CN105181468B - 一种考虑干湿循环作用的岩石膨胀压力试验仪 - Google Patents

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Abstract

一种考虑干湿循环作用的岩石膨胀压力试验仪包括密闭容器，及固定密闭容器的门形框架，所述的密闭容器上端设有密封盖，密闭容器内设有压力气囊，压力气囊与密闭容器外部的储气瓶连通，给水装置通过给水管与密闭容器连通，烘干装置通过给气管与密闭容器连通；轴向加压装置设在门形框架的横梁上，轴向加压装置的加载压头通过转接头与荷载传感器连接，预压在密封盖上；位移传感器通过磁力表座固定在门形框架的横梁上，位移传感器顶杆与在密封盖接触，岩石试样放置在密闭容器中的试件盒内。本发明的优点在于，模拟库岸边坡消落带的实际赋存环境，考虑库水压力升降变化、干湿循环以及温度耦合作用，准确测试软岩的膨胀压力。

Description

一种考虑干湿循环作用的岩石膨胀压力试验仪
技术领域
本发明涉及岩石性质测试设备技术领域,具体说是一种考虑干湿循环作用的岩石膨胀压力试验仪。
技术背景
现有岩石膨胀压力试验仪一般只能测试饱水状态下岩石的膨胀压力，而位于库岸边坡消落带的岩土体，在库水位大幅度反复升降变化时，不仅水压力动态变化的，而且还处于浸泡-风干循环的动态环境中。但现有的岩石膨胀压力试验仪无法模拟库岸边坡消落带岩体的实际赋存环境。
发明内容
本发明目的是为了解决上述技术的不足，提供一种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、干湿循环以及温度耦合作用，测量库岸边坡消落带软岩在水-岩作用下膨胀压力的测量仪器。
本发明一种考虑干湿循环作用的岩石膨胀压力试验仪的目的是这样实现的：一种考虑干湿循环作用的岩石膨胀压力试验仪包括密闭容器，及固定密闭容器的门形框架，所述的密闭容器上端设有密封盖，密闭容器内设有压力气囊，压力气囊与密闭容器外部的储气瓶连通，给水装置通过给水管与密闭容器连通，烘干装置通过给气管与密闭容器连通；
轴向加压装置设在门形框架的横梁上，轴向加压装置的加载压头通过转接头与荷载传感器连接，预压在密封盖上；
位移传感器通过磁力表座固定在门形框架的横梁上，位移传感器的顶杆与密封盖接触预压，岩石试样放置在密闭容器中的试件盒内。
进一步讲，所述的轴向加压装置的加载压头通过转接头与荷载传感器连接。
进一步讲，轴向加压装置设在门形框架的中轴线上。
进一步讲，位移传感器通过磁力表座固定在门形框架的横梁上。
进一步讲，烘干装置包括设在密闭容器底部的进气阀门，及与进气阀门相连的依次为加热电阻丝和鼓风装置。
进一步讲，密封盖与密闭容器之间设有橡胶垫。
进一步讲，密封盖采用剖面形式为“T”型。
进一步讲，密闭容器内设岩石试样盒，岩石试样盒用支座固定在密闭容器内。
进一步讲，密闭容器的顶板上设有出气阀门，在密闭容器内出气口的旁边有水下温度传感器；
水下温度传感器通过导线与静态电阻应变仪连接，静态电阻应变仪与计算机连接。
进一步讲，给水装置包括设在密闭容器底板上设有进出水阀门，进出水阀门通过给水管与水箱连接，进出水阀门与水箱之间设有水泵，水箱与水泵之间设有出水阀门。
本发明的优点在于，能准确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、干湿循环以及温度耦合作用，准确测量软岩的膨胀压力。它利用轴向施压装置在密封盖上施加一定的压力压缩橡胶垫使密闭容器密封。在密闭容器内注满水，然后向密闭容器中的压力气囊充气，利用压力气囊向密闭容器中的水加压，模拟库岸边坡岩体实际赋存环境的库水压力和浸泡过程，浸泡结束后，将密闭容器中的水泵入水箱中，向密闭容器中通入用电阻丝加热的空气，实现岩石试样的烘干，模拟库岸边坡岩体实际赋存环境的风干过程。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1是本发明一种考虑干湿循环作用的岩石膨胀压力试验仪结构示意图。
图2是本发明一种考虑干湿循环作用的岩石膨胀压力试验仪密闭容器结构示意图。
如图中，位移传感器1、框架横梁2、框架基础梁3、轴向加压装置4、位移传感器5、转接头6、荷载传感器7、密闭容器8、支座9、橡胶垫10、密封盖11、磁力表座12、金属透水板13、岩石试样盒14、支座15、水箱16、进出水阀门17、出气阀门18、进出气阀门19、进气阀门20、水下温度传感器21、压力气囊22
、加热电阻丝24、鼓风装置25、水泵26、出水阀门27、阀门28、压力表29、气压调节阀门30、岩石试样31、计算机32、静态电阻应变仪33。
具体实施方式
如图1、2所示，一种考虑干湿循环作用的岩石膨胀压力试验仪，包括密闭容器8，及固定密闭容器8的门形框架，门形框架包括框架基础梁3，框架立柱34和框架横梁2；密闭容器8上端设有密封盖11，密闭容器8内设有压力气囊22，压力气囊22与密闭容器8外部的储气瓶连通，给水装置通过给水管与密闭容器8连通，烘干装置通过给气管与密闭容器8连通。
在框架横梁2的中心轴线上装有轴向加压装置4，轴向加压装置4设在门形框架的框架横梁2上，轴向加压装置4的加载压头5通过转接头6与荷载传感器7连接，预压在密封盖11上，优选的，位移传感器1通过磁力表座12固定在门形框架的框架横梁2上。工作时，通过调整磁力表座12，使位移传感器1的顶杆与在密封盖11（实质是岩石试样31的顶面）接触。
轴向加压装置4的加载压头5通过转接头6与荷载传感器7连接，预压在密封盖11上。优选的，在加载压头5、荷载传感器7之间设有转接头6。
框架基础梁3上通过支座9固定上部的密闭容器8，荷载传感器6位于密闭容器8上的密封盖11的中心轴线上。密闭容器8内部有岩石试样盒14，岩石试样盒14通过支座15固定在密闭容器8的底板上。
如图2中，密闭容器8的顶板上设有出气阀门18，在密闭容器8内出气口的旁边设有水下温度传感器21。密闭容器8内底部设有压力气囊22。压力气囊22为中空环状结构，优选的，用辅助支架支撑，使压力气囊22不与密闭容器8底板接触，保证水流通畅。压力气囊22与压力控制系统连接。压力控制系统包括储气瓶。储气瓶上设有压力表29，压力表29与储气瓶之间设有阀门28。压力表29用连接管与压力气囊22连接，并在两者之间设有气压调节阀门30与进出气阀门19。优选的，位移传感器1、荷载传感器6、水下温度传感器21分别通过电缆与静态电阻应变仪33连接，静态电阻应变仪33与计算机32连接。
密闭容器8的底板上设有进出水阀门17，进出水阀门17通过连接管与水箱16连接，进出水阀门17与水箱16之间设有水泵26，水箱16与水泵26之间设有出水阀门27。密闭容器8的底板中心设有进气阀门20，与进气阀门20相连的依次为加热电阻丝24和鼓风装置25。
优选的，密封盖11采用剖面形式为“T”的两个大小圆柱组成。“T”形上的“一”是一个半径较大圆柱，“T”形下的“I”是一个半径较小的圆柱。在大圆柱的侧面和下表面超出小圆柱的部分均设有橡胶垫10，以达到密封的效果。密封盖11下部小圆柱的直径与岩石试样31直径大小相同，使加压装置作用在密封盖11的压力可全部施加到岩石试样31上。
本发明的工作原理如下：
将岩石试样31放入内壁涂有凡士林的岩石试样盒14内，并在岩石试样31上下端分别放置一张滤纸和金属透水板13。再把密封盖11盖在密闭容器8上，使其密封，然后将荷载传感器7、转接头6依次安装在密封盖11上。并保证荷载传感器7与岩石试样31在同一轴线上，不得出现偏心荷载。
将位移传感器1固定在磁力表座12上，调整磁力表座12，使位移传感器1的顶杆与密封盖11接触预压，并保证两个位移传感器1在密封盖11上对称分布。
对岩石试样31施加10kPa的压力，测记位移传感器1的读数，每隔10min测读一次，连续三次读数不变时，重新调整位移传感器1并记录读数。
打开密闭容器8进出水阀门17与水箱16的出水阀门27，开启水泵26向密闭容器8内注水直至充满整个密闭容器8。关闭水泵26、密闭容器8进出水阀门17与水箱16的出水阀门27。
打开进出气阀门19与储气瓶的出气阀门28，通过给气管向密闭容器8内的压力气囊22缓慢加压，调节气压调节阀门30使气压表29的显示气压与试验模拟的库水压力相等。
当变形量达到0.001mm时，调节轴向加压装置4所施加的压力，使岩石试样31的膨胀变形在整个试验过程中保持不变。
开始时每隔10min读数一次，连续三次读数差小于0.001mm时，改为每小时读数一次，连续三次读数差小于0.001mm时，即可认为稳定并记录试验压力。有压浸泡总的试验时间不得少于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℃。
在模拟库水压力浸泡作用过程结束后（浸泡时间可根据库岸边坡消落带岩土体实际浸泡时间加以调整），关闭储气瓶的出气阀门28，打开进出气阀门19，通过给气管将压力气囊22中气体排出，打开密闭容器8的进出水阀门17与水箱16的出水阀门27，开启水泵26，将密闭容器8内的水排至水箱16中。待密闭容器8内的水排尽后，关闭水泵26、密闭容器8的进出水阀门17与及水箱16的出水阀门27。打开出气阀门18与进气阀门20,开启鼓风装置25与加热电阻丝24，并将加热电阻丝24的温度调到试验设计的温度。经过加热电阻丝24加热的空气将岩石试样烘干，并观察记录位移传感器1、水下温度传感器21以及荷载传感器6在计算机33上的数据。
在模拟一定温度风干作用过程结束后（风干时间可根据库岸边坡消落带岩土体实际风干时间加以调整），关闭出气阀门18与进气阀门20。打开密闭容器8进出水阀门17与水箱16的出水阀门27，用水泵26向密闭容器8内注水。开始下一轮的干湿循环作用过程。
在试验过程中要调节轴向加压装置4，使位移传感器1的数据保持不变，进而使得岩石试样31的膨胀变形在整个试验过程中保持不变。

Claims (2)

1.一种考虑干湿循环作用的岩石膨胀压力试验仪，其特征在于：所述膨胀压力试验仪包括密闭容器(8)，及固定密闭容器(8)的门形框架，所述的密闭容器(8)上端设有密封盖(11)，密闭容器(8)内设有压力气囊(22)，压力气囊(22)与密闭容器(8)外部的储气瓶连通，给水装置通过给水管与密闭容器(8)连通，烘干装置通过给气管与密闭容器(8)连通；
轴向加压装置(4)设在门形框架的框架横梁(2)上，轴向加压装置(4)的加载压头(5)通过转接头(6)与荷载传感器(7)连接，预压在密封盖(11)上；
所述轴向加压装置(4)设在门形框架的中轴线上；
位移传感器(1)的顶杆与密封盖(11)接触，岩石试样(31)放置在密闭容器(8)内的岩石试件盒(14)中；
所述的位移传感器(1)通过磁力表座(12)固定在门形框架的框架横梁(2)上；
所述的烘干装置包括设在密闭容器(8)底部的进气阀门(20)，及与进气阀门(20)依次相连的加热电阻丝(24)和鼓风装置(25)；
所述密封盖(11)与所述密闭容器(8)之间设有橡胶垫(10)；
密封盖(11)采用剖面形式为“T”型；
所述密闭容器(8)内设岩石试样盒(14)，岩石试样盒(14)通过支座(15)固定在密闭容器(8)内；
所述密闭容器(8)的顶板上设有出气阀门(18)，在密闭容器(8)内出气口的旁边设有水下温度传感器(21)；
水下温度传感器(21)通过导线与静态电阻应变仪(33)连接，静态电阻应变仪(33)与计算机(32)连接。
2.根据权利要求1所述的一种考虑干湿循环作用的岩石膨胀压力试验仪，其特征在于：所述给水装置包括设在密闭容器(8)底板上设有进出水阀门(17)，进出水阀门(17)通过给水管与水箱(16)连接，进出水阀门(17)与水箱(16)之间设有水泵(26)，水箱(16)与水泵(26)之间设有出水阀门(27)。
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