CN109975195B - 用于测定石屑试样空隙率及控制石屑试样空隙率的试验装置及方法 - Google Patents
用于测定石屑试样空隙率及控制石屑试样空隙率的试验装置及方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种用于测定石屑试样空隙率及控制石屑试样空隙率的试验装置及方法，包括固定架，固定架由底座和顶板及均匀固定在底座和顶板之间的三个竖向布置的导杆构成，底座中央固定有竖向伸缩的液压缸，液压缸的活塞杆端固定有下压板，三个导杆中间安装有透明的试样筒，试样筒通过安装板安装在三个导杆上，顶板的底面上安装有上压板，上压板内开设有注水孔和排气孔。本发明可以测定及控制石屑试样的空隙率，得到不同空隙率下预定高度的试件，本发明既能够实现空隙率的测定，又能够实现脱模，实现了仪器的两用化，而且本发明所提出的控制空隙率的方法，利用测定的试验数据并结合统计学，建立石屑的空隙率模型，并通过R检验进行验证，测量结果精确可靠。
Description
技术领域
本发明涉及空隙率测定技术领域，具体涉及一种用于测定石屑试样空隙率及控制石屑试样空隙率的试验装置及方法。
背景技术
在室内压力注浆渗透试验中，需要用不同空隙率的被注浆石屑的试件进行试验，并且需要进行试件脱模，于是考虑与此试验相适应的测量设备与方法。现有测试空隙率的方法有很多种，主要包括气体吸附法、压汞法、有机溶解法、扫描电镜法等，这些方法测试范围小、操作便捷性差，不仅重复利用率低、脱模困难，而且无法对石屑的空隙率进行控制。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种用于测定石屑试样空隙率及控制石屑试样空隙率的试验装置及方法，其解决了现有空隙率测定方法测试范围小、操作便捷性差且不能控制石屑空隙率的技术问题。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种用于测定石屑试样空隙率及控制石屑试样空隙率的试验装置，包括固定架，固定架由底座和顶板及均匀固定在底座和顶板之间的三个竖向布置的导杆构成，底座中央固定有竖向伸缩的液压缸，液压缸的缸体与底座固定连接，液压缸的活塞杆端固定有水平布置的下压板，三个导杆中间于第一压板上方安装有透明的试样筒，试样筒的外周壁上设有高度刻度线，试样筒的下端通过螺纹安装有密封端盖，试样筒的上下两端外周壁上均固定有安装板，两个安装板上均开设有分别与三个导杆滑动配合的滑孔，安装板的底面上于三个滑孔处分别固定有与三个导杆滑动配合的定位环，定位环的周壁上沿径向开设有定位螺孔，定位螺孔内安装有定位螺栓，定位螺栓旋紧在定位螺孔内并压紧在导杆上进而将定位环与导杆固定在一起，顶板的底面上于试样筒上方安装有水平布置的上压板，上压板通过竖向布置的连接杆与顶板固定连接，其中顶板上开设有螺孔，连接杆的顶部外周壁上设有与螺孔相配合的外螺纹，所述上压板和下压板均为圆形且上压板和下压板的外周壁均可与试样筒的内周壁密封滑动配合，上压板内分别开设有竖向贯穿于上压板的注水孔和排气孔。
所述试样筒为PMMA筒。
所述底座上安装有水平泡。
所述试样筒与安装板通过连接螺栓固定连接，其中在试样筒的外周壁上开设有定位槽，安装板上开设有与定位槽相对应的连接螺孔，连接螺孔内安装有连接螺栓，连接螺栓旋紧在螺孔内并压紧在定位槽内进而将试样筒和安装板固定在一起。
使用用于测定石屑试样空隙率的试验装置的方法，包括如下步骤：
(1)对试验石屑进行筛分，筛得不同粒径的石屑试样，称取粒径为r1质量为m1的石屑试样，将试样筒称重记为m2；
