CN108007422A - 一种测定膨胀岩石自由膨胀率的试验装置 - Google Patents

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关欢
肖星光
黄如玉
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Abstract

本发明公开了一种测定膨胀岩石自由膨胀率的试验装置，包括：依次连接的加水装置、水位控制器、反应装置、测试仪和控制器；反应装置为长方体结构，在反应装置内设置有两个透水隔板，在两个透水隔板之间设置岩石样品，在岩石样品下方设置有透水石；测试仪包括EC测试仪和位移测试仪。该试验装置简单，该装置不仅可以测量岩石样品在上、左、右、前和后五个方向上的位移变化，而且还可以由电导率计来测量反应后溶液的EC值，通过分析岩石样品的位移变化和溶液EC值的变化，可由此分析膨胀岩的自由膨胀率和其遇水膨胀的破坏机理。

Description

一种测定膨胀岩石自由膨胀率的试验装置
技术领域
本发明属于膨胀岩石试验测定设备技术领域，具体涉及到一种测定膨胀岩石自由膨胀率的试验装置。
背景技术
膨胀性岩土是一种多裂隙，且遇水膨胀软化，失水收缩干裂的具有显著胀缩特性的岩土体。从岩石种类来看，具有吸水膨胀性质的岩石种类繁多，例如泥岩、页岩、郭土岩、泥质粉砂岩、石膏、芒硝等。其膨胀特性大多受多种因素影响，包括岩石的物理力学性质、初始含水率、水分供给条件和所处应力状态等。根据膨胀机理的不同，膨胀岩又可分为化学膨胀岩和黏土质膨胀岩。化学膨胀岩多为含硬石膏和无水芒硝的岩石，其体积膨胀大多是由于吸水变相或结晶体积增大导致的。另一类则是含有较多强亲水矿物的黏土质岩石，如泥岩、黏土岩、页岩等，大部分岩类为沉积岩，强亲水矿物包括蒙脱石、伊利石和高岭石等，黏土颗粒间的粒间或晶间膨胀致使此类膨胀岩体积增大。
我国为膨胀岩分布东起山东西至新疆，南起广东北至黑龙江，均有不同类型的膨胀岩出露，因此，我国膨胀岩的工程性质是纷繁复杂的。膨胀岩由于其特殊的工程性质在矿山、水利、交通运输和建筑等工程中会引发各种危害，经常导致工期延误、工程质量不合格而返修或重复施工、暂停运营等问题，致使工程成本增加而造成巨大的经济损失。由于膨胀岩分布广泛、危害巨大，对其膨胀特性的研究工作越来越受到岩土工程界重视。检索了与“膨胀岩遇水膨胀破坏机理的试验”有关的现有专利文件，发现对其自由膨胀率的研究少之又少，因此发明一种合理的测定膨胀岩自由膨胀率的实验装置用以解决上述问题十分必要。
发明内容
针对上述不足，本发明提供一种测定膨胀岩石自由膨胀率的试验装置，可通过此装置分析膨胀岩的自由膨胀率和其遇水膨胀的破坏机理。
为实现上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种测定膨胀岩石自由膨胀率的试验装置，包括：依次连接的加水装置、水位控制器、反应装置、测试仪和控制器；反应装置为长方体结构，在反应装置内设置有两个透水隔板，在两个透水隔板之间设置岩石样品，在岩石样品下方设置有透水石；测试仪包括EC测试仪和位移测试仪；位移测试仪包括设置在岩石样品上、左、右、前和后五个方向的千分表以及与千分表电连接的位移显示器；EC测试仪包括用于测定岩石膨胀前后溶液EC值的EC测试管和用于显示EC值的EC显示器，EC测试管和EC显示屏电连接；EC显示器和位移显示器分别与控制器电连接。
上述方案的有益效果是：可通过水位控制器来检测反应装置内水位的高低，当水位过低时，水位控制器会控制加水装置向反应装置中加水，反应装置中的岩石岩品吸水膨胀，可通过设置在岩石样品上、左、右、前和后五个方向的千分表测量岩石岩品的位移变化，通过电导率计即EC测试仪来测量反应后溶液的EC值，EC测试仪和位移测试仪均与控制器电连接，将其测定的EC值和位移变化通过控制器进行处理，通过分析岩石样品的位移变化和溶液EC值的变化，可由此分析膨胀岩的自由膨胀率和其遇水膨胀的破坏机理。
进一步地，加水装置包括储水箱、导液管、蠕动泵和蠕动泵开关；导液管一端插入储水箱中，另一端与蠕动泵连接并延伸插入反应装置内；蠕动泵通过蠕动泵开关与水位控制器电连接。
上述方案的有益效果是：储水箱中储存水，当水位控制器检查到反应装置中的水位较低时，会控制蠕动泵开关打开，然后蠕动泵开始工作，通过导液管将储水箱中的水输送到反应装置中继续进行反应。
进一步地，试验装置还包括支架，水位控制器和千分表分别与支架连接。
上述方案的有益效果是：导液管和水位控制器以及五个千分表分别与支架连接，可保证整个装置的稳定性，将水缓和地输送到反应装置中与岩石反应，千分表也可以准确地测定其位移变化，其保证结果的准确性。
