CN109270247A - 一种岩石膨胀性试验试样固定装置及其固定方法 - Google Patents

一种岩石膨胀性试验试样固定装置及其固定方法 Download PDF

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钱财富
张忠裔
吴杰
李巍
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Abstract

本发明涉及一种岩石膨胀性试验试样固定装置及其固定方法，包括圆管状套筒，套筒的内腔为试样预留孔，套筒包括三块横截面为弧形的夹板，三块夹板首尾相连形成圆管状结构，夹板的首端固设有横截面为V形的插板，插板由两个固设在夹板首端的斜板组成，两个斜板之间的夹角为锐角，夹板的尾端设置有供斜板上下进出的开口槽；套筒的外部套设有卡箍和螺栓紧固件。该岩石膨胀性试验试样固定装置安装、拆卸操作简单方便，试验后，试样易取出，解决了岩石侧向约束膨胀率和膨胀压力中岩石膨胀性试验试样与套筒之间存在间隙不能满足侧向约束的问题；在安装时，三个夹板之间不会发生错位。

Description

一种岩石膨胀性试验试样固定装置及其固定方法
技术领域
本发明涉及一种岩石膨胀性试验试样固定装置及其固定方法，属于岩石膨胀性试验技术领域。
背景技术
岩石膨胀性试验是测定岩石在吸水后膨胀的性质，其中岩石侧向约束膨胀率和体积不变条件下膨胀压力是岩石膨胀性的重要指标。岩石侧向约束膨胀率是岩石试样在有侧限条件下，浸水后产生的轴向变形与试样高度比；而岩石膨胀压力力是浸水后在岩石体积不变条件下所需的压力。目前，国内岩石(块)试验方法标准有关侧向约束膨胀率和膨胀压力试验中均采用金属套环形成侧向约束，其金属套环为整体式圆筒状结构，要求金属套环(套筒)内径Ф1大于试样直径Ф2，具体要求为0.0mm≤Ф1-Ф2≤0.1mm。实际在岩石加工试样时，分别存在当试样直径大于金属套环内径时，即Ф2-Ф1≥0.0mm时，试样无法装入金属套环内；当试样直径与金属套环内径差值过大时，即Ф1-Ф2＞0.1mm时，试样与金属套环之间产生间隙，不能满足侧向约束。若遇砾质岩、砂质岩、泥质岩等岩石时，所加工的试样与金属环间隙更大，致使侧向约束膨胀率和膨胀压力试验指标误差很大。并且，实验结束后，试样与金属套环之间的分离操作也十分困难。经查阅国内外相关文献，迄今为止岩石试样侧向约束的套环装置仍没有较好的办法解决。
发明内容
本发明针对现有技术存在的不足，提供了一种岩石膨胀性试验试样固定装置及其固定方法，具体技术方案如下：
一种岩石膨胀性试验试样固定装置，包括圆管状套筒，所述套筒的内腔为试样预留孔，所述套筒包括三块横截面为弧形的夹板，三块夹板首尾相连形成圆管状结构，所述夹板的首端固设有横截面为V形的插板，所述插板由两个固设在夹板首端的斜板组成，两个斜板之间的夹角为锐角，所述夹板的尾端设置有供斜板上下进出的开口槽；所述套筒的外部套设有卡箍和螺栓紧固件。
作为上述技术方案的改进，所述套筒的上端面设置有圆形容纳孔，所述容纳孔的孔径小于套筒的外径，所述容纳孔的孔径大于试样预留孔的直径，所述容纳孔和试样预留孔形成阶梯孔结构。
作为上述技术方案的改进，所述套筒的上端还设置有三个沿着套筒径向设置的径向豁口，所述径向豁口设置在相邻夹板的交界处。
作为上述技术方案的改进，所述卡箍包括半圆状夹环，所述夹环的两端固设有连接部；所述螺栓紧固件包括螺栓、与螺栓相适配的螺母，所述连接部处设置有供螺栓杆部进出的通孔。