(2)将步骤(1)中的试样筒进行安装，并将两个安装板上的定位螺栓拆卸下来使得两个安装板可沿导杆上下滑动，首先称取m1/3的石屑试样填筑于试样筒内，控制液压缸的活塞杆伸长，液压缸驱动试样筒上升使得上压板相对于试样筒向下移动进而挤压试样筒内的石屑试样，使得石屑试样压密到预定高度h/3，静置2min稳定后，控制液压缸的活塞杆缩回，使得试样筒与上压板分离，再称量m1/3石屑试样填筑于试样筒内，控制液压缸的活塞杆伸长，使得上压板压缩石屑试样压密到预定高度2h/3，静置2min稳定后，控制液压缸的活塞杆缩回，使得试样筒与上压板分离，再将剩余的m1/3的石屑试样填筑于试样筒内，控制液压缸的活塞杆伸长，使得上压板压密石屑试样到预定高度h，已知试样筒内壁的半径r，计算石屑试样的表观体积Vs；
(3)将步骤(2)中的试样筒静置2min稳定后，通过注水孔向试样筒中注水，注水的同时开启声波振动仪器，直至水刚好淹没全部石屑，注入水的体积记为VW，也就是试样筒内空气的体积，取下试样筒，称量加入水后的试样筒质量记为m3；
(4)计算石屑试样的空隙率，按照公式(ⅰ)计算空隙率：
(ⅰ)式中：γ为空隙率，单位为％；
VW为步骤3中所述注入水的体积，单位为mL；
VS为步骤2中所述石屑试样的表观体积，单位为mL；
ρW为步骤3中所述注入水的密度；
r为步骤2中已知试样筒内壁的半径r，单位为mm；
h为步骤2中所述的预定高度，单位为mm；
m3为步骤3中加水后的试样筒的质量，单位为g；
m2为步骤1中称量的试样筒的质量，单位为g；
m1为步骤1中称取的石屑试样质量，单位为g；
(5)控制液压缸的活塞杆缩回使得试样筒与上压板分离，然后在两个安装板上均安装上定位螺栓使得两个安装板和导杆固定在一起进而将试样筒固定，再将连接杆从顶板上拆卸下来，取下上压板；
(6)控制液压缸的活塞杆缩回使得下压板与端盖分离，然后拆下端盖，再控制液压缸的活塞杆伸长使得下压板向上顶出试样，使得试样完全脱离试样筒，然后将试样取走，完成试样脱模。
所述步骤(1)中试样筒的重量m2为2346.6g，步骤(2)中试样筒的半径r为75mm。
使用用于控制石屑试样空隙率的试验装置的方法，包括如下步骤：
(1)对试验石屑进行筛分，筛得不同粒径的石屑试样，称取粒径为r1为1.18mm质量为m1的石屑试样，将试样筒称重记为m2；
(2)将步骤(1)中的试样筒进行安装，并将两个安装板上的定位螺栓拆卸下来使得两个安装板可沿导杆上下滑动，首先称取m1/3的石屑试样填筑于试样筒内，控制液压缸的活塞杆伸长，液压缸驱动试样筒上升使得上压板相对于试样筒向下移动进而挤压试样筒内的石屑试样，使得石屑试样压密到预定高度h/3，静置2min稳定后，控制液压缸的活塞杆缩回，使得试样筒与上压板分离，再称量m1/3石屑试样填筑于试样筒内，控制液压缸的活塞杆伸长，使得上压板压缩石屑试样压密到预定高度2h/3，静置2min稳定后，控制液压缸的活塞杆缩回，使得试样筒与上压板分离，再将剩余的m1/3的石屑试样填筑于试样筒内，控制液压缸的活塞杆伸长，使得上压板压密石屑试样到预定高度h，已知试样筒内壁的半径r，计算石屑试样的表观体积Vs；
(3)将步骤(2)中的试样筒静置2min稳定后，通过注水孔向试样筒中注水，注水的同时开启声波振动仪器，直至水刚好淹没全部石屑，注入水的体积记为VW，取下试样筒，称量加入水后的试样筒质量记为m3；
(4)计算石屑试样的空隙率，按照公式(ⅰ)计算空隙率：
(ⅰ)式中：γ为空隙率，单位为％；
VW为步骤3中所述注入水的体积，单位为mL；
VS为步骤2中所述石屑试样的表观体积，单位为mL；
