CN105043889A - 一种考虑浸泡-风干循环作用的岩石膨胀试验仪 - Google Patents

Abstract

<b>一</b>种考虑浸泡-风干循环作用的岩石膨胀试验仪是通过如下方案实现的：<b>一</b>种考虑浸泡-风干循环作用的岩石膨胀试验仪包括密闭的浸泡-风干容器，浸泡-风干容器内设多个电子位移传感器，给水装置通过给水管与浸泡-风干容器内部连通，压力控制系统通过给气管与浸泡-风干容器内部连通；所述浸泡-风干容器内设金属网架试样平台，在所述金属网架试样平台上设置倒T型凸块，岩石试样、薄层滤纸和金属透水板顺序放置在金属网架试样平台上。本发明的优点在于，通过模拟库岸边坡消落带的浸泡-风干循环作用过程，解决了普通岩石膨胀仪无法同时模拟库水压力条件和浸泡-风干循环作用环境的缺点，提高了岩石膨胀变形测试的准确性。

Description

一种考虑浸泡-风干循环作用的岩石膨胀试验仪

技术领域

本发明涉及一种考虑库岸边坡消落带库水压力升降变化，浸泡-风干循环作用的岩石膨胀仪；具体说是一种考虑浸泡-风干循环作用的岩石膨胀试验仪。

背景技术

三峡工程竣工后，库水每年都将按“冬蓄夏洪”的调度计划在145m的防洪水位和175m的蓄水发电水位之间或缓慢或快速的升降，形成一个高达30m的库水消落带。在库水大幅度涨落的条件下，消落带部分岩土体周期性处于浸泡和风干交替的动态。研究表明，这些库岸边坡的变形破坏，往往与水-岩作用密切相关，受水分迁移的影响，软岩易产生胀缩变形，力学特性逐渐劣化，对岩土工程的长期稳定性产生严重威胁。水-岩相互作用的研究也因此受到学术界和工程界的高度关注。

目前，关于水-岩相互作用的研究主要集中在各种岩石吸水特性、含水岩石力学特性、水-岩化学作用的力学效应、水对岩石动力学特性的影响、岩石遇水后的微观结构特征与软化崩解机制等方面，针对库岸边坡消落带软岩在库水位反复升降变化作用下的膨胀性能研究很少。

发明内容

本发明的目的是通过提供一种设备，用于模拟库岸边坡消落带的实际赋存环境，考虑水压力升降变化和浸泡-风干循环作用，测量岩石的自由膨胀和侧向约束膨胀变形量。

为了实现该发明目的，本发明一种考虑浸泡-风干循环作用的岩石膨胀试验仪是通过如下方案实现的：一种考虑浸泡-风干循环作用的岩石膨胀试验仪包括密闭的浸泡-风干容器，浸泡-风干容器内设多个电子位移传感器，给水装置通过给水管与浸泡-风干容器内部连通，压力控制系统通过给气管与浸泡-风干容器内部连通；

所述浸泡-风干容器内设金属网架试样平台，在所述金属网架试样平台上设置倒T型凸块，岩石试样、薄层滤纸和金属透水板顺序放置在金属网架试样平台上。

进一步讲，岩石膨胀试验仪还包括风干系统，风干系统通过通风管与浸泡-风干容器内部连通。

进一步讲，压力控制系统包括氮气瓶、及设在氮气瓶上的压力表，给气管将压力表与设在浸泡-风干容器内的压力气囊连通。

进一步讲，给水装置包括储水箱，给水管将储水箱与浸泡-风干容器内部连通，在给水管上安装水泵。

进一步讲，风干系统包括设在通风管上的进气阀门，进气阀门依次与加热电阻丝和鼓风装置相连。

进一步讲，在所述浸泡-风干容器上部设有出气口，出气口与出气阀门连接。

进一步讲，电子位移传感器顶杆通过紫铜片与岩石试样侧面接触。

进一步讲，岩石膨胀试验仪还包括套在岩石试样上的透水金属环，在金属网架试样平台上设有卡槽，金属套环下端固定在金属网架试样平台上的卡槽内。

进一步讲，电子位移传感器9通过静态电阻应变仪22与计算机23连接。

本发明的优点在于，可以准确模拟库岸边坡消落带库水反复升降变化的环境条件，准确测量岩石自由膨胀和侧向约束膨胀的变形量。

附图说明：

图1为该发明的整体平面图。

图2为该发明中透水式金属环的细部图。

图3为该发明进行无侧限膨胀试验时的细部图。

图4为该发明进行自由膨胀试验时的细部图。

如图中，1—出气阀门、2—岩石试样、3—压力气囊、4—气压调节阀门、5—压力表、6—氮气瓶、7—储水箱、8—水泵、9—电子位移传感器、10—盖板、11—加固螺栓、12—试验仪壳体、13—加固杆14—底座、15—金属载荷板、16—金属透水板、17—薄层滤纸、18—卡槽、19—倒T型凸块、20—金属网架试样平台、21—进水阀门、22—静态电阻应变仪、23—计算机、24—出水阀门、25—透水金属环、26—加热电阻丝、27—鼓风装置、28—进气阀门、29—出气阀门、30—紫铜片、31—进气阀门、32—透水孔、33—立柱。