作为上述技术方案的改进，两个斜板之间的夹角为α，75°≤α＜90°。
作为上述技术方案的改进，所述套筒的外侧壁设置有三个沿着套筒轴向设置的轴向槽，所述轴向槽设置在相邻夹板的交界处，所述轴向槽的上端延伸至套筒的上端面，所述轴向槽的下端延伸至套筒的下端面。
一种岩石膨胀性试验试样固定方法，包括如下步骤：首先，制作圆柱状岩石膨胀性试验试样；其次，将三块夹板分别放置在岩石膨胀性试验试样的外围并将三块夹板首尾相连构成圆管状结构的套筒，在套筒的外部安装卡箍和螺栓紧固件，利用螺栓紧固件将卡箍锁紧使得套筒与岩石膨胀性试验试样形成紧密接触，通过卡箍形成侧向约束；最后，岩石膨胀性试验结束，打开螺栓紧固件，取下卡箍，分开三块夹板，取出岩石膨胀性试验试样。
本发明的有益效果：
所述岩石膨胀性试验试样固定装置解决了岩石侧向约束膨胀率和膨胀压力中岩石膨胀性试验试样与套筒之间存在间隙不能满足侧向约束的问题，从而保证套筒与岩石膨胀性试验试样紧密接触。所述岩石膨胀性试验试样固定装置安装、拆卸操作简单方便，在安装时，三个夹板之间不会发生错位；试验完成后，岩石膨胀性试验试样容易取出，实施效果好。
附图说明
图1为本发明所述岩石膨胀性试验试样固定装置的结构示意图(俯视状态)；
图2为本发明所述三块夹板拼接成套筒时的示意图(俯视状态)；
图3为本发明所述夹板的结构示意图(俯视状态)；
图4为本发明所述夹板的结构示意图(仰视状态)；
图5为本发明所述套筒内部的示意图；
图6为本发明所述径向豁口的结构示意图；
图7为本发明所述轴向槽的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1～4所示，所述岩石膨胀性试验试样固定装置，包括圆管状套筒10，所述套筒10的内腔为试样预留孔101，所述套筒10包括三块横截面为弧形的夹板11，三块夹板11首尾相连形成圆管状结构，所述夹板11的首端固设有横截面为V形的插板，所述插板由两个固设在夹板11首端的斜板12组成，两个斜板12之间的夹角为锐角，所述夹板11的尾端设置有供斜板12上下进出的开口槽13，为达到斜板12上下进出的效果，所述开口槽13上端的开口延伸至夹板11的上端面，所述开口槽13下端的开口延伸至夹板11的下端面；所述套筒10的外部套设有卡箍和螺栓紧固件。
岩石膨胀性试验试样固定方法的步骤如下：首先，按照《水利水电工程岩石试验规程》(SL264-2001)制作岩石膨胀性试验试样，所述岩石膨胀性试验试样为圆柱状；其次，将三块夹板11分别放置在岩石膨胀性试验试样的外围并将三块夹板11首尾相连构成圆管状结构的套筒10，在套筒10的外部安装卡箍和螺栓紧固件，利用螺栓紧固件将卡箍锁紧使得套筒10与岩石膨胀性试验试样形成紧密接触，通过卡箍形成侧向约束；最后，岩石膨胀性试验结束，打开螺栓紧固件，取下卡箍，分开三块夹板11，取出岩石膨胀性试验试样。在上述过程中，