ρW为步骤3中所述注入水的密度；
r为步骤2中已知试样筒内壁的半径r，单位为mm；
h为步骤2中为步骤2中所述的预定高度，单位为mm；
m3为步骤3中所述加水后的试样筒的质量，单位为g；
m2为步骤1中称量的试样筒的质量，单位为g；
m1为步骤1中称取的石屑试样质量，单位为g；
(5)控制液压缸的活塞杆缩回使得试样筒与上压板分离，然后在两个安装板上均安装上定位螺栓使得两个安装板和导杆固定在一起进而将试样筒固定，再将连接杆从顶板上拆卸下来，取下上压板；
(6)控制液压缸的活塞杆缩回使得下压板与端盖分离，然后拆下端盖，再控制液压缸的活塞杆伸长使得下压板向上顶出试样，使得试样完全脱离试样筒，然后将试样取走，完成试样脱模；
(7)改变粒径为1.18mm的石屑试样质量及压缩后高度，重复步骤(1)-步骤(6)，根据统计学原理得出石屑试样在粒径为1.18mm的条件下，石屑试样的质量m1/压缩后高度h与空隙率γ满足：
R2＝0.9933，因此在空隙率γ和高度h确定的情况下，可以计算出所需石屑试样的质量，这样可通过控制石屑试样的质量和高度来控制石屑试样的空隙率γ。
通过改变石屑试样的粒径为r2，重复步骤(1)-步骤(6)，利用统计学原理得出石屑试样的质量m1/压缩后高度h与空隙率γ满足：同时计算R2的值，当R2值介于0.8～1之间时，则在空隙率γ和高度h确定的情况下，可以计算出粒径r2的石屑试样的质量，这样可通过控制石屑试样的质量和高度来控制石屑试样的空隙率γ。
所述步骤(1)中试样筒的重量m2为2346.6g，步骤(1)中试样筒的半径r为75mm。
本发明利用水的流动性和不易与该石屑发生反应的原理，作为空隙的填充物注入试样，并且在注水同时使用超声波振动排出注水试样内的气泡，用注入水的体积表示孔隙的体积，从而得到空隙率；另外，利用本发明的方法，可以控制石屑试样的空隙率，得到不同空隙率下预定高度的试件，本发明能够同时测量空隙率与进行试件脱模，实现了仪器的两用化，而且整体结构简单，操作便捷，测量结果精确可靠，解决了现有空隙率测定方法测试范围小、操作便捷性差且不能控制石屑空隙率的技术问题。
附图说明
图1为本发明实施例的结构示意图。
图2为本发明实施例的试样筒的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
实施例1
如图1和图2所示，一种用于测定石屑试样空隙率及控制石屑试样空隙率的试验装置，包括固定架，固定架由底座1和顶板2及均匀固定在底座和顶板之间的三个竖向布置的导杆3构成，底座的中央固定有竖向伸缩的液压缸4，液压缸的缸体与底座固定连接，液压缸的活塞杆端固定有水平布置的下压板5。三个导杆中间于第一压板上方安装有透明的试样筒6，试样筒设置成透明材质，能够直观地测量其中石屑试样的填充高度。试样筒的周壁上沿轴向设有高度刻度线7，其使得测量石屑试样高度更加方便快捷，试样筒的下端通过螺纹安装有密封端盖8，其可避免水从试样筒下端流出。试样筒的上下两端外周壁上均固定有安装板9，两个安装板上均开设有分别与三个导杆滑动配合的滑孔，安装板的底面上于三个滑孔处分别固定有与三个导杆滑动配合的定位环10，定位环10的周壁上沿径向开设有定位螺孔，定位螺孔内安装有定位螺栓11，定位螺栓11旋紧在定位螺孔内并压紧在导杆上进而将定位环10与导杆3固定在一起。顶板的底面上于试样筒上方安装有水平布置的上压板12，上压板12和下压板5配合能够对试样筒内的石屑试样进行挤压成型。上压板12通过竖向布置的连接杆13与顶板固定连接，其中顶板上开设有螺孔，连接杆13的顶部外周壁上设有与螺孔相配合的外螺纹，这样方便连接杆13和上压板12装卸。上压板和下压板均为圆形且上压板和下压板的外周壁均可与试样筒的内周壁密封滑动配合，这样能够充分保证对石屑试样挤压的可靠性，同时避免试样流失产生误差。上压板内分别开设有竖向贯穿于上压板的注水孔14和排气孔15，通过注水孔可对试样筒内进行注水，同时试样筒内的气体通过排气孔15排出。
