CN108387606A - 一种岩石温、湿度迁移规律试验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种岩石温、湿度迁移规律试验装置及其试验方法，该装置包括试验箱、环境温湿度控制系统及量测系统；试验箱包括环境箱、试样室，是试验开展的场所；环境温湿度控制系统包括马氏瓶、聚光灯、陶瓷加热板、温控器、测温探头、微型风扇，用于控制试验环境条件；量测系统包括岩石水分仪、温度传感器、温度数据采集仪，用于测量并显示试验数据。试验时将待测岩柱放入试样室，同时打开电源启动数码温控器及微型风扇，调节箱内温度至试验方案值，根据试验方案打开聚光灯或马氏瓶的导管开关给岩柱顶面加热或浸水，以此模拟外界光照或浸水条件，最后通过量测系统定期测量并记录泥岩试样不同位置处的含水率及温度变化，得到岩石在光照或浸水时的温、湿度迁移规律。
Description
技术领域
本发明涉及一种岩石温、湿度迁移规律试验装置。该装置可以模拟外界光照或浸水时泥岩试样不同位置的温度及含水率变化，得到泥岩试样在外界光照或浸水时的温、湿度迁移规律。此发明还涉及到该装置的试验方法。
背景技术
泥岩在外界光照或浸水时其温度和含水率会发生变化，进而影响其工程性质，现有的温、湿度迁移规律试验主要针对土体，由于泥岩质地相对坚硬，难以用传统的装置开展相关试验。因此需要一种能够模拟外界光照或浸水环境，以便测量泥岩试样不同位置处的温度及含水率变化，获得泥岩温、湿度迁移规律，对于泥岩的工程应用具有重大意义。
发明内容
本发明要解决的问题是设计一种岩石温、湿度迁移规律试验装置，并且能够持续观测岩石在外界光照或浸水时不同位置处的温度及含水率变化，进而得到岩石在外界光照或浸水时的温、湿度迁移规律。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种岩石温、湿度迁移规律试验装置，该装置包括试验箱、环境温湿度控制系统及量测系统；试验箱包括环境箱、试样室；环境温湿度控制系统包括马氏瓶、聚光灯、陶瓷加热板、温控器、测温探头、微型风扇；量测系统包括岩石水分仪、温度传感器、温度数据采集仪。
所述试验箱由环境箱、试样室制成，环境箱为顶端不封口的箱型结构，其底面及四个侧立面由玻璃与聚苯乙烯泡沫塑料粘结而成的双层结构；环境箱内侧距离环境箱顶部表面25cm处设置环形加肋板，并在其顶面放置可拆卸的矩形顶盖，其中环境箱长边方向的底部中心设有一个高20cm 宽12cm的矩形缺口，便于直接在环境箱向外测量泥岩试样的含水率；试样室由三块侧立的聚苯乙烯泡沫塑料板在环境箱的矩形缺口处内侧相互粘接而围成，呈矩形凹槽状。
所述环境温湿度控制系统包括马氏瓶、聚光灯、陶瓷加热板、温控器、测温探头、微型风扇；马氏瓶为一个瓶身有挂环的长方体塑料容器，可悬挂在环境箱内侧的强力挂钩上；聚光灯夹在环境箱侧壁的顶端，灯头与铝合金固定升降杆连接且位于试样室的正上方，铝合金固定升降杆由长40cm内径1cm铝合金管及长为2cm内径为0.95cm的螺纹套环衔接组成，通过调节铝合金固定升降杆来调节灯头的高度；陶瓷加热板长10cm宽3cm，通过其底座安放在环境箱的底板上，垂直距离试样室后面板底边中部20cm；温控器粘在试验箱长边方向外侧，距离环境箱上顶面15cm；2个测温探头分别竖直固定在试样室两侧环境箱的底板上，距离试样室各20cm处，陶瓷加热板与测温探头通过导线与温控器连接；2个微型风扇固定在环境箱底板上，分别位于试样室左右两侧，距离试样室25cm，扇叶朝向试样室后面板中轴线的方向；所述数据量测装置包括温度传感器、岩石水分仪、温度数据采集仪，9个温度传感器竖向等距离安放在试样室背面板内侧，其间距为2cm，最顶部的温度传感器距离试样室顶面7cm；岩石水分仪悬挂在环境箱长边方向外侧上且位于温控器左侧80cm处；用于测量泥岩试样不同位置的含水率；温度数据采集仪固定在温控器正下方距离温控器5cm，环境箱内的温度传感器通过导线与环境箱外的温度数据采集仪连接，可读取并显示各温度传感器所测量的温度数据。
