CN104764665B - 一种岩石冻胀试验用类岩石试件裂缝注水方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种岩石冻胀试验用类岩石试件裂缝注水方法，包括步骤：一、准备好注水用不等温控制试验装置；二、在类岩石试件的裂缝开口处安装应力应变片；三、将类岩石试件放入中间层温控试验箱内；四、在两个量杯中盛水并在其中一个水中加入有色墨水后同时放入底层温控试验箱内；五、将冻结后的类岩石试件蘸未添加有色墨水的水后，采用保鲜膜包裹表面裂缝漏口面并放入顶层温控试验箱内；六、将添加有有色墨水的水倒入输液瓶中并悬挂在输液架上，将流量调至最小；七、在裂缝上刺排气孔和注水孔并注水；八、揭下所有保鲜膜。本发明实现方便，提高了注水效率，能够有效地减少注水过程中裂缝失水，防止了渗流，有助于提高岩石冻胀试验的精度。

Description

一种岩石冻胀试验用类岩石试件裂缝注水方法

技术领域

本发明属于岩石冻胀试验技术领域，具体涉及一种岩石冻胀试验用类岩石试件裂缝注水方法。

背景技术

岩石的裂隙冻胀力一直是冻土区研究的一个重点方向，而且近几年来，随着煤矿等项目逐步西移，在西部的冻土区的岩层的扰动越来越大，对低温下裂隙岩石的研究也进入了一个高潮，而在自然状态下的裂隙岩石，裂隙冻胀力，特别对与常年冻土区的裂隙岩石，裂隙冻胀力一直是岩石损伤破坏的主要影响因子，因此在对裂隙冻胀力的研究逐步由经验论，进入了实验室阶段，而对于裂隙岩石的研究主要分为天然岩石的实验，和类岩石实验模拟。而类岩石实验的可操作性更大，可以人工利用材料做出不同的更为理想状态下的裂隙，进行注水模拟岩石的裂隙冻胀的冻胀力的大小，以及不同角度，不同形状的，不同位置的裂隙产生的冻胀力对岩石的冻胀作用，

然而随着实验的进行，为了模拟更多切合实际的岩石裂缝，不仅要有非贯通的单裂缝，还逐步向贯穿试件的裂缝，甚至不同方位的双裂缝，以及不同形状(圆柱体形，正方体形等)的试件的不同类型的裂缝进行实验室模拟裂隙冻胀力，然而随着对实验的精度的要求，对实验的注水成为实验的一个困难，不同的裂隙形式如何保证注水的过程中水分能够在裂隙饱满水的状态下冻结，从而形成岩石的裂隙冻结力，然而随着试件的形状的各异，裂缝的形式不同，造成注水后，水分流失，而通过装置的粘合，可能会对是裂隙冻结力产生效应造成影响。而太复杂的饱水装置，针对于不同的类岩石事件的不同裂缝进行不同的饱水设置会使得实验的整体过于复杂，不利于实验的大规模的对不同批次进行裂缝注水饱水，也会极大地增加实验的工作量与实验成本。而且在冻结过程中，在冻胀力发展的过程中总的冻胀现象不易观察。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种岩石冻胀试验用类岩石试件裂缝注水方法，其实现方便，提高了注水效率，能够有效地减少注水过程中裂缝失水，防止了渗流，有助于提高岩石冻胀试验的精度，实用性强，便于推广使用。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种岩石冻胀试验用类岩石试件裂缝注水方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

步骤一、准备好注水用不等温控制试验装置，所述注水用不等温控制试验装置包括三个结构相同的温控试验箱，每个温控试验箱均包括箱体和转动连接在箱体上的门，所述门上嵌入安装有玻璃观察窗和触摸式液晶显示屏，所述箱体底部均匀设置有多个安装固定凸块，所述箱体顶部均匀设置有多个分别与多个安装固定凸块相配合的安装固定凹槽，所述箱体的后壁上设置有用于接入220V交流电的电源输入接口和与电源输入接口连接的电源输出接口，所述箱体内设置有用于将箱体内部空间分隔为前腔和后腔的第一耐热隔板，所述后腔内设置有变压器、制冷压缩机、温度传感器、湿度传感器和温度控制器，所述变压器与电源输入接口连接，所述制冷压缩机的输出端连接有穿过第一耐热隔板伸入前腔内的U型管式换热器；所述前腔内底部设置有加热电阻丝和位于加热电阻丝上方的第二耐热隔板；所述温度控制器包括微控制器模块和用于将220V交流电转换为温度控制器中各用电模块所需电压的交直流转换电路模块，以及与所述微控制器模块相接的数据存储器模块、第一串口通信电路模块和第二串口通信电路模块，所述触摸式液晶显示屏与微控制器模块相接，所述温度传感器和湿度传感器均与微控制器模块的输入端相接，所述微控制器模块的输入端还接有时钟电路模块，所述微控制器模块的输出端接有依次相接的用于接通或断开变压器给加热电阻丝供电的供电回路的第一继电器和第一接触器，以及依次相接的用于接通或断开220V交流电给制冷压缩机供电的供电回路的第二继电器和第二接触器，所述第一接触器串联在变压器给加热电阻丝供电的供电回路中，所述第二接触器串联在220V交流电给制冷压缩机供电的供电回路中，所述第一串口通信电路模块上连接有设置在箱体后壁上的第一九针串口，所述第二串口通信电路模块上连接有设置在箱体后壁上的第二九针串口；三个温控试验箱通过相互配合的安装固定凸块和安装固定凹槽叠放在一起，位于底层的温控试验箱上的电源输入接口与外部电源插座上的220V交流电接口连接，位于上层的温控试验箱上的电源输入接口与与其相邻的下层温控试验箱上的电源输出接口连接，位于上层的温控试验箱上的第一九针串口与与其相邻的下层温控试验箱上的第二九针串口连接；