试样筒6为PMMA筒，其透光性好，可耐强酸、强碱，使用寿命长。
底座上安装有水平泡，其方便对固定架进行调平，也可在安装板上安装水平泡，以便对固定架及安装板进行调平。
试样筒6与安装板9通过连接螺栓16固定连接，其中在试样筒的外周壁上开设有定位槽，安装板上开设有与定位槽相对应的连接螺孔，连接螺孔内安装有连接螺栓16，连接螺栓16旋紧在螺孔内并压紧在定位槽内进而将试样筒和安装板固定在一起，这样方便试样筒装卸。
实施例2
使用用于测定石屑试样空隙率的试验装置的方法，包括如下步骤：
(1)对试验石屑进行筛分，筛得不同粒径的石屑试样，称取粒径r1为
1.18mm质量为3705.8g的石屑试样，将试样筒称重记为2346.6g；
(2)将步骤(1)中的试样筒6通过连接螺栓16固定在安装板9上，并将两个安装板上的定位螺栓11拆卸下来以使得两个安装板可沿导杆3上下滑动，首先称取1235.27g的石屑试样填筑于试样筒内，控制液压缸的活塞杆伸长，液压缸驱动试样筒上升使得上压板相对于试样筒向下移动进而挤压试样筒内的石屑试样，使得石屑试样压密到预定高度46.3mm，静置2min稳定后，控制液压缸的活塞杆缩回，使得试样筒与上压板分离，再称量1235.27g石屑试样填筑于试样筒内，控制液压缸的活塞杆伸长，使得上压板压缩石屑试样压密到预定高度92.7mm，静置2min稳定后，控制液压缸的活塞杆缩回，使得试样筒与上压板分离，再将剩余的1235.26g的石屑试样填筑于试样筒内，控制液压缸的活塞杆伸长，使得上压板压密石屑试样到预定高度139mm，已知试样筒内壁的半径为75mm，计算石屑试样的表观体积Vs；
(3)将步骤(2)中的试样筒静置2min稳定后，通过注水孔向试样筒中注水，注水的同时开启声波振动仪器，直至水刚好淹没全部石屑，注入水的体积记VW，取下试样筒，称量加入水后的试样筒质量m3为7108.6g；
(4)计算石屑试样的空隙率，按照公式(ⅰ)计算空隙率：
(ⅰ)式中：γ为空隙率，单位为％；
VW为步骤3中所述注入水的体积，单位为mL；
VS为步骤2中所述石屑试样的表观体积，单位为mL；
ρW为步骤3中所述注入水的密度为1g/ml；
r为步骤2中已知试样筒内壁的半径r为75mm；
h为步骤2中为步骤2中所述的预定高度139mm；
m3为步骤3中所述试样筒的质量为7108.6g；
m2为步骤1中称量的试样筒的质量为2346.6g；
m1为步骤1中称取的试样质量为3705.8g；
计算得出γ＝43％；
(5)控制液压缸的活塞杆缩回使得试样筒与上压板分离，然后在两个安装板上均安装上定位螺栓11使得两个安装板和导杆固定在一起进而将试样筒6固定，再将连接杆13从顶板上拆卸下来，取下上压板12；
(6)然后控制液压缸的活塞杆缩回使得下压板与端盖分离，然后拆下端盖，再控制液压缸的活塞杆伸长使得下压板向上顶出试样，使得试样完全脱离试样筒，然后将试样取走，完成试样脱模。
实施例3
使用用于测定石屑试样空隙率的试验装置的方法，包括如下步骤：
(1)对试验石屑进行筛分，筛得不同粒径的石屑试样，称取粒径为1.18mm质量为4453.0g的石屑试样，将试样筒称重记为2346.6g；