具体实施方式

下面结合附图说明该发明的具体实施方式，但不作为对发明内容的限定：

如图1中，一种考虑浸泡-风干循环作用的岩石膨胀试验仪岩包括密闭的浸泡-风干容器，优选的，浸泡-风干容器包括试验仪壳体12，及设在试验仪壳体12上部的盖板10、下部的底座14，在盖板10和底座14之间设有加固螺栓11固定的加固杆13，浸泡-风干容器内设多个电子位移传感器9，分别在竖向、侧向设置电子位移传感器9，给水装置通过给水管与浸泡-风干容器内部连通，压力控制系统通过给气管与浸泡-风干容器内部连通；

浸泡-风干容器内设金属网架试样平台20，在所述金属网架试样平台20上设置倒T型凸块19，岩石试样2、薄层滤纸17和金属透水板16顺序放置在金属网架试样平台20，岩石试样2上部优选的也设有薄层滤纸17和金属透水板16，进一步优选的，在岩石试样2上的金属透水板16上还设有金属载荷板15，测定时，竖向的电子位移传感器9的顶杆直接设置在金属透水板16的上部或是设置在金属载荷板15上，且与岩石试样2的轴心在同一轴线上，侧向电子位移传感器9对称布置在岩石试样2侧面的中部，且指向岩样的轴心，优选的，侧向电子位移传感器9的顶杆通过紫铜片30与岩石试样2侧面接触。

优选的，岩石膨胀试验仪还包括风干系统，风干系统包括设在通风管上的进气阀门31，进气阀门31依次与加热电阻丝26和鼓风装置27相连，给气管从优选的底座14接入试验仪壳体12内。测定时，打开进气阀门31，向试验仪壳体12内通入通过加热电阻丝26加热后的空气，用以风干金属网架试样平台20上的岩石试样2。

优选的，压力控制系统包括氮气瓶6、及设在氮气瓶6上的压力表5，给气管将压力表5与设在浸泡-风干容器内的压力气囊3连通，优选的，在压力表5与氮气瓶6之间设有出气阀门29，在压力表5与压力气囊3之间设有气压调节阀门4和进出气阀门28，优选的，给气管从底座14接入试验仪壳体12内，测定时，通过氮气瓶6向压力气囊3充气以控制浸泡-风干容器内的气压。

优选的，给水装置包括储水箱7，给水管将储水箱7与浸泡-风干容器内部连通，给水管上安装水泵8，在储水箱7与水泵8之间设有出水阀门24，在水泵8与试验仪壳体12之间设有进水阀门21。

优选的，在盖板10上部设有出气口，出气口与出气阀门1连接。

优选的，如图2中，岩石膨胀试验仪还包括套在岩石试样2上的透水金属环25，在金属网架试样平台20上设有卡槽18，金属套环25下端固定在金属网架试样平台20上的卡槽18内，测量有侧限竖向膨胀量时，卸下侧向电子位移传感器9，顶部放置金属载荷板15、且在金属载荷板15上设置竖向电子位移传感器9，并将岩石试样2安装在透水金属套环25内，金属套环25下端固定在金属网架试样平台20上的卡槽18内。

优选的，电子位移传感器9通过静态电阻应变仪22与计算机23连接，测定时，通过静态电阻应变仪22将电子位移传感器9的数据输入计算机23。

本仪器分为自由膨胀量测量和侧限约束膨胀量测量两种实施方式：

（一）：自由膨胀量测量：

1.如图3中，将岩石试样放入浸泡-风干容器内部的金属网架试样平台20上，并在岩石试样2上下端分别放置金属透水板16（下端的金属透水板固定于倒T型凸块19之上）和薄层滤纸17；

2.在岩石试样2上部和两侧对称的中心部位分别安装电子位移传感器9，两侧位移传感器9顶杆与岩石试样侧面接触处宜放置一块紫铜片30；

3.每隔10min记录位移传感器9读数一次，直至连续三次读数不变；

4.打开进水阀门21，通过给水管向浸泡-风干容器内缓慢加水，加满水后，打开进出气阀门28与储气瓶6的出气阀门29，通过给气管向浸泡-风干容器内的压力气囊3缓慢加压，调节气压调节阀门4使气压表5的显示气压与试验模拟的库水压力相等。当岩石试样2发生膨胀时，电子位移传感器9分别测量轴向和侧向的膨胀变形量，通过计算机23显示岩石的膨胀量；

5.在第1h内，每隔10min测读变形一次，以后每隔1h测读变形一次，直至相邻三次读数差不大于0.001mm即可认为稳定，但浸水试验时间不得少于48h。整个试验过程中应保持水压力不变，水温变化不得大于2℃；