步骤二、在预制有裂缝且具有饱和含水率的类岩石试件的裂缝开口处安装能够在温度不低于-30℃的环境下正常工作的应力应变片；

步骤三、首先将经过步骤二处理的类岩石试件放入位于中间层的温控试验箱内，然后操作位于中间层的温控试验箱的触摸式液晶显示屏，设置位于中间层的温控试验箱内的温度为-30℃，温度保持时间为2～3小时；

步骤四、首先在两个量杯中分别盛500mL～800mL的水，并往其中一个量杯的水中加入5mL～15mL的有色墨水，将两个量杯同时放入位于底层的温控试验箱内；然后操作位于底层的温控试验箱的触摸式液晶显示屏，设置位于底层的温控试验箱内的温度为0℃～1℃，温度保持时间为2～3小时；

步骤五、首先设置位于顶层的温控试验箱内的温度为0℃～-5℃，温度保持时间为5分钟；然后将位于中间层的温控试验箱内冻结了1～2小时后的类岩石试件取出，伸入放置在下层的温控试验箱内未添加有色墨水的量杯的水中蘸水后，在1分钟内采用保鲜膜对类岩石试件的裂缝的表面裂缝漏口面进行包裹，并将包裹好的类岩石试件放入位于顶层的温控试验箱内；

步骤六、首先将位于底层的温控试验箱内的盛有添加有有色墨水的水的量杯取出；然后将添加有有色墨水的水倒入带有刻度的输液瓶中并悬挂在输液架上，记录输液瓶中水的初始刻度，并在输液架上连接插入输液瓶中的输液器，调节输液器上的流量调节滚轮，将流量调至最小；

步骤七、首先将位于顶层的温控试验箱内冻结了1～3分钟后的类岩石试件取出；然后用输液器上的输液针在类岩石试件上的裂缝上刺一个排气孔，再从所述排气孔中拔出输液器上的输液针并扎入距离排气孔0.3cm～0.8cm的裂缝内，刺一个注水孔并从注水孔往裂缝内注水，当排气孔中有水流出时，说明裂缝已经饱水，此时拔出输液器上的输液针，记录输液瓶中水的最终刻度，用输液瓶中水的初始刻度减去输液瓶中水的最终刻度，得到裂缝的内部体积并记录；

步骤八、首先将事先裁剪好的小块保鲜膜伸入放置在下层的温控试验箱内未添加有色墨水的量杯的水中蘸水后，粘贴在类岩石试件上刺有排气孔和注水孔的位置处，将排气孔和注水孔封闭，然后将类岩石试件放入位于中间层的温控试验箱内5～10分钟后取出，揭下所有的保鲜膜。

上述的一种岩石冻胀试验用类岩石试件裂缝注水方法，其特征在于：所述门通过转轴转动连接在箱体上，所述箱体与门贴合的一面四周固定连接有第一磁性吸条，所述门与箱体贴合的一面四周固定连接有与所述第一磁性吸条相配合的第二磁性吸条。

上述的一种岩石冻胀试验用类岩石试件裂缝注水方法，其特征在于：所述箱体的两侧侧壁上连接有搬运把手。

上述的一种岩石冻胀试验用类岩石试件裂缝注水方法，其特征在于：所述冻融状态控制器包括与微控制器模块相接的WiFi无线通信模块和以太网通信模块，所述以太网通信模块上连接有设置在箱体后壁上的RJ-45以太网接口。

上述的一种岩石冻胀试验用类岩石试件裂缝注水方法，其特征在于：所述箱体的后壁上设置有接口安装区域，所述箱体上转动连接有用于打开或封闭接口安装区域的接口盖板，所述电源输入接口、电源输出接口、第一九针串口、第二九针串口和RJ-45以太网接口均设置在接口安装区域内。

上述的一种岩石冻胀试验用类岩石试件裂缝注水方法，其特征在于：所述微控制器模块为单片机。

上述的一种岩石冻胀试验用类岩石试件裂缝注水方法，其特征在于：所述数据存储器模块为SD卡数据存储器。

上述的一种岩石冻胀试验用类岩石试件裂缝注水方法，其特征在于：步骤二中所述类岩石试件为圆柱形类岩石试件，所述类岩石试件上预制的裂缝为贯穿裂缝。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明实现方便，能够使得复杂的裂缝饱和注水实验的步骤变得简便，能够减少岩石冻胀试验注水的工作量，且有助于提高注水效率。

2、本发明采用能够实现不等温控制的注水用不等温控制试验装置进行注水，并采用保鲜膜进行饱水，保鲜膜的取材方便，在类岩石试件蘸水后使保鲜膜吸附，能够有效地减少注水过程中裂缝失水，且在整个注水过程中，保鲜膜与类岩石试件是通过冰面贴附，对类岩石试件的作用力微小，不会影响到试验精度。

3、本发明采用慢速注水，能够使水进入类岩石试件的裂缝后有时间在与注水面相对的裂缝另一面的出口处凝固，防止注水过多引起裂缝与保鲜膜未贴合好，或保鲜膜的承载力过大，引起渗流。

4、本发明通过往裂缝内注入添加有有色墨水的水，便于在冻胀试验时观察冻胀所引起的裂缝的发展趋势，以及水分在类岩石试件内部渗透的情况。

5、本发明注入裂缝内的水的温度为0℃～1℃，因此在温度为-30℃的中间层的温控试验箱32内在5～10分钟内会很快冻结，从而降低了裂缝失水的几率。

6、本发明取出类岩石试件后揭下所有的保鲜膜，降低了外部因素对类岩石试件的冻胀力试验与冻胀裂缝发展的影响，有助于提高岩石冻胀试验的精度。

7、本发明的实用性强，便于推广使用。

综上所述，本发明实现方便，提高了注水效率，能够有效地减少注水过程中裂缝失水，防止了渗流，有助于提高岩石冻胀试验的精度，实用性强，便于推广使用。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明冻融循环箱的立体图。