(2)将步骤(1)中的试样筒6通过连接螺栓16固定在安装板9上，并将两个安装板上的定位螺栓11拆卸下来使得两个安装板可沿导杆3上下滑动，首先称取1484.33g的石屑试样填筑于试样筒内，控制液压缸的活塞杆伸长，液压缸驱动试样筒上升使得上压板相对于试样筒向下移动进而挤压试样筒内的石屑试样，使得石屑试样压密到预定高度52.67mm，静置2min稳定后，控制液压缸的活塞杆缩回，使得试样筒与上压板离，再称量1484.33g石屑试样填筑于试样筒内，控制液压缸的活塞杆伸长，使得上压板压缩石屑试样压密到预定高度105.33mm，静置2min稳定后，控制液压缸的活塞杆缩回，使得试样筒与上压板分离，再将剩余的1484.34g的石屑试样填筑于试样筒内，控制液压缸的活塞杆伸长，使得上压板压密石屑试样到预定高度158mm，已知试样筒内壁的半径为75mm，计算石屑试样的表观体积Vs；
(3)将步骤(2)中的试样筒静置2min稳定后，通过注水孔向试样筒中注水，注水的同时开启声波振动仪器，直至水刚好淹没全部石屑，注入水的体积记VW，取下试样筒，称量加入水后的试样筒质量m3为7890.2g；
(4)计算石屑试样的空隙率，按照公式(ⅰ)计算空隙率：
(ⅰ)式中：γ为空隙率，单位为％；
VW为步骤3中所述注入水的体积，单位为mL；
VS为步骤2中所述石屑试样的表观体积，单位为mL；
ρW为步骤3中所述注入水的密度为1g/ml；
r为步骤2中已知试样筒内壁的半径r为75mm；
h为步骤2中为步骤2中所述的预定高度158mm；
m3为步骤3中所述试样筒的质量为7890.2g；
m2为步骤1中称量的试样筒的质量为2346.6g；
m1为步骤1中称取的试样质量为4453.0g；
计算得出γ＝39.07％；
(5)控制液压缸的活塞杆缩回使得试样筒与上压板分离，然后在两个安装板上均安装上定位螺栓11使得两个安装板和导杆固定在一起进而将试样筒6固定，再将连接杆13从顶板上拆卸下来，取下上压板12；
(6)然后控制液压缸的活塞杆缩回使得下压板与端盖分离，然后拆下端盖，再控制液压缸的活塞杆伸长使得下压板向上顶出试样，使得试样完全脱离试样筒，然后将试样取走，完成试样脱模。
实施例4
使用用于测定石屑试样空隙率的试验装置的方法，包括如下步骤：
(1)对试验石屑进行筛分，筛得不同粒径的石屑试样，称取粒径为2.36mm质量为3700.1g的石屑试样，将试样筒称重记为2346.6g；
(2)将步骤(1)中的试样筒6通过连接螺栓16固定在安装板9上，并将两个安装板上的定位螺栓11拆卸下来使得两个安装板可沿导杆3上下滑动，首先称取1233.37g的石屑试样填筑于试样筒内，控制液压缸的活塞杆伸长，液压缸驱动试样筒上升使得上压板相对于试样筒向下移动进而挤压试样筒内的石屑试样，使得石屑试样压密到预定高度46.67mm，静置2min稳定后，控制液压缸的活塞杆缩回，使得试样筒与上压板离，再称量1233.37g石屑试样填筑于试样筒内，控制液压缸的活塞杆伸长，使得上压板压缩石屑试样压密到预定高度93.33mm，静置2min稳定后，控制液压缸的活塞杆缩回，使得试样筒与上压板分离，再将剩余的1233.36g的石屑试样填筑于试样筒内，控制液压缸的活塞杆伸长，使得上压板压密石屑试样到预定高度140mm，已知试样筒内壁的半径为75mm，计算石屑试样的表观体积Vs；
(3)将步骤(2)中的试样筒静置2min稳定后，通过注水孔向试样筒中注水，注水的同时开启声波振动仪器，直至水刚好淹没全部石屑，注入水的体积记VW，取下试样筒，称量加入水后的试样筒质量m3为7160.0g；
(4)计算石屑试样的空隙率，按照公式(ⅰ)计算空隙率：