进一步地，控制器为单片机、微处理器、电脑主机或FPGA。
综上所述，本发明具有以下优点：
该试验装置简单，该装置不仅可以测量岩石样品在上、左、右、前和后五个方向上的位移变化，而且还可以由电导率计来测量反应后溶液的EC值，通过分析岩石样品的位移变化和溶液EC值的变化，可由此分析膨胀岩的自由膨胀率和其遇水膨胀的破坏机理。
附图说明
图1为测定膨胀岩石自由膨胀率的试验装置的结构示意图。
其中，1、储水箱；2、导液管；3、蠕动泵；4、蠕动泵开关；5、支架；6、水位控制器；7、千分表；8、透水石；9、岩石样品；10、透水隔板；11、EC测试管；12、EC显示器；13、位移显示器；14、控制器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
本发明的一个实施例中，如图1所示，提供了一种测定膨胀岩石自由膨胀率的试验装置，包括：依次连接的加水装置、水位控制器6(型号为DZC201-T)、反应装置、测试仪和控制器14。
加水装置包括储水箱1、导液管2、蠕动泵3和蠕动泵开关4；导液管2一端插入储水箱1中，另一端与蠕动泵3连接并延伸插入反应装置内；蠕动泵3、蠕动泵开关4以及水位控制器6之间电连接。储水箱1中储有含氧去离子水，导液管2置于储水箱1液面以下；水位控制器6设置在反应装置中，当水位控制器6检测到水位较低时，会控制蠕动泵开关4打开，然后蠕动泵3开始工作，通过导液管2将储水箱1中的水输送到反应装置中继续进行反应。为了更准确的监测水位的位置，以及稳固水分向反应装置中输送的速度，该试验装置还设置了支架5，导液管2和水位控制器6分别与支架5相连，可准确监测水位情况以及稳定的将水从储水箱1中输送至反应装置。当水位处于合适的位置时，水位控制器6会控制蠕动泵开关4关闭，停止水的输送。
反应装置为长方体结构，在反应装置内设置有两个透水隔板10，在两个透水隔板10之间设置岩石样品9，在岩石样品9下方设置有透水石8。反应装置内的透水板一方面起到固定透水石和岩石岩品的作用，此处的固定仅仅是使透水石8和岩石样品9处于一个位置不会滚落到其他地方，并不会影响岩石样品9的吸水膨胀反应；另一方面是将反应装置中的水分从中透过与岩石样品进行反应；同时在岩石样品9的左侧、上端、右侧以及前、后面均设置有千分表7，左、右、前、上和后侧的千分表7均与岩石相接触。这五个千分表7可以分别测定岩石样品9在上、左、右、前和后五个方向上的位移变化，将所测定的值显示于EC显示器12上，同时该位移数据还会传送至控制器14。这五个千分表7还与支架5连接，可以稳定不动，进而准确的测定其位移变化。反应装置下方也可以设置支架5，使其更加稳定，不会影响其反应过程。
该试验装置还设置了EC测试仪，EC测试仪的型号为雷磁PHS-25EC测试仪，EC测试仪包括用于测定岩石膨胀前后溶液EC值的EC测试管11和用于显示EC值的EC显示器12，EC测试管11和EC显示屏电连接，所测得的EC值也会传送至控制器14。控制器14对位移变化及EC值数据进行处理，用于研究膨胀岩的反应规律。
测试过程如下：
(1)试验前，选取膨胀岩并制样置于透水石8上，将含氧去离子水装入储水箱1，导液管2置于储水箱1水面以下，三个千分表7分别控制岩样上、左、右三个方向的位移变化，其余两个千分表7控制岩样前和后两个方向上的位移变化；
(2)试验开始，水位控制器6监测到反应装置内水位过低，蠕动泵开关4打开，溶液经导液管2抽入反应装置内与岩石样品9接触进行反应；
(3)测试阶段，用EC测试管11测量反应后溶液的电导率，同时在位移显示器13上读取岩石样品9在五个方向上的位移变化，最后录入电脑，以研究膨胀岩的反应规律。
通过读取五个方向上岩石样品9的位移变化值，可以得出膨胀岩岩石样品9在各个方向上的自由膨胀率，直观的反应其膨胀程度，对于微观方面可以进一步研究其膨胀性矿物对膨胀率的影响。膨胀岩多数是由可溶性盐质胶结而成，当遇水发生水解反应时，溶液中的离子浓度会发生变化，进而影响溶液的电导率。当我们通过电导率计测出溶液的EC值时，通过EC值的变化，反应出溶液中离子浓度的变化，就可以分析得出膨胀岩的自由膨胀率变化。特别是对于易发生崩解的岩石，其自由膨胀率的测定结果有很大误差，通过测试试验过程中反应槽溶液电导率的变化，就可以知道水岩作用过程中岩石结构破坏情况。
虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了详细地描述，但不应理解为对本专利的保护范围的限定。在权利要求书所描述的范围内，本领域技术人员不经创造性劳动即可作出的各种修改和变形仍属本专利的保护范围。

