CN106970200A - 一种控温控压的岩石干湿循环实验装置 - Google Patents

一种控温控压的岩石干湿循环实验装置 Download PDF

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马芹永
马冬冬
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Abstract

本发明涉及一种控温控压的岩石干湿循环实验装置。包括一号阀门、二号阀门、三号阀门、四号阀门、五号阀门、一号水泵、二号水泵、压力表、饱水容器、加热器、温度传感器、岩石试件架、压力控制系统、温度控制系统、时间控制系统、引流管、水溶液容器、导线、密封容器盖、开口圆孔、岩石试样、水溶液和盛水容器组成。通过一号阀门、二号阀门、三号阀门、四号阀门、五号阀门、一号水泵、二号水泵、压力表和压力控制系统的配合能够实现控制饱水水压的目的；通过加热器、温度传感器和温度控制系统的配合能够实现控制饱水温度的目的。

Description

一种控温控压的岩石干湿循环实验装置
技术领域
本发明专利涉及一种控温控压的岩石干湿循环实验装置。
背景技术
由于降雨、河流水位升降等原因引起地下水位的升降，使地壳中岩体常处于干湿交替状态，会对工程岩体产生不利的影响。这种水-岩相互作用的周期性循环会对岩石物理力学性质产生一定的影响，加剧岩石风化。如何准确的模拟岩石在干湿循环作用下的劣化过程，成为学者们研究的热点。在中国发明专利说明书CN104297453A中公开了一种自动化干湿循环试验仪器，这种装置通过干湿循环机构、试样调整机构、加热风干机构和检测与控制模块之间的配合实现岩样干湿循环的目的。在中国发明专利说明书CN105588801A中公开了一种混凝土海水环境干湿循环试验装置，这种装置通过干湿循环试验箱系统、储液系统、空气压缩系统和溶液循环系统的相互配合，解决了设备中溶质沉淀问题，并且能用于模拟海水环境下混凝土的干湿循环过程。
随着人类经济社会的快速发展和科技水平的不断提高，浅部资源日益枯竭，国内外相继进入深部资源开采状态。随着开采深部的不断增加，深部岩体将承受更高的渗透压力，同时，深部原岩温度不断升高，开采与掘进工作面的高温热害问题日益严重，矿井工作面温度高达50℃，部分高达60℃。在实际工程中，地下水温的变化对岩石变形破坏特性和水岩作用均有一定的影响。
在上述两种干湿循环装置中，由于其模拟的仅仅是普通或海水侵蚀条件下岩石或混凝土的干湿循环过程，而并未考虑深部岩体处于高地温和高渗透压的特殊复杂多场耦合地质力学环境，因此，需要针对深部岩体处于高地温和高渗透压的特殊地质条件，设计更加合理的干湿循环试验装置。
发明内容
本发明专利提供了一种控温控压的岩石干湿循环实验装置。这种装置能够控制岩石试样在饱水时的水温和水压，并能够控制岩石试样饱水时间。
实现上述目的技术解决方案如下：
一种控温控压的岩石干湿循环实验装置，包括一号阀门、二号阀门、三号阀门、四号阀门、五号阀门、一号水泵、二号水泵、压力表、饱水容器、加热器、温度传感器、岩石试件架、压力控制系统、温度控制系统、时间控制系统、引流管、水溶液容器、导线、密封容器盖、引流管孔、导线孔、岩石试样和水溶液组成，其中，一号阀门和二号阀门分别位于一号水泵左右两侧；三号阀门和四号阀门分别位于二号水泵左右两侧；一号阀门、二号阀门、三号阀门、四号阀门、一号水泵、二号水泵和压力表安装在饱水容器与水溶液容器之间的引流管上；五号阀门安装在饱水容器上方的引流管上；加热器位于饱水容器内部；密封容器盖安装在饱水容器上方；密封容器盖上设置有引流管孔用于穿过引流管；饱水容器上设置有导线孔用于穿过导线；温度传感器安置在饱水容器内部；岩石试件架放置在饱水容器内部；压力表通过导线与压力控制系统相连；加热器和温度传感器通过导线与温度控制系统相连；一号水泵和二号水泵通过导线与时间控制系统相连；岩石试样放置在岩石试件架上；水溶液放在水溶液容器内部。饱水容器由耐腐蚀钢制保温材料组成；岩石试件架由钢制材料组成。
作为本发明专利的一种优选，所述控温控压的岩石干湿循环实验装置，还包括盛水容器，由于干湿循环作用会造成的岩样内部矿物颗粒损失，通过设置两个水溶液容器，分别为饱水过程中使用的水溶液容器和在抽水过程中使用的盛水容器，从而能够收集到含有岩样内部矿物颗粒成分的水溶液，再通过后续的实验能够定量分析出由于干湿循环作用造成岩样内部矿物颗粒损失。
与现有技术相比，上述技术方案可通过一号阀门、二号阀门、三号阀门、四号阀门、五号阀门、一号水泵、二号水泵、压力表和压力控制系统的配合能够实现控制饱水水压的目的；通过加热器、温度传感器和温度控制系统的配合能够实现控制饱水温度的目的；通过一号水泵、二号水泵和时间控制系统的配合能够实现控制饱水时间的目的。
附图说明
图1是本发明的控温控压的岩石干湿循环实验装置结构示意图。
图2是本发明的密封容器盖结构示意图。
图3是本发明的饱水容器结构示意图。
图4是本发明专利的具体实施例2的实验装置结构示意图
图中标号说明：1-一号阀门，2-二号阀门，3-三号阀门，4-四号阀门，5-五号阀门，6-一号水泵，7-二号水泵，8-压力表，9-饱水容器，10-加热器，11-温度传感器，12-岩石试件架，13-压力控制系统，14-温度控制系统，15-时间控制系统，16-引流管，17-水溶液容器，18-导线，19-密封容器盖，20-引流管孔，21-导线孔，22-岩石试样，23-水溶液，24-盛水容器。
具体实施方式
以下将结合附图和具体实施例对本发明专利做进一步的详细说明：
实施例1：
如图1～图3所示的一种控温控压的岩石干湿循环实验装置，由一号阀门1、二号阀门2、三号阀门3、四号阀门4、五号阀门5、一号水泵6、二号水泵7、压力表8、饱水容器9、加热器10、温度传感器11、岩石试件架12、压力控制系统13、温度控制系统14、时间控制系统15、引流管16、水溶液容器17、导线18、密封容器盖19、引流管孔20、导线孔21、岩石试样22和水溶液23组成。上述各部件中，饱水容器9由耐腐蚀钢制保温材料组成；岩石试件架12由钢制材料组成。
具体操作步骤如下：
(a)根据实验所需岩石试样22的尺寸，对原岩进行加工处理；
(b)将岩石试件架12放置在饱水容器9内部，再将加工好的岩石试样22依次放置在岩石试件架12上，使用密封容器盖19盖紧饱水容器9上方，将引流管16沿着密封容器盖19上的引流管孔20插入饱水容器9内部，通过导线18将位于饱水容器9内部的三个温度传感器11和加热器10沿着饱水容器9一侧的导线孔21与温度控制系统14相连并保证饱水容器9内部为密封状态；
(c)通过温度控制系统14设置干燥岩石试样22时所需的温度，然后打开加热器10对岩石试样22进行干燥处理，三个温度传感器11的平均值将作为饱水容器9内部的温度，温度传感器11能够给予温度控制系统14实时反馈，若测量到的温度高于所需的温度，温度控制系统14将向加热器10发出停止工作命令，若测量到的温度低于所需的温度，温度控制系统14将向加热器10发出开始工作命令，待到达设定的干燥时间后，进行岩石试样22的饱水处理；
(d)在水溶液容器17内加入所需类型的水溶液23，关闭一号阀门1和二号阀门2，开启三号阀门3、四号阀门4和五号阀门5，开动二号水泵7，使水溶液容器17内的水溶液23沿着引流管16流到饱水容器9中，若饱水容器9中的水溶液23超过岩石试样22，不要停止，继续注水，直至五号阀门5处出水时，关闭五号阀门5，继续注水，由于整个水溶液容器17处于密封状态，导致岩石试样22所承受的渗透压将会持续增大，通过压力控制系统13设定所需的水压，通过压力表8可读取到水压的大小，待达到实验所需的水压后，关闭三号阀门3和四号阀门4，通过时间控制系统15可设定岩石试样22饱水所需的时间，到达所需的饱水时间后，打开一号阀门1和二号阀门2，开动一号水泵6进行抽水，将水容器9内的水溶液23沿着引流管16流到水溶液容器17内，待饱水容器9内的水溶液23被抽取完毕后，一次干湿循环完成，再次打开加热器10，进行下一个干湿循环。
实施例2：
如图1～图4所示的一种控温控压的岩石干湿循环实验装置，由一号阀门1、二号阀门2、三号阀门3、四号阀门4、五号阀门5、一号水泵6、二号水泵7、压力表8、饱水容器9、加热器10、温度传感器11、岩石试件架12、压力控制系统13、温度控制系统14、时间控制系统15、引流管16、水溶液容器17、导线18、密封容器盖19、引流管孔20、导线孔21、岩石试样22、水溶液23和盛水容器24组成。上述各部件中，饱水容器9由耐腐蚀钢制保温材料组成；岩石试件架12由钢制材料组成。
具体操作步骤如下：
操作步骤(a)、(b)、(c)与实施例1中相同，在此不再重复叙述，下面具体阐述步骤(d)：
(d)如图1所示，在水溶液容器17内加入所需类型的水溶液23，关闭一号阀门1和二号阀门2，开启三号阀门3、四号阀门4和五号阀门5，开动二号水泵7，使水溶液容器17内的水溶液23沿着引流管16流到饱水容器9中，若饱水容器9中的水溶液23超过岩石试样22，不要停止，继续注水，直至五号阀门5处出水时，关闭五号阀门5，继续注水，由于整个水溶液容器17处于密封状态，导致岩石试样22所承受的渗透压将会持续增大，通过压力控制系统13设定所需的水压，通过压力表8可读取到水压的大小，待达到实验所需的水压后，关闭三号阀门3和四号阀门4，通过时间控制系统15可设定岩石试样22饱水所需的时间，到达所需的饱水时间后。与实施例1不同的是：先将水溶液容器17移走，然后将内部无水的盛水容器24放在原水溶液容器17位置，如图4所示，然后打开一号阀门1和二号阀门2，开动一号水泵6进行抽水，将水容器9内的水溶液23沿着引流管16流到盛水容器24内，待饱水容器9内的水溶液23被抽取完毕后，一次干湿循环完成，由于在饱水过程中岩石试样22内部矿物颗粒会跟随水溶液23一起流到盛水容器24内，再通过后续的实验能够定量分析出由于干湿循环作用造成岩石试样22内部矿物颗粒损失。若想进行下一次干湿循环，重新在水溶液容器17内部注入水溶液23，移走盛水容器24，将水溶液容器17放置在原盛水容器24位置，打开加热器10，进行下一个干湿循环。

Claims (3)

1.一种控温控压的岩石干湿循环实验装置，包括一号阀门(1)、二号阀门(2)、三号阀门(3)、四号阀门(4)、五号阀门(5)、一号水泵(6)、二号水泵(7)、压力表(8)、饱水容器(9)、加热器(10)、温度传感器(11)、岩石试件架(12)、压力控制系统(13)、温度控制系统(14)、时间控制系统(15)、引流管(16)、水溶液容器(17)、导线(18)、密封容器盖(19)、引流管孔(20)、导线孔(21)、岩石试样(22)、水溶液(23)和盛水容器(24)组成，其特征在于：一号阀门(1)和二号阀门(2)分别位于一号水泵(6)左右两侧；三号阀门(3)和四号阀门(4)分别位于二号水泵(7)左右两侧；一号阀门(1)、二号阀门(2)、三号阀门(3)、四号阀门(4)、一号水泵(6)、二号水泵(7)和压力表(8)安装在饱水容器(9)与水溶液容器(17)之间的引流管(16)上；五号阀门(5)安装在饱水容器(9)上方的引流管(16)上；加热器(10)位于饱水容器(9)内部；密封容器盖(19)安装在饱水容器(9)上方；密封容器盖(19)上设置有引流管孔(20)用于穿过引流管(16)；饱水容器(9)上设置有导线孔(21)用于穿过导线(18)；温度传感器(11)安置在饱水容器(9)内部；岩石试件架(12)放置在饱水容器(9)内部；压力表(8)通过导线(18)与压力控制系统(13)相连；加热器(10)和温度传感器(11)通过导线(18)与温度控制系统(14)相连；一号水泵(6)和二号水泵(7)通过导线(18)与时间控制系统(15)相连；岩石试样(22)放置在岩石试件架(12)上；水溶液(23)放在水溶液容器(17)内部。
2.根据权利要求1所述的一种控温控压的岩石干湿循环实验装置，其特征在于：所述饱水容器(9)由耐腐蚀钢制保温材料组成。
3.根据权利要求1所述的一种控温控压的岩石干湿循环实验装置，其特征在于：所述岩石试件架(12)由钢制材料组成。
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