(ⅰ)式中：γ为空隙率，单位为％；
VW为步骤3中所述注入水的体积，单位为mL；
VS为步骤2中所述石屑试样的表观体积，单位为mL；
ρW为步骤3中所述注入水的密度为1g/ml；
r为步骤2中已知试样筒内壁的半径r为75mm；
h为步骤2中为步骤2中所述的预定高度140mm；
m3为步骤3中所述试样筒的质量为7160.0g；
m2为步骤1中称量的试样筒的质量为2346.6g；
m1为步骤1中称取的试样质量为3700.1g；
计算得出γ＝45.05％；
(5)控制液压缸的活塞杆缩回使得试样筒与上压板分离，然后在两个安装板上均安装上定位螺栓11使得两个安装板和导杆固定在一起进而将试样筒6固定，再将连接杆13从顶板上拆卸下来，取下上压板12；
(6)然后控制液压缸的活塞杆缩回使得下压板与端盖分离，然后拆下端盖，再控制液压缸的活塞杆伸长使得下压板向上顶出试样，使得试样完全脱离试样筒，然后将试样取走，完成试样脱模。
下表为实施例2-实施例4的实验数据
实施例5
使用用于控制石屑试样空隙率的试验装置的方法，包括如下步骤：
(1)对试验石屑进行筛分，筛得不同粒径的石屑试样，称取粒径为1.18mm质量为4453.0g的石屑试样，将试样筒称重记为2346.6g；
(2)将步骤(1)中的试样筒6通过连接螺栓16固定在安装板9上，并将两个安装板上的定位螺栓11拆卸下来使得两个安装板可沿导杆3上下滑动，首先称取1484.33g的石屑试样填筑于试样筒内，控制液压缸的活塞杆伸长，液压缸驱动试样筒上升使得上压板相对于试样筒向下移动进而挤压试样筒内的石屑试样，使得石屑试样压密到预定高度52.67mm，静置2min稳定后，控制液压缸的活塞杆缩回，使得试样筒与上压板离，再称量1484.33g石屑试样填筑于试样筒内，控制液压缸的活塞杆伸长，使得上压板压缩石屑试样压密到预定高度105.33mm，静置2min稳定后，控制液压缸的活塞杆缩回，使得试样筒与上压板分离，再将剩余的1484.34g的石屑试样填筑于试样筒内，控制液压缸的活塞杆伸长，使得上压板压密石屑试样到预定高度158mm，已知试样筒内壁的半径为75mm，计算石屑试样的表观体积Vs；
(3)将步骤(2)中的试样筒静置2min稳定后，通过注水孔向试样筒中注水，注水的同时开启声波振动仪器，直至水刚好淹没全部石屑，注入水的体积记VW，取下试样筒，称量加入水后的试样筒质量m3为7890.2g；
(4)计算石屑试样的空隙率，按照公式(ⅰ)计算空隙率：
(ⅰ)式中：γ为空隙率，单位为％；
VW为步骤3中所述注入水的体积，单位为mL；
VS为步骤2中所述石屑试样的表观体积，单位为mL；
ρW为步骤3中所述注入水的密度为1g/ml；
r为步骤2中已知试样筒内壁的半径r为75mm；
h为步骤2中为步骤2中所述的预定高度158mm；
m3为步骤3中所述试样筒的质量为7890.2g；
m2为步骤1中称量的试样筒的质量为2346.6g；
m1为步骤1中称取的试样质量为4453.0g；
计算得出γ＝39.07％；
(5)控制液压缸的活塞杆缩回使得试样筒与上压板分离，然后在两个安装板上均安装上定位螺栓11使得两个安装板和导杆固定在一起进而将试样筒6固定，再将连接杆13从顶板上拆卸下来，取下上压板12；
(6)然后控制液压缸的活塞杆缩回使得下压板与端盖分离，然后拆下端盖，再控制液压缸的活塞杆伸长使得下压板向上顶出试样，使得试样完全脱离试样筒，然后将试样取走，完成试样脱模。
(7)称取粒径为1.18mm质量为4705.8g的石屑试样，压缩高度h设定为139mm，重复上述步骤(1)-步骤(6)，计算得出空隙率为43％；