当岩石膨胀性试验试样的直径与试样预留孔101存在偏差时，通过三块夹板11首尾相连制成套筒10，利用卡箍配合螺栓紧固件使得套筒10紧贴岩石膨胀性试验试样，从而形成有效的侧向约束。当岩石膨胀性试验结束后，卸下金属圈箍，释放侧向约束，将圆柱筒分解成圆弧块，取出试样。三块夹板11首尾相连组合成的套筒10比整体式套环操作更加方便快捷，且不破坏试样；同时，还使得套筒10内壁对岩石膨胀性试验试样形成有效的侧向约束，确保岩石膨胀性试验试样在浸水过程中不发生侧向变形。其中，斜板12与开口槽13的配合能够避免相邻的两块夹板11之间发生错位，在安装时，可将斜板12向上插入开口槽13；在拆卸时，可从开口槽13处向上拔出斜板12，安装、拆卸操作简单方便。由于插板由两个固设在夹板11首端的斜板12组成且两个斜板12之间的夹角为锐角，这使得插板的自由端能够发生轻微的位移，也就是说，横截面为V形的插板与对应的开口槽13配合，当试样预留孔101在受到外力时，三个夹板11能够同步向外扩张，从而使得试样预留孔101能够向外扩张0.5～1mm，因此，即使岩石膨胀性试验试样的直径产生轻微偏差，在卡箍的夹紧下，夹板11能够抵紧岩石膨胀性试验试样。其中，两个斜板12之间的夹角为α，75°≤α＜90°；当两个斜板12相互垂直时，两个斜板12的连接处以及斜板12与夹板11首端的连接处易受到过大的冲击力，从而影响斜板12的使用寿命。由于燕尾槽与对应的插板结构一旦插合后就无法再发生偏移，同理，T形槽与对应的插板结构一旦插合后也就无法再发生偏移，如果将其应用于本发明，那么试样预留孔101的直径为固定结构，这不利于后续的夹板11抵紧岩石膨胀性试验试样。
进一步地，如图5所示，所述套筒10的上端面设置有圆形容纳孔14，所述容纳孔14的孔径小于套筒10的外径，所述容纳孔14的孔径大于试样预留孔101的直径，所述容纳孔14和试样预留孔101形成阶梯孔结构。
当套筒10在进行岩石膨胀性试验时，在套筒10的底部需放置有圆形下透水板和位于下透水板上方的圆形第一滤纸，第一滤纸的上方为岩石膨胀性试验试样，岩石膨胀性试验试样上方放置有第二滤纸，第二滤纸上方放置有上透水板，最后在上透水板上方固定金属载荷板并安装千分表。金属载荷板的质量应能对岩石膨胀性试验试样产生5kPa的压力。在试验测试时：每隔10min记录千分表读数一次，直至连续三次读数不变。然后缓慢向套筒10的内部注入蒸馏水，直至蒸馏水注满容纳孔14，蒸馏水在容纳孔14积蓄能够淹没上透水板从而保证岩石膨胀性试验试样能够被蒸馏水完全浸润。进一步地，如图6所示，所述套筒10的上端还设置有三个沿着套筒10径向设置的径向豁口15，所述径向豁口15设置在相邻夹板11的交界处，所述径向豁口15的一端延伸至套筒10的外周，所述径向豁口15的另一端延伸至套筒10的内圈。容纳孔14中积蓄过多的蒸馏水从径向豁口15处外流，从而避免容纳孔14中积蓄过多的蒸馏水。其中，所述径向豁口15设置在相邻夹板11的交界处，这使得径向豁口15被分割成两个半开槽，两个半开槽分别位于夹板11的首尾两侧；当两个夹板11首尾相连时，相邻的两个半开槽即可拼接成径向豁口15。
进一步地，所述卡箍和螺栓紧固件为现有常用的连接装置。所述卡箍包括半圆状夹环21，两个夹环21相对拼接构成圆形通道，所述夹环21的两端固设有连接部22；所述螺栓紧固件包括螺栓23、与螺栓23相适配的螺母24，所述连接部22处设置有供螺栓23杆部进出的通孔。在安装时，，两个夹环21分别套在套筒10的外部，然后将螺栓23的杆部穿过通孔，将螺母24与螺栓23螺纹连接，随着不断地拧紧螺母24，两个夹环21不断的收缩从而对套筒10施加侧向约束力。