6.浸泡结束后，关闭储气瓶6的出气阀门29，打开进出气阀门28，通过给气管将压力气囊3中气体排出，将水通过水泵8排到储水箱7内，之后打开进气阀门31，向浸泡-风干容器内通入通过加热电阻丝26加热后的空气，用以风干岩石试样2中的水分，风干时间为48h（也可以根据库岸边坡消落带岩土体实际风干时间加以调整），另外风干温度控制在40℃以下（也可视具体情况做出适当调整）。再同理测定风干状态下岩石的膨胀量。

（二）：侧限约束膨胀量测量：

1.如图4中，将透水金属环25安装于金属网架试样平台20，并在四周凹槽18内固定，然后在其底部放置一金属透水板16（金属板固定于倒T型凸块19之上）和一张薄型滤纸17，接着放置岩石试样2，其上再放置一张薄型滤纸17和一块金属透水板16，最后在顶部放置固定金属载荷板15，并在金属载荷板15顶面安装竖向电子位移传感器9。金属载荷板15的质量应能对岩石试样产生5kPa的压力；

2.每隔10min记录位移传感器9读数一次，直至连续三次读数不变；

3.打开进水阀门21，通过给水管向浸泡-风干容器内缓慢加水，加满水后，打开进出气阀门28与储气瓶6的出气阀门29，通过给气管向浸泡-风干容器内的压力气囊3缓慢加压，调节气压调节阀门4使气压表5的显示气压与试验模拟的库水压力相等。当岩石试样2发生膨胀时，电子位移传感器9分别测量轴向和侧向的膨胀变形量，通过计算机23显示岩石的膨胀量；

4.在第1h内，每隔10min测读变形一次，以后每隔1h测读变形一次，直至相邻三次读数差不大于0.001mm即可认为稳定，但浸水试验时间不得少于48h。整个试验过程中应保持水压力不变，水温变化不得大于2℃。

5.浸泡结束后，关闭储气瓶6的出气阀门29，打开进出气阀门28，通过给气管将压力气囊3中气体排出，将水通过水泵8排到储水箱7内，之后打开进气阀门31，向浸泡-风干容器内通入通过加热电阻丝26加热后的空气，用以风干岩石试样2中的水分，风干时间为48h（也可以根据库岸边坡消落带岩土体实际风干时间加以调整），另外风干温度控制在40℃以下（也可视具体情况做出适当调整）。再同理测定风干状态下岩石的膨胀量。

Claims (9)

1.一种考虑浸泡-风干循环作用的岩石膨胀试验仪，其特征在于:所述岩石膨胀试验仪包括密闭的浸泡-风干容器，浸泡-风干容器内设多个电子位移传感器（9），给水装置通过给水管与浸泡-风干容器内部连通，压力控制系统通过给气管与浸泡-风干容器内部连通；

所述浸泡-风干容器内设金属网架试样平台（20），在所述金属网架试样平台（20）上设置倒T型凸块（19），岩石试样（2）、薄层滤纸（17）和金属透水板（16）顺序放置在金属网架试样平台（20）上。

2.根据权利要求1所述的一种考虑浸泡-风干循环作用的岩石膨胀试验仪，其特征在于:所述的岩石膨胀试验仪还包括风干系统，风干系统通过通风管与浸泡-风干容器内部连通。

3.根据权利要求1所述的一种考虑浸泡-风干循环作用的岩石膨胀试验仪，其特征在于:所述的压力控制系统包括氮气瓶（6）、及设在氮气瓶（6）上的压力表（5），给气管将压力表（5）与设在浸泡-风干容器内的压力气囊3连通。

4.根据权利要求1所述的一种考虑浸泡-风干循环作用的岩石膨胀试验仪，其特征在于:所述的给水装置包括储水箱（7），给水管将储水箱（7）与浸泡-风干容器内部连通，给水管上安装有水泵（8）。

5.根据权利要求2所述的一种考虑浸泡-风干循环作用的岩石膨胀试验仪，其特征在于:所述的风干系统包括设在通风管上的进气阀门（31），进气阀门（31）依次与加热电阻丝（26）和鼓风装置（27）相连。

6.根据权利要求1所述的一种考虑浸泡-风干循环作用的岩石膨胀试验仪，其特征在于:在所述浸泡-风干容器上部设有出气口，出气口与出气阀门（1）连接。

7.根据权利要求1所述的一种考虑浸泡-风干循环作用的岩石膨胀试验仪，其特征在于:所述的电子位移传感器（9）通过紫铜片（30）与岩石试样（2）侧面接触。

8.根据权利要求1所述的一种考虑浸泡-风干循环作用的岩石膨胀试验仪，其特征在于:所述岩石膨胀试验仪还包括套在岩石试样（2）上的透水金属环（25），在金属网架试样平台（20）上设有卡槽（18），金属套环（25）下端固定在金属网架试样平台（20）上的卡槽（18）内。

9.根据权利要求1所述的一种考虑浸泡-风干循环作用的岩石膨胀试验仪，其特征在于:所述电子位移传感器（9）通过静态电阻应变仪（22）与计算机（23）连接。