图2为本发明冻融循环箱门打开时的结构示意图。

图3为本发明的后视图。

图4为本发明冻融循环箱除去箱体后面板后的结构示意图。

图5为本发明冻融循环箱除去箱体顶板后的俯视图。

图6为本发明冻融状态控制器与其他各元件的电路连接关系示意图。

图7为本发明的使用状态示意图。

附图标记说明:

1—箱体； 2—门； 3—玻璃观察窗；

4—触摸式液晶显示屏； 5—安装固定凸块； 6—安装固定凹槽；

7—电源输入接口； 8—第一耐热隔板； 9—前腔；

10—后腔； 11—变压器； 12—制冷压缩机；

13—电源输出接口； 14—温度传感器； 15—湿度传感器；

16—温度控制器； 16-1—微控制器模块；

16-2—交直流转换电路模块； 16-3—第一串口通信电路模块；

16-4—第二串口通信电路模块； 16-5—时钟电路模块；

16-6—以太网通信模块； 16-7—数据存储器模块；

16-8—第一继电器； 16-9—第一接触器； 16-10—第二继电器；

16-11—第二接触器； 16-12—WiFi无线通信模块；

17—U型管式换热器； 18—加热电阻丝； 22—220V交流电；

23—第一九针串口； 24—第二九针串口； 25—RJ-45以太网接口；

26—接口安装区域； 27—接口盖板； 28—搬运把手；

29—第二耐热隔板； 30—转轴； 31—外部电源插座；

32—温控试验箱。

具体实施方式

实施例1

本发明的岩石冻胀试验用类岩石试件裂缝注水方法，包括以下步骤：

步骤一、准备好注水用不等温控制试验装置，如图1～图5所示，所述注水用不等温控制试验装置包括三个结构相同的温控试验箱32，每个温控试验箱32均包括箱体1和转动连接在箱体1上的门2，所述门2上嵌入安装有玻璃观察窗3和触摸式液晶显示屏4，所述箱体1底部均匀设置有多个安装固定凸块5，所述箱体1顶部均匀设置有多个分别与多个安装固定凸块5相配合的安装固定凹槽6，所述箱体1的后壁上设置有用于接入220V交流电22的电源输入接口7和与电源输入接口7连接的电源输出接口13，所述箱体1内设置有用于将箱体1内部空间分隔为前腔9和后腔10的第一耐热隔板8，所述后腔10内设置有变压器11、制冷压缩机12、温度传感器14、湿度传感器15和温度控制器16，所述变压器11与电源输入接口7连接，所述制冷压缩机12的输出端连接有穿过第一耐热隔板8伸入前腔9内的U型管式换热器17；所述前腔9内底部设置有加热电阻丝18和位于加热电阻丝18上方的第二耐热隔板29；如图6所示，所述温度控制器16包括微控制器模块16-1和用于将220V交流电22转换为温度控制器16中各用电模块所需电压的交直流转换电路模块16-2，以及与所述微控制器模块16-1相接的数据存储器模块16-7、第一串口通信电路模块16-3和第二串口通信电路模块16-4，所述触摸式液晶显示屏4与微控制器模块16-1相接，所述温度传感器14和湿度传感器15均与微控制器模块16-1的输入端相接，所述微控制器模块16-1的输入端还接有时钟电路模块16-5，所述微控制器模块16-1的输出端接有依次相接的用于接通或断开变压器11给加热电阻丝18供电的供电回路的第一继电器16-8和第一接触器16-9，以及依次相接的用于接通或断开220V交流电22给制冷压缩机12供电的供电回路的第二继电器16-10和第二接触器16-11，所述第一接触器16-9串联在变压器11给加热电阻丝18供电的供电回路中，所述第二接触器16-11串联在220V交流电22给制冷压缩机12供电的供电回路中，所述第一串口通信电路模块16-3上连接有设置在箱体1后壁上的第一九针串口23，所述第二串口通信电路模块16-4上连接有设置在箱体1后壁上的第二九针串口24；如图7所示，三个温控试验箱32通过相互配合的安装固定凸块5和安装固定凹槽6叠放在一起，位于底层的温控试验箱32上的电源输入接口7与外部电源插座31上的220V交流电接口连接，位于上层的温控试验箱32上的电源输入接口7与与其相邻的下层温控试验箱32上的电源输出接口13连接，位于上层的温控试验箱32上的第一九针串口23与与其相邻的下层温控试验箱32上的第二九针串口24连接；由于设置有第一串口通信电路模块16-3和第二串口通信电路模块16-4，因此各个温控试验箱32能够通过串口相互通信，还能够通过串口与外部设备(如计算机、平板电脑等)进行相互通信，通过二次开发后，还能够通过操作外部设备对该注水用不等温控制试验装置进行温度和温度保持时间设置。

如图2和图5所示，本实施例中，所述门2通过转轴30转动连接在箱体1上，所述箱体1与门2贴合的一面四周固定连接有第一磁性吸条，所述门2与箱体1贴合的一面四周固定连接有与所述第一磁性吸条相配合的第二磁性吸条。

如图7所示，本实施例中，所述温度控制器16包括与微控制器模块16-1相接的WiFi无线通信模块16-12和以太网通信模块16-6，所述以太网通信模块16-6上连接有设置在箱体1后壁上的RJ-45以太网接口25。