(8)称取粒径为1.18mm质量为3786.0g的石屑试样，压缩高度h设定为145mm，重复上述步骤(1)-步骤(6)，计算得出空隙率为45％；
(9)称取粒径为1.18mm质量为3872.4g的石屑试样，压缩高度h设定为150mm，重复上述步骤(1)-步骤(6)，计算得出空隙率为46.12％；根据统计学原理，R2为回归平方和与总离差平方和的比值，表示总离差平方和中可以由回归平方和解释的比例，这一比例越大越好，模型越精确，回归效果越显著，石屑试样粒径在1.18mm条件下，R2＝0.9933，得出石屑试样在粒径为r1的条件下，石屑试样的质量m1/压缩后高度h与空隙率γ满足：R2＝0.9933，因此在空隙率γ和高度h确定的情况下，可以计算出所需石屑试样的质量，这样可通过控制石屑试样的质量和高度来控制石屑试样的空隙率γ，从而石屑试样粒径在1.18mm条件下，建立一个控制石屑试样空隙率的模型方法。
下表为本实施例中的实验数据
实施例6
通过改变石屑试样的粒径为r2，重复实施例5中的步骤(1)-步骤(6)，利用统计学原理得出石屑试样的质量m1/压缩后高度h与空隙率γ满足：同时计算R2的值，当R2值介于0.8～1之间时，则在空隙率γ和高度h确定的情况下，可以计算出粒径r2的石屑试样的质量，这样可通过控制石屑试样的质量和高度来控制石屑试样的空隙率γ。
Claims (8)
1.一种用于测定石屑试样空隙率的试验装置的方法，通过用于测定石屑试样空隙率及控制石屑试样空隙率的试验装置来实现，该试验装置为：包括固定架，固定架由底座和顶板及均匀固定在底座和顶板之间的三个竖向布置的导杆构成，底座中央固定有竖向伸缩的液压缸，液压缸的缸体与底座固定连接，液压缸的活塞杆端固定有水平布置的下压板，三个导杆中间于第一压板上方安装有透明的试样筒，试样筒的外周壁上设有测量高度的刻度线，试样筒的下端通过螺纹安装有密封端盖，试样筒的上下两端外周壁上均固定有安装板，两个安装板上均开设有分别与三个导杆滑动配合的滑孔，安装板的底面上于三个滑孔处分别固定有与三个导杆滑动配合的定位环，定位环的周壁上沿径向开设有定位螺孔，定位螺孔内安装有定位螺栓，定位螺栓旋紧在定位螺孔内并压紧在导杆上进而将定位环与导杆固定在一起，顶板的底面上于试样筒上方安装有水平布置的上压板，上压板通过竖向布置的连接杆与顶板固定连接，其中顶板上开设有螺孔，连接杆的顶部外周壁上设有与螺孔相配合的外螺纹，所述上压板和下压板均为圆形且上压板和下压板的外周壁均可与试样筒的内周壁密封滑动配合，上压板内分别开设有竖向贯穿于上压板的注水孔和排气孔；
该方法包括如下步骤：
(1)对试验石屑进行筛分，筛得不同粒径的石屑试样，称取粒径为r1质量为m1的石屑试样，将试样筒称重记为m2；
(2)将步骤(1)中的试样筒进行安装，并将两个安装板上的定位螺栓拆卸下来使得两个安装板可沿导杆上下滑动，首先称取m1/3的石屑试样填筑于试样筒内，控制液压缸的活塞杆伸长，液压缸驱动试样筒上升使得上压板相对于试样筒向下移动进而挤压试样筒内的石屑试样，使得石屑试样压密到预定高度h/3，静置2min稳定后，控制液压缸的活塞杆缩回，使得试样筒与上压板分离，再称量m1/3石屑试样填筑于试样筒内，控制液压缸的活塞杆伸长，使得上压板压缩石屑试样压密到预定高度2h/3，静置2min稳定后，控制液压缸的活塞杆缩回，使得试样筒与上压板分离，再将剩余的m1/3的石屑试样填筑于试样筒内，控制液压缸的活塞杆伸长，使得上压板压密石屑试样到预定高度h，已知试样筒内壁的半径r，计算石屑试样的表观体积Vs；
