力,并在试验要求的湿化时间内维持该水压力。岩石试样湿化结束后,卸除水泵14的水压,关闭水泵14的进水孔52,打开排水孔62,连接真空泵12,通过真空泵12将壳体2中的水抽干。
步骤3:将风机13与进气孔51连接;根据试验要求的环境气温,调节风机13吹出空气的温度与环境温度一致,并在试验要求的风干时间内由风机13向壳体2内持续吹入空气。
步骤4:湿干变化环境模拟结束后,通过加载轴3向岩石试样10加载,直至岩石试样10破坏,读取加载轴3压力仪表上的压力;根据巴西圆盘劈裂试验测试岩石抗拉强度的计算公式,可计算获得岩石试样经历湿干变化作用后的抗拉强度。
Claims (7)
1.湿干变化环境下岩石抗拉强度测试装置,其特征在于:包括水平设置的底座,底座上竖向安装有空心圆柱状的壳体,壳体顶部安装有顶盖,由底座、壳体、顶盖构成密闭空间,所述底座一侧开有连通密闭空间内外的进气孔、进水孔,底座另一侧开有连通密闭空间内外的排气孔、排水孔,位于密闭空间内的底座上设置有槽座,槽座上通过凹槽设置有下垫条,所述顶盖中竖向安装有加载轴,加载轴顶端穿出顶盖,加载轴底端伸入密闭空间内并悬于槽座正上方,且加载轴底端通过凹槽设置有悬于下垫条正上方的上垫条,所述壳体两侧侧壁上对称设置有同轴圆孔,每个同轴圆孔中分别水平安装有由弹簧和移动杆组成的可伸缩的弹簧定位装置,两侧壁上弹簧定位装置外端分别伸出壳体,两侧壁上弹簧定位装置内端处于同一水平直线上并分别伸向上下垫条之间两侧位置,密闭空间外还设置有真空泵、自带蓄能器的水泵、风机,其中风机通过管路与底座上进气孔连通,水泵通过管路与底座上进水孔连通,真空泵通过管路与底座上排水孔连通。
2.根据权利要求1所述的湿干变化环境下岩石抗拉强度测试装置,其特征在于:还包括有紧锁卡圈,壳体与底座结合处上方的壳体侧壁、下方的底座上分别设置有环形卡槽,所述紧锁卡圈卡在两环形卡槽中。
3.根据权利要求1所述的湿干变化环境下岩石抗拉强度测试装置,其特征在于:所述顶盖盖合在壳体顶部时,顶盖与壳体通过螺栓连接 。
4.根据权利要求1所述的湿干变化环境下岩石抗拉强度测试装置,其特征在于:所述壳体与底座接触面上设有密封圈,加载轴与壳体接触面上设有密封圈,弹簧定位装置与壳体上的同轴圆孔之间设置有密封圈,壳体与顶盖接触面上设有密封圈。
5.一种基于权利要求1所述测试装置的湿干变化环境下岩石抗拉强度测试方法,其特征在于:包括以下步骤:
(1)、将岩石试样放置在上、下垫条之间,用壳体侧壁同轴圆孔上安置的弹簧定位装置夹住岩石试样,盖上顶盖,用螺栓固定顶盖和壳体,用紧锁卡圈锁紧壳体和底座,将加载轴下降与岩石试样接触;
(2)、关闭排水孔,将具有稳压功能的水泵与进水孔连接,通过水泵向壳体内注满水;根据试验要求的水压和湿化时间,调节水泵的水压力,并在试验要求的湿化时间内维持该水压力,岩石试样湿化结束后,卸除水泵的水压,关闭水泵的出水孔,打开排水孔,连接真空泵,通过真空泵将壳体中的水抽干;
(3)、将具有温度调节功能的风机与进气孔连接;根据试验要求的环境气温,调节风机吹出气体的温度与环境温度一致,并在试验要求的风干时间内由风机向壳体内持续吹入空气;
(4)、湿干变化环境模拟结束后,通过加载轴向岩石试样加载,直至岩石试样破坏,读取加载轴压力仪表上的压力;根据巴西圆盘劈裂试验测试岩石抗拉强度的计算公式,可计算获得岩石试样经历湿干变化作用后的抗拉强度。
6.根据权利要求5所述的湿干变化环境下岩石抗拉强度测试方法,其特征在于:所述步骤(2)中试验水压根据实际涉水工程岩体所受的水压确定后,由水泵将水经进水孔输送到岩石试样所在的壳体内,通过蓄能器进行稳压。
7.根据权利要求5所述的湿干变化环境下岩石抗拉强度测试方法,其特征在于:所述步骤(3)中试验环境温度根据实际涉水工程岩体所在的环境气温确定后,由具有温度调节功能的风机产生与环境温度相同的空气不断地经进气孔输送到岩石试样所在的壳体内,经过岩石试样的气体将通过排气孔排出。
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |