CN107703277A - 一种水‑力耦合作用下岩石流变化学效应量测系统 - Google Patents

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周翠英
黄思宇
刘镇
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/24—Earth materials

Abstract

本发明涉及一种水‑力耦合作用下岩石流变化学效应的量测系统，该系统由溶液循环量测系统、轴压伺服控制系统、多通道同步数据采集与处理系统组成。其优点在于能够在水‑力耦合作用下，观测岩石试样流变变形，实现对岩石流变变形及溶液电势、pH值的量测，对于揭示岩石流变变形以及相应的化学效应演化规律具有十分重要的科学意义和实际应用价值。

Description

一种水-力耦合作用下岩石流变化学效应量测系统
技术领域
本发明属于岩土工程试验仪器领域，具体涉及一种水-力耦合作用下岩石流变化学效应的量测系统，适用于水-力耦合作用下量测岩石流变变形及溶液电势、pH值变化。
背景技术
在岩土工程领域中，岩石遇水致灾是一个重要的研究课题。岩石，特别是软岩，其中的可溶性盐(钾盐、钠盐等)、石膏、碳酸钙等结构成分，在遇水后都会发生不同程度的流失，破坏岩石整体结构，降低岩石整体强度，表现出岩石遇水后迅速软化崩解，给工程施工带来挑战，因此有必要针对岩石的稳定性进行分析。
针对于岩石的长期稳定性评估，主要是通过岩石的流变力学特性试验进行的。现有的流变力学试验主要关注的是不同轴压及围压下岩石力学性能的变化，但对于岩石遇水后，其特有的膨胀性矿物、粘土矿物、易溶性矿物或有机质组分等化学物质的流失，却缺乏相应的量测装置，只能通过长时间重复地、单一地、低效率地进行人工量测，给试验结果带来误差。因此，设计一种在水-力耦合作用下量测岩石流变过程中的化学效应，对于揭示岩石流变变形以及相应的化学效应演化规律具有重要意义。
发明内容
本发明的目的是，针对水-力耦合作用下提供一种便捷、高效的岩石流变化学效应量测系统，可以实现在水-力耦合作用下量测岩石流变变形及化学效应，该仪器通用性强，结构简单，可靠性高，并且可以有效加快试验周期，节省试验成本。
本发明所涉及的一种水-力耦合作用下岩石流变化学效应量测系统，由溶液循环量测系统、轴压伺服控制系统、多通道同步数据采集与处理系统组成。
1、溶液循环量测系统
溶液循环量测系统由背压阀、减压阀、电磁阀、循环泵、防电墙、溶液箱、电位-pH复合双电极等组成，可实现在不同的轴压及围压下量测溶液箱中溶液的电势、pH值的变化，实现岩石试样流变变形电化学效应的精确量测。
2、轴压伺服控制系统
轴压伺服控制系统由轴压伺服加载系统、轴压伺服电机、千分表、加载压头、导线、齿轮组等组成，用于调节施加在岩石试样上的轴压，实现量测岩石流变变形。
3、多通道同步数据采集与处理系统
多通道同步数据采集与处理系统由多通道同步数据采集器和高性能计算机等组成，用于采集和分析岩石试样在实验过程中的轴向压力、轴向变形、径向变形以及溶液的电势、pH值等，实现对岩石流变变形过程中化学效应演化规律的分析。
本发明具有以下优点：
1、能够通过控制岩石试样的应力场和渗流场，观测在水-应力耦合作用下岩石试样流变变形，并实现对岩石流变变形及溶液电势、pH值的量测。
2、能够通过建立实时分析曲线，探究不同条件下岩石流变变形特征及溶液电势、pH值的变化，实现水-力耦合作用下岩石流变变形以及化学效应演化规律的分析。
3、该系统通用性强，结构简单，可靠性高，并且可以有效加快试验周期，节省试验成本。
4、本系统精度高、稳定性强，操作方便，对试验测试人员没有很强的技术要求。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图。
其中：
A.压力室及传感器：A1.压力室；A2.岩石试样；A3.轴向压力传感器；A4.径向变形传感器。
B.溶液循环量测系统：B1.背压阀；B2.循环泵；B3.防电墙；B4.溶液箱；B5.电位-pH复合双电极；B6.减压阀；B7.电磁阀。
C.轴压伺服控制系统：C1.轴压伺服电机；C2.轴压伺服加载系统；C3.千分表；C4.加载压头。
D.多通道同步数据采集与处理系统：D1.多通道同步数据采集器；D2.高性能计算机。
图2是具体试验实施方式流程图。
具体实施方式
结合附图对本发明的技术方案进一步说明。
本试验系统的具体组装如下：
A1.压力室中放置A2.岩石试样，并在A2.岩石试样上设置A3.轴向压力传感器及A4.径向变形传感器；A1.压力室通过导管与B1.背压阀、B2.循环泵、B3.防电墙、B4.溶液箱、B6.减压阀以及B7.电磁阀相连接，底部为进水口，顶部为出水口，通过动压平衡最优控制试验配置与布设上述动压控制器件；B3.防电墙用于增强溶液循环量测系统中的局部电阻，避免B4.溶液箱中B5.电位-pH复合双电极的量测与A1.压力室内传感器的量测相互影响；B7.电磁阀通过导线与D2.高性能计算机连接，实现动、静水切换；在B4.溶液箱中设置电极安装环，将B5.电位-pH复合双电极布置在电极安装环上；D2.高性能计算机通过导线与C1.轴压伺服电机连接，C1.轴压伺服电机通过齿轮组与C2.轴压伺服加载系统连接；C4.加载压头上设置C3.千分表；A3.轴向压力传感器、A4.径向变形传感器、B5.电位-pH复合双电极、C3.千分表通过导线与D1.多通道同步数据采集器相连，实现数据的采集与记录工作；D1.多通道同步数据采集器通过导线与D2.高性能计算机相连，实现数据同步解调与快速分析处理。
本试验系统的具体使用步骤如下：
试验开始前，根据试验所需调节好B1.背压阀、B6.减压阀，关闭B7.电磁阀；往B4.溶液箱中注入配置好的溶液，打开B2.循环泵，抽取B4.溶液箱的溶液注入A1.压力室；A1.压力室注满溶液后，开始试验。试验过程中，D2.高性能计算机控制C1.轴压伺服电机，带动C2.轴压伺服加载系统通过C4.加载压头对A2.岩石试样进行加载，A3.轴向压力传感器量测轴向加载压力，10.千分表量测A2.岩石试样蠕变过程中的轴向蠕变位移，A4.径向变形传感器量测A2.岩石试样的径向变形，完成对B.岩石试样流变变形的量测；通过D2.高性能计算机开启B7.电磁阀，溶液从出水口出经过B6.减压阀进行降压，启动B5.电位-pH复合双电极，量测溶液的电势、pH值的变化；D1.多通道同步数据采集器根据分析需要设置数据采集频率，将岩石的轴向压力、轴向变形、径向变形以及溶液的电势、pH值等数据同步解调之后，传至D2.高性能计算机，D2.高性能计算机利用数据挖掘处理技术，实现在水-力耦合作用下，岩石流变变形过程中化学效应演化规律的分析。在上述系统的基础上，基于递进式冲突检测和消解技术，对上述三项硬件进行集成与智能优化设计；引入协同设计思想，开发系统智能控制模块，实现操作模式变换、多相观测调整等系统进行的智能化操作，形成水-力耦合作用下岩石流变化学效应量测系统。

Claims (1)

1.一种水-力耦合作用下岩石流变化学效应量测系统，包括溶液循环量测系统、轴压伺服控制系统、多通道同步数据采集与处理系统，其特征在于：压力室放置岩石试样，并设置轴向压力传感器及径向变形传感器，顶部通过设有千分表的加载压头与所述轴向伺服加载系统连接；所述溶液循环量测系统由背压阀、减压阀、电磁阀、循环泵、防电墙、溶液箱、电位-pH复合双电极组成，并通过导管与所述压力室连接；所述多通道同步数据采集与处理系统由多通道同步数据采集器和高性能计算机组成，所述多通道同步数据采集器分别与所述千分表、压力传感器、径向变形传感器、电磁阀、电位-pH复合双电极通过导线连接；该试验系统可实现在水-力耦合作用下量测岩石流变变形及溶液电势、pH值变化。
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