所述环境箱长80cm宽50cm高60cm；环形加肋板截面宽5cm高5cm；环境箱顶盖为长66cm宽36cm高5cm的聚苯乙烯泡沫塑料板，其中一个长边中部设有一个长7cm宽7cm的矩形缺口；环境箱底面及四个立面厚5.2cm，其中内侧0.2cm厚为玻璃材质，外侧5cm厚为聚苯乙烯泡沫塑料。
所述围成试样室的三块聚苯乙烯泡沫塑料板中，其左右两侧面板高25cm宽5cm厚5cm，其后面板高25cm宽17cm厚5cm；在试样室底面安放一块长7cm 宽7cm厚1cm的长方体海绵；试样室的侧立面板内侧顶部距离试样室开口边4cm处粘有不锈钢u型管卡，其厚2mm内径4mm，用于控制塑料导水管出口端的高度。
所述马氏瓶瓶身长5cm宽5cm高15cm，其塑料导水管直径5mm长38mm，其出口端设有阀门，强力挂钩固定在环境箱内侧距离环境箱边缘25cm，距离环境箱顶部5cm处。
本发明提供一种岩石温、湿度迁移规律试验装置及试验方法，试验步骤如下。
步骤一、检查各部分仪器是否完整可用，并保证箱体内部干燥整洁；将准备的长7cm宽7cm高20cm的泥岩试样放入试样室中，保证其与试样室壁上的温度传感器贴合，并用胶水将试样室的孔隙部分粘合，保证试验时试样室不会渗水，盖上矩形顶盖，并将矩形缺口处盖上与缺口大小一致的盖子，隔绝热量传导，降低外界环境对岩柱的影响。
步骤二、关闭马氏瓶塑料导水管出口的阀门2，并打开阀门1向马氏瓶内注满水，然后将其悬挂在强力挂钩上，将马氏瓶上塑料导水管穿过试样室侧立面的不锈钢u型管卡，并根据试验要求调节塑料导水管出口端位置，向试样室泥岩试样的临空面上方注水至水面位置略微低于导水管出口端，然后打开塑料导水管阀门2，由于岩柱的渗透以及上方的水分蒸发，会导致泥岩试样上临空面的水位下降，因此在大气压力作用下马氏瓶中的水会自动维持泥岩试样临空面上的水位高度。（或者打开聚光灯，根据试验方案要求调节聚光灯的高度，控制光照强度）。
步骤三、接通电源，打开环境箱内的微型风扇、陶瓷加热板和环境箱外的温控器，根据试验计划，调节温控器的设定温度，使陶瓷加热板工作，维持环境箱内恒温。
步骤四、将岩石水分仪垂直于泥岩表面，分别在在初期1-2h、中期6-12h、后期24-48h的时间间隔下定期测量其不同位置的含水率，通过温度数据采集仪读取相应位置的温度，并将其记录，进而得到泥岩在浸水时的温、湿度迁移规律。
步骤五、将试样室内的泥岩试样取出，重新调整岩石试样的种类，重复前面四个步骤。
采用上述技术方案的泥岩试样在光照或浸水时的温、湿度迁移规律试验装置及试验方法，本发明的创新之处在于：能够模拟泥岩试样在外界光照或浸水环境中不同位置处的温度及含水率变化，获得泥岩温、湿度迁移规律。该装置真正实现岩石在外界光照或浸水环境影响下的温、湿度迁移规律试验的研究。
本发明优点:结构简单新颖，便于操作，成本较低，生产简单，拆装方便，可重复使用。能够持续观察岩石在外界光照或浸水时不同位置处的温度及含水率变化，得到岩石在外界光照或浸水时的温、湿度迁移规律。
附图说明
图1是本发明整体侧视图。
图2是是本发明整体平面俯视图。
图3是本发明的整体图。
图4是本发明试样室的整体图。
图5是本发明马氏瓶的整体图。
图6是本发明强力挂钩的整体图。
具体实施方式
下面结合附图，详细说明一种岩石温、湿度迁移规律试验装置的具体实施方式。
如图1、2该装置的整体立面布置：试验箱包括环境箱（1）和试样室（17）；所述环境箱（1）内有陶瓷加热板（7）、测温探头（4）、微型风扇（3），陶瓷加热板（7）用来给环境箱（1）加热，满足环境箱（1）内的温度需求，测温探头（4）用来测试环境箱（1）内的温度，微型风扇（3）用来调节环境箱（1）内温度的均匀性；所述试样室（17）泥岩试样底部安放有长方体海绵（6）用来吸收泥岩试样浸水时从其顶面渗透下来的水，试样室（17）侧立面内侧顶部有不锈钢u型管卡（13），用于控制塑料导水管（14）的出口高度，进而控制试样室（17）内水头高度，