Claims (4)

1.一种测定膨胀岩石自由膨胀率的试验装置，其特征在于，包括：依次连接的加水装置、水位控制器、反应装置、测试仪和控制器；所述反应装置为长方体结构，在所述反应装置内设置有两个透水隔板，在两个所述透水隔板之间设置岩石样品，在所述岩石样品下方设置有透水石；所述测试仪包括EC测试仪和位移测试仪；所述位移测试仪包括设置在所述岩石样品上、左、右、前和后五个方向的千分表以及与所述千分表电连接的位移显示器；所述EC测试仪包括用于测定岩石膨胀前后溶液EC值的EC测试管和用于显示EC值的EC显示器，所述EC测试管和所述EC显示屏电连接；所述EC显示器和所述位移显示器分别与所述控制器电连接。
2.根据权利要求1所述的测定膨胀岩石自由膨胀率的试验装置，其特征在于，所述加水装置包括储水箱、导液管、蠕动泵和蠕动泵开关；所述导液管一端插入所述储水箱中，另一端与所述蠕动泵连接并延伸插入反应装置内；所述蠕动泵通过所述蠕动泵开关与所述水位控制器电连接。
3.根据权利要求2所述的测定膨胀岩石自由膨胀率的试验装置，其特征在于，所述试验装置还包括支架，所述导液管水位控制器和千分表分别与所述支架连接。
4.根据权利要求1所述的测定膨胀岩石自由膨胀率的试验装置，其特征在于，所述控制器为单片机、微处理器、电脑主机或FPGA。
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