如图3所示，本实施例中，所述箱体1的后壁上设置有接口安装区域26，所述箱体1上转动连接有用于打开或封闭接口安装区域26的接口盖板27，所述电源输入接口7、电源输出接口13、第一九针串口23、第二九针串口24和RJ-45以太网接口25均设置在接口安装区域26内。由于设置有WiFi无线通信模块16-12和以太网通信模块16-6，因此通过二次开发后，还能够实现该注水用不等温控制试验装置与连接到Internet网络上的设备的通信，能够实现该注水用不等温控制试验装置的温度和温度保持时间的远程修改。

本实施例中，所述微控制器模块16-1为单片机。所述数据存储器模块16-7为SD卡数据存储器。

步骤二、在预制有裂缝且具有饱和含水率的类岩石试件的裂缝开口处安装能够在温度不低于-30℃的环境下正常工作的应力应变片；

本实施例中，所述类岩石试件为圆柱形类岩石试件，所述类岩石试件上预制的裂缝为贯穿裂缝。

步骤三、首先将经过步骤二处理的类岩石试件放入位于中间层的温控试验箱32内，然后操作位于中间层的温控试验箱32的触摸式液晶显示屏4，设置位于中间层的温控试验箱32内的温度为-30℃，温度保持时间为2小时；

步骤四、首先在两个量杯中分别盛500mL的水，并往其中一个量杯的水中加入5mL的有色墨水，将两个量杯同时放入位于底层的温控试验箱32内；然后操作位于底层的温控试验箱32的触摸式液晶显示屏4，设置位于底层的温控试验箱32内的温度为0℃，温度保持时间为2小时；

步骤五、首先设置位于顶层的温控试验箱32内的温度为0℃，温度保持时间为5分钟；然后将位于中间层的温控试验箱32内冻结了1小时后的类岩石试件取出，伸入放置在下层的温控试验箱32内未添加有色墨水的量杯的水中蘸水后，在1分钟内采用保鲜膜对类岩石试件的裂缝的表面裂缝漏口面进行包裹，并将包裹好的类岩石试件放入位于顶层的温控试验箱32内；在1分钟内采用保鲜膜对类岩石试件的裂缝的表面裂缝漏口面进行包裹，能够保证保鲜膜吸附在类岩石试件的裂缝的表面裂缝漏口面上。

步骤六、首先将位于底层的温控试验箱32内的盛有添加有有色墨水的水的量杯取出；然后将添加有有色墨水的水倒入带有刻度的输液瓶中并悬挂在输液架上，记录输液瓶中水的初始刻度，并在输液架上连接插入输液瓶中的输液器，调节输液器上的流量调节滚轮，将流量调至最小；将流量调至最小进行慢速注水，能够使水进入类岩石试件的裂缝后有时间在与注水面相对的裂缝另一面的出口处凝固，防止注水过多引起裂缝与保鲜膜未贴合好，或保鲜膜的承载力过大，引起渗流。

步骤七、首先将位于顶层的温控试验箱32内冻结了1分钟后的类岩石试件取出；然后用输液器上的输液针在类岩石试件上的裂缝上刺一个排气孔，再从所述排气孔中拔出输液器上的输液针并扎入距离排气孔0.3cm的裂缝内，刺一个注水孔并从注水孔往裂缝内注水，当排气孔中有水流出时，说明裂缝已经饱水，此时拔出输液器上的输液针，记录输液瓶中水的最终刻度，用输液瓶中水的初始刻度减去输液瓶中水的最终刻度，得到裂缝的内部体积并记录；通过往裂缝内注入添加有有色墨水的水，便于在冻胀试验时观察冻胀所引起的裂缝的发展趋势，以及水分在类岩石试件内部渗透的情况。

步骤八、首先将事先裁剪好的小块保鲜膜伸入放置在下层的温控试验箱32内未添加有色墨水的量杯的水中蘸水后，粘贴在类岩石试件上刺有排气孔和注水孔的位置处，将排气孔和注水孔封闭，然后将类岩石试件放入位于中间层的温控试验箱32内5分钟后取出，揭下所有的保鲜膜。由于注入裂缝内的水的温度为0℃，因此在温度为-30℃的中间层的温控试验箱32内在5分钟内会很快冻结，从而降低了裂缝失水的几率；取出类岩石试件后揭下所有的保鲜膜，降低了外部因素对类岩石试件的冻胀力试验与冻胀裂缝发展的影响。

实施例2

本发明的岩石冻胀试验用类岩石试件裂缝注水方法，包括以下步骤：

步骤一、准备好注水用不等温控制试验装置，如图1～图5所示，所述注水用不等温控制试验装置包括三个结构相同的温控试验箱32，每个温控试验箱32均包括箱体1和转动连接在箱体1上的门2，所述门2上嵌入安装有玻璃观察窗3和触摸式液晶显示屏4，所述箱体1底部均匀设置有多个安装固定凸块5，所述箱体1顶部均匀设置有多个分别与多个安装固定凸块5相配合的安装固定凹槽6，所述箱体1的后壁上设置有用于接入220V交流电22的电源输入接口7和与电源输入接口7连接的电源输出接口13，所述箱体1内设置有用于将箱体1内部空间分隔为前腔9和后腔10的第一耐热隔板8，所述后腔10内设置有变压器11、制冷压缩机12、温度传感器14、湿度传感器15和温度控制器16，所述变压器11与电源输入接口7连接，所述制冷压缩机12的输出端连接有穿过第一耐热隔板8伸入前腔9内的U型管式换热器17；所述前腔9内底部设置有加热电阻丝18和位于加热电阻丝18上方的第二耐热隔板29；如图6所示，所述温度控制器16包括微控制器模块16-1和用于将220V交流电22转换为温度控制器16中各用电模块所需电压的交直流转换电路模块16-2，以及与所述微控制器模块16-1相接的数据存储器模块16-7、第一串口通信电路模块16-3和第二串口通信电路模块16-4，所述触摸式液晶显示屏4与微控制器模块16-1相接，所述温度传感器14和湿度传感器15均与微控制器模块16-1的输入端相接，所述微控制器模块16-1的输入端还接有时钟电路模块16-5，所述微控制器模块16-1的输出端接有依次相接的用于接通或断开变压器11给加热电阻丝18供电的供电回路的第一继电器16-8和第一接触器16-9，以及依次相接的用于接通或断开220V交流电22给制冷压缩机12供电的供电回路的第二继电器16-10和第二接触器16-11，所述第一接触器16-9串联在变压器11给加热电阻丝18供电的供电回路中，所述第二接触器16-11串联在220V交流电22给制冷压缩机12供电的供电回路中，所述第一串口通信电路模块16-3上连接有设置在箱体1后壁上的第一九针串口23，所述第二串口通信电路模块16-4上连接有设置在箱体1后壁上的第二九针串口24；如图7所示，三个温控试验箱32通过相互配合的安装固定凸块5和安装固定凹槽6叠放在一起，位于底层的温控试验箱32上的电源输入接口7与外部电源插座31上的220V交流电接口连接，位于上层的温控试验箱32上的电源输入接口7与与其相邻的下层温控试验箱32上的电源输出接口13连接，位于上层的温控试验箱32上的第一九针串口23与与其相邻的下层温控试验箱32上的第二九针串口24连接；由于设置有第一串口通信电路模块16-3和第二串口通信电路模块16-4，因此各个温控试验箱32能够通过串口相互通信，还能够通过串口与外部设备(如计算机、平板电脑等)进行相互通信，通过二次开发后，还能够通过操作外部设备对该注水用不等温控制试验装置进行温度和温度保持时间设置。

如图2和图5所示，本实施例中，所述门2通过转轴30转动连接在箱体1上，所述箱体1与门2贴合的一面四周固定连接有第一磁性吸条，所述门2与箱体1贴合的一面四周固定连接有与所述第一磁性吸条相配合的第二磁性吸条。

如图7所示，本实施例中，所述温度控制器16包括与微控制器模块16-1相接的WiFi无线通信模块16-12和以太网通信模块16-6，所述以太网通信模块16-6上连接有设置在箱体1后壁上的RJ-45以太网接口25。

如图3所示，本实施例中，所述箱体1的后壁上设置有接口安装区域26，所述箱体1上转动连接有用于打开或封闭接口安装区域26的接口盖板27，所述电源输入接口7、电源输出接口13、第一九针串口23、第二九针串口24和RJ-45以太网接口25均设置在接口安装区域26内。由于设置有WiFi无线通信模块16-12和以太网通信模块16-6，因此通过二次开发后，还能够实现该注水用不等温控制试验装置与连接到Internet网络上的设备的通信，能够实现该注水用不等温控制试验装置的温度和温度保持时间的远程修改。

本实施例中，所述微控制器模块16-1为单片机。所述数据存储器模块16-7为SD卡数据存储器。

步骤二、在预制有裂缝且具有饱和含水率的类岩石试件的裂缝开口处安装能够在温度不低于-30℃的环境下正常工作的应力应变片；

本实施例中，所述类岩石试件为圆柱形类岩石试件，所述类岩石试件上预制的裂缝为贯穿裂缝。

步骤三、首先将经过步骤二处理的类岩石试件放入位于中间层的温控试验箱32内，然后操作位于中间层的温控试验箱32的触摸式液晶显示屏4，设置位于中间层的温控试验箱32内的温度为-30℃，温度保持时间为3小时；

步骤四、首先在两个量杯中分别盛800mL的水，并往其中一个量杯的水中加入15mL的有色墨水，将两个量杯同时放入位于底层的温控试验箱32内；然后操作位于底层的温控试验箱32的触摸式液晶显示屏4，设置位于底层的温控试验箱32内的温度为1℃，温度保持时间为3小时；

步骤五、首先设置位于顶层的温控试验箱32内的温度为-5℃，温度保持时间为5分钟；然后将位于中间层的温控试验箱32内冻结了2小时后的类岩石试件取出，伸入放置在下层的温控试验箱32内未添加有色墨水的量杯的水中蘸水后，在1分钟内采用保鲜膜对类岩石试件的裂缝的表面裂缝漏口面进行包裹，并将包裹好的类岩石试件放入位于顶层的温控试验箱32内；在1分钟内采用保鲜膜对类岩石试件的裂缝的表面裂缝漏口面进行包裹，能够保证保鲜膜吸附在类岩石试件的裂缝的表面裂缝漏口面上。

步骤六、首先将位于底层的温控试验箱32内的盛有添加有有色墨水的水的量杯取出；然后将添加有有色墨水的水倒入带有刻度的输液瓶中并悬挂在输液架上，记录输液瓶中水的初始刻度，并在输液架上连接插入输液瓶中的输液器，调节输液器上的流量调节滚轮，将流量调至最小；将流量调至最小进行慢速注水，能够使水进入类岩石试件的裂缝后有时间在与注水面相对的裂缝另一面的出口处凝固，防止注水过多引起裂缝与保鲜膜未贴合好，或保鲜膜的承载力过大，引起渗流。

步骤七、首先将位于顶层的温控试验箱32内冻结了3分钟后的类岩石试件取出；然后用输液器上的输液针在类岩石试件上的裂缝上刺一个排气孔，再从所述排气孔中拔出输液器上的输液针并扎入距离排气孔0.8cm的裂缝内，刺一个注水孔并从注水孔往裂缝内注水，当排气孔中有水流出时，说明裂缝已经饱水，此时拔出输液器上的输液针，记录输液瓶中水的最终刻度，用输液瓶中水的初始刻度减去输液瓶中水的最终刻度，得到裂缝的内部体积并记录；通过往裂缝内注入添加有有色墨水的水，便于在冻胀试验时观察冻胀所引起的裂缝的发展趋势，以及水分在类岩石试件内部渗透的情况。

步骤八、首先将事先裁剪好的小块保鲜膜伸入放置在下层的温控试验箱32内未添加有色墨水的量杯的水中蘸水后，粘贴在类岩石试件上刺有排气孔和注水孔的位置处，将排气孔和注水孔封闭，然后将类岩石试件放入位于中间层的温控试验箱32内10分钟后取出，揭下所有的保鲜膜。由于注入裂缝内的水的温度为1℃，因此在温度为-30℃的中间层的温控试验箱32内在10分钟内会很快冻结，从而降低了裂缝失水的几率；取出类岩石试件后揭下所有的保鲜膜，降低了外部因素对类岩石试件的冻胀力试验与冻胀裂缝发展的影响。

实施例3

本发明的岩石冻胀试验用类岩石试件裂缝注水方法，包括以下步骤：

步骤一、准备好注水用不等温控制试验装置，如图1～图5所示，所述注水用不等温控制试验装置包括三个结构相同的温控试验箱32，每个温控试验箱32均包括箱体1和转动连接在箱体1上的门2，所述门2上嵌入安装有玻璃观察窗3和触摸式液晶显示屏4，所述箱体1底部均匀设置有多个安装固定凸块5，所述箱体1顶部均匀设置有多个分别与多个安装固定凸块5相配合的安装固定凹槽6，所述箱体1的后壁上设置有用于接入220V交流电22的电源输入接口7和与电源输入接口7连接的电源输出接口13，所述箱体1内设置有用于将箱体1内部空间分隔为前腔9和后腔10的第一耐热隔板8，所述后腔10内设置有变压器11、制冷压缩机12、温度传感器14、湿度传感器15和温度控制器16，所述变压器11与电源输入接口7连接，所述制冷压缩机12的输出端连接有穿过第一耐热隔板8伸入前腔9内的U型管式换热器17；所述前腔9内底部设置有加热电阻丝18和位于加热电阻丝18上方的第二耐热隔板29；如图6所示，所述温度控制器16包括微控制器模块16-1和用于将220V交流电22转换为温度控制器16中各用电模块所需电压的交直流转换电路模块16-2，以及与所述微控制器模块16-1相接的数据存储器模块16-7、第一串口通信电路模块16-3和第二串口通信电路模块16-4，所述触摸式液晶显示屏4与微控制器模块16-1相接，所述温度传感器14和湿度传感器15均与微控制器模块16-1的输入端相接，所述微控制器模块16-1的输入端还接有时钟电路模块16-5，所述微控制器模块16-1的输出端接有依次相接的用于接通或断开变压器11给加热电阻丝18供电的供电回路的第一继电器16-8和第一接触器16-9，以及依次相接的用于接通或断开220V交流电22给制冷压缩机12供电的供电回路的第二继电器16-10和第二接触器16-11，所述第一接触器16-9串联在变压器11给加热电阻丝18供电的供电回路中，所述第二接触器16-11串联在220V交流电22给制冷压缩机12供电的供电回路中，所述第一串口通信电路模块16-3上连接有设置在箱体1后壁上的第一九针串口23，所述第二串口通信电路模块16-4上连接有设置在箱体1后壁上的第二九针串口24；如图7所示，三个温控试验箱32通过相互配合的安装固定凸块5和安装固定凹槽6叠放在一起，位于底层的温控试验箱32上的电源输入接口7与外部电源插座31上的220V交流电接口连接，位于上层的温控试验箱32上的电源输入接口7与与其相邻的下层温控试验箱32上的电源输出接口13连接，位于上层的温控试验箱32上的第一九针串口23与与其相邻的下层温控试验箱32上的第二九针串口24连接；由于设置有第一串口通信电路模块16-3和第二串口通信电路模块16-4，因此各个温控试验箱32能够通过串口相互通信，还能够通过串口与外部设备(如计算机、平板电脑等)进行相互通信，通过二次开发后，还能够通过操作外部设备对该注水用不等温控制试验装置进行温度和温度保持时间设置。

如图2和图5所示，本实施例中，所述门2通过转轴30转动连接在箱体1上，所述箱体1与门2贴合的一面四周固定连接有第一磁性吸条，所述门2与箱体1贴合的一面四周固定连接有与所述第一磁性吸条相配合的第二磁性吸条。

如图7所示，本实施例中，所述温度控制器16包括与微控制器模块16-1相接的WiFi无线通信模块16-12和以太网通信模块16-6，所述以太网通信模块16-6上连接有设置在箱体1后壁上的RJ-45以太网接口25。

如图3所示，本实施例中，所述箱体1的后壁上设置有接口安装区域26，所述箱体1上转动连接有用于打开或封闭接口安装区域26的接口盖板27，所述电源输入接口7、电源输出接口13、第一九针串口23、第二九针串口24和RJ-45以太网接口25均设置在接口安装区域26内。由于设置有WiFi无线通信模块16-12和以太网通信模块16-6，因此通过二次开发后，还能够实现该注水用不等温控制试验装置与连接到Internet网络上的设备的通信，能够实现该注水用不等温控制试验装置的温度和温度保持时间的远程修改。