在进行岩石膨胀性试验时，在进行注水操作时，为保证套筒10内部的水不易流失，需事先在夹板11的内壁涂上凡士林，尤其是在相邻夹板11之间的缝隙处更要涂抹凡士林；进一步地，如图7所示，所述套筒10的外侧壁设置有三个沿着套筒10轴向设置的轴向槽16，所述轴向槽16设置在相邻夹板11的交界处，所述轴向槽16的上端延伸至套筒10的上端面，所述轴向槽16的下端延伸至套筒10的下端面。可在轴向槽16处涂抹凡士林，从而使得相邻夹板11之间的缝隙处被堵住，并且，轴向槽16处涂抹的凡士林不易被卡箍给损坏，能够保证套筒10的完整性。
在上述实施例中，所述岩石膨胀性试验试样固定装置能够解决因为岩石膨胀性试验试样尺寸偏差导致无法装入的问题，同时也能够解决岩石膨胀性试验试样与套筒10内壁之间的间隙过大不满足侧向约束的问题，还能够解决岩石膨胀性试验试样遇水膨胀后不易取出的弊端。所述岩石膨胀性试验试样固定装置安装、拆卸操作简单方便，在安装时，三个夹板11之间不会发生错位，实施效果好。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种岩石膨胀性试验试样固定装置，包括圆管状套筒(10)，所述套筒(10)的内腔为试样预留孔(101)，其特征在于：所述套筒(10)包括三块横截面为弧形的夹板(11)，三块夹板(11)首尾相连形成圆管状结构，所述夹板(11)的首端固设有横截面为V形的插板，所述插板由两个固设在夹板(11)首端的斜板(12)组成，两个斜板(12)之间的夹角为锐角，所述夹板(11)的尾端设置有供斜板(12)上下进出的开口槽(13)；所述套筒(10)的外部套设有卡箍和螺栓紧固件。
2.根据权利要求1所述的一种岩石膨胀性试验试样固定装置，其特征在于：所述套筒(10)的上端面设置有圆形容纳孔(14)，所述容纳孔(14)的孔径小于套筒(10)的外径，所述容纳孔(14)的孔径大于试样预留孔(101)的直径，所述容纳孔(14)和试样预留孔(101)形成阶梯孔结构。
3.根据权利要求2所述的一种岩石膨胀性试验试样固定装置，其特征在于：所述套筒(10)的上端还设置有三个沿着套筒(10)径向设置的径向豁口(15)，所述径向豁口(15)设置在相邻夹板(11)的交界处。
4.根据权利要求1所述的一种岩石膨胀性试验试样固定装置，其特征在于：所述卡箍包括半圆状夹环(21)，所述夹环(21)的两端固设有连接部(22)；所述螺栓紧固件包括螺栓(23)、与螺栓(23)相适配的螺母(24)，所述连接部(22)处设置有供螺栓(23)杆部进出的通孔。
5.根据权利要求1所述的一种岩石膨胀性试验试样固定装置，其特征在于：两个斜板(12)之间的夹角为α，75°≤α＜90°。
6.根据权利要求1所述的一种岩石膨胀性试验试样固定装置，其特征在于：所述套筒(10)的外侧壁设置有三个沿着套筒(10)轴向设置的轴向槽(16)，所述轴向槽(16)设置在相邻夹板(11)的交界处，所述轴向槽(16)的上端延伸至套筒(10)的上端面，所述轴向槽(16)的下端延伸至套筒(10)的下端面。
7.一种岩石膨胀性试验试样固定方法，其特征在于包括如下步骤：首先，制作圆柱状岩石膨胀性试验试样；其次，将三块夹板(11)分别放置在岩石膨胀性试验试样的外围并将三块夹板(11)首尾相连构成圆管状结构的套筒(10)，在套筒(10)的外部安装卡箍和螺栓紧固件，利用螺栓紧固件将卡箍锁紧使得套筒(10)与岩石膨胀性试验试样形成紧密接触，通过卡箍形成侧向约束；最后，岩石膨胀性试验结束，打开螺栓紧固件，取下卡箍，分开三块夹板(11)，取出岩石膨胀性试验试样。
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