试样室（17）后立面板上固定有温度传感器（5）通过热传导感应泥岩试样不同位置的温度；所述矩形顶盖（19）上方固定有聚光灯（16）和马氏瓶（10），聚光灯（16）上有铝合金固定升降杆（15），用来调节灯头高度，进而控制光照强度，马氏瓶（10）用来提供整个试验的供水条件；所述环境箱（1）外设有岩石水分仪（2）、温控器（9）、温度数据采集仪（8），岩石水分仪（2）用来测量泥岩试样不同位置的含水率，温控器（9）用来控制环境箱（1）内的温度，使其达到试验方案的要求值，温度数据采集仪（8）根据泥岩试样不同位置温度传感器（5）的感应，来读取相应位置的温度。
如图3该装置的整体图：环境箱长80cm宽50cm高60cm；环形加肋板截面宽5cm高5cm；环境箱顶盖为长66cm宽36cm高5cm的聚苯乙烯泡沫塑料板，其中一个长边中部设有一个长7cm宽7cm的矩形缺口，环境箱底面及四个立面厚5.2cm，其中内侧0.2cm厚为玻璃材质，外侧5cm厚为聚苯乙烯泡沫塑料；马氏瓶悬挂在环境箱内侧的挂钩；聚光灯夹在环境箱侧壁的顶端，灯头与铝合金固定升降杆连接且位于试样室的正上方，铝合金固定升降杆由长40cm内径1cm铝合金管及长为2cm内径为0.95cm的螺纹套环衔接组成；陶瓷加热板长10cm宽3cm，垂直安放在距离试样室后面板底边中部20cm；温控器粘在试验箱长边方向外侧，距离环境箱上顶面15cm；2个测温探头分别竖直固定在试样室两侧环境箱的底板上，距离试样室各20cm处，陶瓷加热板与测温探头通过导线与温控器连接；2个微型风扇固定在环境箱底板上，分别位于试样室左右两侧，距离试样室25cm，扇叶朝向试样室后面板中轴线的方向；9个温度传感器竖向等距离安放在试样室背面板内侧，其间距为2cm，最顶部的温度传感器距离试样室顶面7cm；岩石水分仪悬挂在环境箱长边方向外侧上且位于温控器左侧80cm处；温度数据采集仪固定在温控器正下方距离温控器5cm。
如图4试样室由左右两侧高25cm宽5cm厚5cm，后面高25cm宽17cm厚5cm的三块聚苯乙烯泡沫塑料板在环境箱的矩形缺口处内侧相互粘接而围成，且三块聚苯乙烯泡沫塑料板呈矩形凹槽状；在试样室底面安放一块长7cm 宽7cm厚1cm的长方体海绵，试样室的侧立面板内侧顶部距离试样室开口边4cm处粘有不锈钢u型管卡，其厚2mm内径4mm，用于控制塑料导水管出口端的高度。
如图5马氏瓶为一个瓶身有挂环的长方体塑料容器，可悬挂在环境箱内侧的挂钩，马氏瓶瓶身长5cm 宽5cm 高15cm ，其塑料导水管直径5mm长38mm，其进水口和出水口分别设有阀门。
如图6强力挂钩固定在环境箱内侧距离环境箱边缘25cm，距离环境箱顶部5cm处。
本发明提供一种岩石温、湿度迁移规律试验装置及试验方法，试验步骤如下：
步骤一、检查各部分仪器是否完整可用，并保证箱体内部干燥整洁；将准备的长7cm宽7cm高20cm的泥岩试样放入试样室中，保证其与试样室壁上的温度传感器贴合，并用胶水将试样室的孔隙部分粘合，保证试验时试样室不会渗水，盖上矩形顶盖，并将矩形缺口处盖上与缺口大小一致的盖子，隔绝热量传导，降低外界环境对岩柱的影响。
步骤二、关闭马氏瓶塑料导水管出口的阀门2，并打开阀门1向马氏瓶内注满水，然后将其悬挂在强力挂钩上，将马氏瓶上塑料导水管穿过试样室侧立面的不锈钢u型管卡，并根据试验要求调节塑料导水管出口端位置，向试样室泥岩试样的临空面上方注水至水面位置略微低于导水管出口端，然后打开塑料导水管阀门2，由于岩柱的渗透以及上方的水分蒸发，会导致泥岩试样上临空面的水位下降，因此在大气压力作用下马氏瓶中的水会自动维持泥岩试样临空面上的水位高度。（或者打开聚光灯，根据试验方案要求调节聚光灯的高度，控制光照强度）。
步骤三、接通电源，打开环境箱内的微型风扇、陶瓷加热板和环境箱外的温控器，根据试验计划，调节温控器的设定温度，使陶瓷加热板工作，维持环境箱内恒温。
步骤四、将岩石水分仪垂直于泥岩表面，分别在在初期1-2h、中期6-12h、后期24-48h的时间间隔下定期测量其不同位置的含水率，通过温度数据采集仪读取相应位置的温度，并将其记录进而得到泥岩在浸水时的温、湿度迁移规律。
步骤五、将试样室内的泥岩试样取出，重新调整岩石试样的种类，重复前面四个步骤。
上述操作实例的描述是为了方便人们利用理解本发明，本发明的范围不受操作实例的限制，任何人对本发明的做出修改应视为本发明的保护范围内。
Claims (4)
1.一种岩石温、湿度迁移规律试验装置，包括试验箱，环境温湿度控制系统，及量测系统其具体结构及连接方式如下：所述试验箱包括环境箱（1）、试样室（17），环境箱（1）为顶端不封口的箱型结构，其底面及四个侧立面为玻璃与聚苯乙烯泡沫塑料粘结而成的双层结构；环境箱（1）内侧距离环境箱（1）顶部表面25cm处设置环形加肋板（18），并在其顶面放置可拆卸的矩形顶盖（19），其中长边方向的底部中心设有一个高20cm 宽12cm的矩形缺口（20）；试样室（17）由三块侧立的聚苯乙烯泡沫塑料板在环境箱的矩形缺口（20）处内侧相互粘接而围成，呈矩形凹槽状；所述环境温湿度控制系统包括马氏瓶（11）、聚光灯（16）、陶瓷加热板（7）、温控器（9）、测温探头（4）、微型风扇（3）；马氏瓶（11）为一个瓶身有挂环的长方体塑料容器，可悬挂在环境箱（1）内侧的强力挂钩（10）上；聚光灯（16）夹在环境箱侧壁的顶端，灯头与铝合金固定升降杆（15）连接且位于试样室的正上方，铝合金固定升降杆（15）由长40cm内径1cm铝合金管及长为2cm内径为0.95cm的螺纹套环衔接组成；陶瓷加热板（7）长10cm宽3cm，通过其底座安放在环境箱的底板上，垂直距离试样室（17）后面板底边中部20cm；温控器（9）粘在试验箱长边方向外侧，距离环境箱上顶面15cm；2个测温探头（4）分别竖直固定在试样室（17）两侧环境箱的底板上，距离试样室（17）各20cm处，陶瓷加热板（7）与测温探头（4）通过导线与温控器（9）连接；2个微型风扇（3）固定在环境箱（1）底板上，分别位于试样室（17）左右两侧，距离试样室25cm，扇叶朝向试样室（17）后面板中轴线的方向；所述数据量测装置包括温度传感器（5）、岩石水分仪（2）、温度数据采集仪（8），9个温度传感器（5）竖向等距离安放在试样室（17）背面板内侧，其间距为2cm，最顶部的温度传感器（5）距离试样室（17）顶面7cm；岩石水分仪（2）悬挂在环境箱（1）长边方向外侧上且位于温控器（9）左侧80cm处；温度数据采集仪（8）固定在温控器（9）正下方距离温控器（9）5cm，环境箱（1）内的温度传感器（5）通过导线与环境箱（1）外的温度数据采集仪（8）连接。
2.根据权利要求1所述一种岩石温、湿度迁移规律试验装置，其特征是：环境箱（1）长80cm宽50cm高60cm；环形加肋板（18）截面宽5cm高5cm；矩形顶盖（19）为长66cm宽36cm高5cm的聚苯乙烯泡沫塑料板，其中一个长边中部设有一个长7cm宽7cm的矩形缺口（21）；环境箱（1）底面及四个立面厚5.2cm，其中内侧0.2cm厚为玻璃材质，外侧5cm厚为聚苯乙烯泡沫塑料。
3.根据权利要求1所述一种岩石温、湿度迁移规律试验装置，其特征是：围成试样室（17）的三块聚苯乙烯泡沫塑料板中，其左右两侧面板高25cm宽5cm厚5cm，其后面板高25cm宽17cm厚5cm；在试样室（17）底面安放一块长7cm 宽7cm厚1cm的长方体海绵（6）；试样室（17）的侧立面板内侧顶部距离试样室（17）开口边4cm处粘有不锈钢u型管卡（13），其厚2mm内径4mm。
4.根据权利要求1所述一种岩石温、湿度迁移规律试验装置，其特征是：马氏瓶（11）瓶身长5cm 宽5cm 高15cm ，其塑料导水管（14）直径5mm长38mm，其出口端设有阀门（12），强力挂钩（11）固定在环境箱（1）内侧距离环境箱（1）边缘25cm，距离环境箱（1）顶部5cm处。
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