本实施例中，所述微控制器模块16-1为单片机。所述数据存储器模块16-7为SD卡数据存储器。

步骤二、在预制有裂缝且具有饱和含水率的类岩石试件的裂缝开口处安装能够在温度不低于-30℃的环境下正常工作的应力应变片；

本实施例中，所述类岩石试件为圆柱形类岩石试件，所述类岩石试件上预制的裂缝为贯穿裂缝。

步骤三、首先将经过步骤二处理的类岩石试件放入位于中间层的温控试验箱32内，然后操作位于中间层的温控试验箱32的触摸式液晶显示屏4，设置位于中间层的温控试验箱32内的温度为-30℃，温度保持时间为2.5小时；

步骤四、首先在两个量杯中分别盛650mL的水，并往其中一个量杯的水中加入10mL的有色墨水，将两个量杯同时放入位于底层的温控试验箱32内；然后操作位于底层的温控试验箱32的触摸式液晶显示屏4，设置位于底层的温控试验箱32内的温度为0.5℃，温度保持时间为2.5小时；

步骤五、首先设置位于顶层的温控试验箱32内的温度为-2.5℃，温度保持时间为5分钟；然后将位于中间层的温控试验箱32内冻结了1.5小时后的类岩石试件取出，伸入放置在下层的温控试验箱32内未添加有色墨水的量杯的水中蘸水后，在1分钟内采用保鲜膜对类岩石试件的裂缝的表面裂缝漏口面进行包裹，并将包裹好的类岩石试件放入位于顶层的温控试验箱32内；在1分钟内采用保鲜膜对类岩石试件的裂缝的表面裂缝漏口面进行包裹，能够保证保鲜膜吸附在类岩石试件的裂缝的表面裂缝漏口面上。

步骤六、首先将位于底层的温控试验箱32内的盛有添加有有色墨水的水的量杯取出；然后将添加有有色墨水的水倒入带有刻度的输液瓶中并悬挂在输液架上，记录输液瓶中水的初始刻度，并在输液架上连接插入输液瓶中的输液器，调节输液器上的流量调节滚轮，将流量调至最小；将流量调至最小进行慢速注水，能够使水进入类岩石试件的裂缝后有时间在与注水面相对的裂缝另一面的出口处凝固，防止注水过多引起裂缝与保鲜膜未贴合好，或保鲜膜的承载力过大，引起渗流。

步骤七、首先将位于顶层的温控试验箱32内冻结了2分钟后的类岩石试件取出；然后用输液器上的输液针在类岩石试件上的裂缝上刺一个排气孔，再从所述排气孔中拔出输液器上的输液针并扎入距离排气孔0.5cm的裂缝内，刺一个注水孔并从注水孔往裂缝内注水，当排气孔中有水流出时，说明裂缝已经饱水，此时拔出输液器上的输液针，记录输液瓶中水的最终刻度，用输液瓶中水的初始刻度减去输液瓶中水的最终刻度，得到裂缝的内部体积并记录；通过往裂缝内注入添加有有色墨水的水，便于在冻胀试验时观察冻胀所引起的裂缝的发展趋势，以及水分在类岩石试件内部渗透的情况。

步骤八、首先将事先裁剪好的小块保鲜膜伸入放置在下层的温控试验箱32内未添加有色墨水的量杯的水中蘸水后，粘贴在类岩石试件上刺有排气孔和注水孔的位置处，将排气孔和注水孔封闭，然后将类岩石试件放入位于中间层的温控试验箱32内7.5分钟后取出，揭下所有的保鲜膜。由于注入裂缝内的水的温度为0.5℃，因此在温度为-30℃的中间层的温控试验箱32内在7.5分钟内会很快冻结，从而降低了裂缝失水的几率；取出类岩石试件后揭下所有的保鲜膜，降低了外部因素对类岩石试件的冻胀力试验与冻胀裂缝发展的影响。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (7)

1.一种岩石冻胀试验用类岩石试件裂缝注水方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、准备好注水用不等温控制试验装置，所述注水用不等温控制试验装置包括三个结构相同的温控试验箱(32)，每个温控试验箱(32)均包括箱体(1)和转动连接在箱体(1)上的门(2)，所述门(2)上嵌入安装有玻璃观察窗(3)和触摸式液晶显示屏(4)，所述箱体(1)底部均匀设置有多个安装固定凸块(5)，所述箱体(1)顶部均匀设置有多个分别与多个安装固定凸块(5)相配合的安装固定凹槽(6)，所述箱体(1)的后壁上设置有用于接入220V交流电(22)的电源输入接口(7)和与电源输入接口(7)连接的电源输出接口(13)，所述箱体(1)内设置有用于将箱体(1)内部空间分隔为前腔(9)和后腔(10)的第一耐热隔板(8)，所述后腔(10)内设置有变压器(11)、制冷压缩机(12)、温度传感器(14)、湿度传感器(15)和温度控制器(16)，所述变压器(11)与电源输入接口(7)连接，所述制冷压缩机(12)的输出端连接有穿过第一耐热隔板(8)伸入前腔(9)内的U型管式换热器(17)；所述前腔(9)内底部设置有加热电阻丝(18)和位于加热电阻丝(18)上方的第二耐热隔板(29)；所述温度控制器(16)包括微控制器模块(16-1)和用于将220V交流电(22)转换为温度控制器(16)中各用电模块所需电压的交直流转换电路模块(16-2)，以及与所述微控制器模块(16-1)相接的数据存储器模块(16-7)、第一串口通信电路模块(16-3)和第二串口通信电路模块(16-4)，所述触摸式液晶显示屏(4)与微控制器模块(16-1)相接，所述温度传感器(14)和湿度传感器(15)均与微控制器模块(16-1)的输入端相接，所述微控制器模块(16-1)的输入端还接有时钟电路模块(16-5)，所述微控制器模块(16-1)的输出端接有依次相接的用于接通或断开变压器(11)给加热电阻丝(18)供电的供电回路的第一继电器(16-8)和第一接触器(16-9)，以及依次相接的用于接通或断开220V交流电(22)给制冷压缩机(12)供电的供电回路的第二继电器(16-10)和第二接触器(16-11)，所述第一接触器(16-9)串联在变压器(11)给加热电阻丝(18)供电的供电回路中，所述第二接触器(16-11)串联在220V交流电(22)给制冷压缩机(12)供电的供电回路中，所述第一串口通信电路模块(16-3)上连接有设置在箱体(1)后壁上的第一九针串口(23)，所述第二串口通信电路模块(16-4)上连接有设置在箱体(1)后壁上的第二九针串口(24)；三个温控试验箱(32)通过相互配合的安装固定凸块(5)和安装固定凹槽(6)叠放在一起，位于底层的温控试验箱(32)上的电源输入接口(7)与外部电源插座(31)上的220V交流电接口连接，位于上层的温控试验箱(32)上的电源输入接口(7)与与其相邻的下层温控试验箱(32)上的电源输出接口(13)连接，位于上层的温控试验箱(32)上的第一九针串口(23)与与其相邻的下层温控试验箱(32)上的第二九针串口(24)连接；

步骤二、在预制有裂缝且具有饱和含水率的类岩石试件的裂缝开口处安装能够在温度不低于-30℃的环境下正常工作的应力应变片；

步骤三、首先将经过步骤二处理的类岩石试件放入位于中间层的温控试验箱(32)内，然后操作位于中间层的温控试验箱(32)的触摸式液晶显示屏(4)，设置位于中间层的温控试验箱(32)内的温度为-30℃，温度保持时间为2～3小时；

步骤四、首先在两个量杯中分别盛500mL～800mL的水，并往其中一个量杯的水中加入5mL～15mL的有色墨水，将两个量杯同时放入位于底层的温控试验箱(32)内；然后操作位于底层的温控试验箱(32)的触摸式液晶显示屏(4)，设置位于底层的温控试验箱(32)内的温度为0℃～1℃，温度保持时间为2～3小时；

步骤五、首先设置位于顶层的温控试验箱(32)内的温度为0℃～-5℃，温度保持时间为5分钟；然后将位于中间层的温控试验箱(32)内冻结了1～2小时后的类岩石试件取出，伸入放置在下层的温控试验箱(32)内未添加有色墨水的量杯的水中蘸水后，在1分钟内采用保鲜膜对类岩石试件的裂缝的表面裂缝漏口面进行包裹，并将包裹好的类岩石试件放入位于顶层的温控试验箱(32)内；

步骤六、首先将位于底层的温控试验箱(32)内的盛有添加有有色墨水的水的量杯取出；然后将添加有有色墨水的水倒入带有刻度的输液瓶中并悬挂在输液架上，记录输液瓶中水的初始刻度，并在输液架上连接插入输液瓶中的输液器，调节输液器上的流量调节滚轮，将流量调至最小；

步骤七、首先将位于顶层的温控试验箱(32)内冻结了1～3分钟后的类岩石试件取出；然后用输液器上的输液针在类岩石试件上的裂缝上刺一个排气孔，再从所述排气孔中拔出输液器上的输液针并扎入距离排气孔0.3cm～0.8cm的裂缝内，刺一个注水孔并从注水孔往裂缝内注水，当排气孔中有水流出时，说明裂缝已经饱水，此时拔出输液器上的输液针，记录输液瓶中水的最终刻度，用输液瓶中水的初始刻度减去输液瓶中水的最终刻度，得到裂缝的内部体积并记录；

步骤八、首先将事先裁剪好的小块保鲜膜伸入放置在下层的温控试验箱(32)内未添加有色墨水的量杯的水中蘸水后，粘贴在类岩石试件上刺有排气孔和注水孔的位置处，将排气孔和注水孔封闭，然后将类岩石试件放入位于中间层的温控试验箱(32)内5～10分钟后取出，揭下所有的保鲜膜；

步骤二中所述类岩石试件为圆柱形类岩石试件，所述类岩石试件上预制的裂缝为贯穿裂缝。

2.按照权利要求1所述的一种岩石冻胀试验用类岩石试件裂缝注水方法，其特征在于：所述门(2)通过转轴(30)转动连接在箱体(1)上，所述箱体(1)与门(2)贴合的一面四周固定连接有第一磁性吸条，所述门(2)与箱体(1)贴合的一面四周固定连接有与所述第一磁性吸条相配合的第二磁性吸条。

3.按照权利要求1所述的一种岩石冻胀试验用类岩石试件裂缝注水方法，其特征在于：所述箱体(1)的两侧侧壁上连接有搬运把手(28)。

4.按照权利要求1所述的一种岩石冻胀试验用类岩石试件裂缝注水方法，其特征在于：所述温度控制器(16)包括与微控制器模块(16-1)相接的WiFi无线通信模块(16-12)和以太网通信模块(16-6)，所述以太网通信模块(16-6)上连接有设置在箱体(1)后壁上的RJ-45以太网接口(25)。

5.按照权利要求4所述的一种岩石冻胀试验用类岩石试件裂缝注水方法，其特征在于：所述箱体(1)的后壁上设置有接口安装区域(26)，所述箱体(1)上转动连接有用于打开或封闭接口安装区域(26)的接口盖板(27)，所述电源输入接口(7)、电源输出接口(13)、第一九针串口(23)、第二九针串口(24)和RJ-45以太网接口(25)均设置在接口安装区域(26)内。

6.按照权利要求1所述的一种岩石冻胀试验用类岩石试件裂缝注水方法，其特征在于：所述微控制器模块(16-1)为单片机。

7.按照权利要求1所述的一种岩石冻胀试验用类岩石试件裂缝注水方法，其特征在于：所述数据存储器模块(16-7)为SD卡数据存储器。