(3)将步骤(2)中的试样筒静置2min稳定后，通过注水孔向试样筒中注水，注水的同时开启声波振动仪器，直至水刚好淹没全部石屑，注入水的体积记为VW，也就是试样筒内空气的体积，取下试样筒，称量加入水后的试样筒质量记为m3；
(4)计算石屑试样的空隙率，按照公式(ⅰ)计算空隙率：
(ⅰ)式中：γ为空隙率，单位为％；
VW为步骤3中所述注入水的体积，单位为mL；
VS为步骤2中所述石屑试样的表观体积，单位为mL；
ρW为步骤3中所述注入水的密度；
r为步骤2中已知试样筒内壁的半径r，单位为mm；
h为步骤2中所述的预定高度，单位为mm；
m3为步骤3中加水后的试样筒的质量，单位为g；
m2为步骤1中称量的试样筒的质量，单位为g；
m1为步骤1中称取的石屑试样质量，单位为g；
(5)控制液压缸的活塞杆缩回使得试样筒与上压板分离，然后在两个安装板上均安装上定位螺栓使得两个安装板和导杆固定在一起进而将试样筒固定，再将连接杆从顶板上拆卸下来，取下上压板；
(6)控制液压缸的活塞杆缩回使得下压板与端盖分离，然后拆下端盖，再控制液压缸的活塞杆伸长使得下压板向上顶出试样，使得试样完全脱离试样筒，然后将试样取走，完成试样脱模。
2.根据权利要求1所述的用于测定石屑试样空隙率的试验装置的方法，其特征在于：所述试样筒为PMMA筒。
3.根据权利要求1所述的用于测定石屑试样空隙率的试验装置的方法，其特征在于：所述底座上安装有水平泡。
4.根据权利要求1所述的用于测定石屑试样空隙率的试验装置的方法，其特征在于：所述试样筒与安装板通过连接螺栓固定连接，其中在试样筒的外周壁上开设有定位槽，安装板上开设有与定位槽相对应的连接螺孔，连接螺孔内安装有连接螺栓，连接螺栓旋紧在螺孔内并压紧在定位槽内进而将试样筒和安装板固定在一起。
5.根据权利要求1-4任一所述的用于测定石屑试样空隙率的试验装置的方法，其特征在于：所述步骤(1)中试样筒的重量m2为2346.6g，步骤(2)中试样筒的半径r为75mm。
6.一种用于控制石屑试样空隙率的试验装置的方法，通过用于测定石屑试样空隙率及控制石屑试样空隙率的试验装置来实现，该试验装置为：包括固定架，固定架由底座和顶板及均匀固定在底座和顶板之间的三个竖向布置的导杆构成，底座中央固定有竖向伸缩的液压缸，液压缸的缸体与底座固定连接，液压缸的活塞杆端固定有水平布置的下压板，三个导杆中间于第一压板上方安装有透明的试样筒，试样筒的外周壁上设有测量高度的刻度线，试样筒的下端通过螺纹安装有密封端盖，试样筒的上下两端外周壁上均固定有安装板，两个安装板上均开设有分别与三个导杆滑动配合的滑孔，安装板的底面上于三个滑孔处分别固定有与三个导杆滑动配合的定位环，定位环的周壁上沿径向开设有定位螺孔，定位螺孔内安装有定位螺栓，定位螺栓旋紧在定位螺孔内并压紧在导杆上进而将定位环与导杆固定在一起，顶板的底面上于试样筒上方安装有水平布置的上压板，上压板通过竖向布置的连接杆与顶板固定连接，其中顶板上开设有螺孔，连接杆的顶部外周壁上设有与螺孔相配合的外螺纹，所述上压板和下压板均为圆形且上压板和下压板的外周壁均可与试样筒的内周壁密封滑动配合，上压板内分别开设有竖向贯穿于上压板的注水孔和排气孔；
该方法包括如下步骤：
(1)对试验石屑进行筛分，筛得不同粒径的石屑试样，称取粒径为r1为1.18mm质量为m1的石屑试样，将试样筒称重记为m2；
(2)将步骤(1)中的试样筒进行安装，并将两个安装板上的定位螺栓拆卸下来使得两个安装板可沿导杆上下滑动，首先称取m1/3的石屑试样填筑于试样筒内，控制液压缸的活塞杆伸长，液压缸驱动试样筒上升使得上压板相对于试样筒向下移动进而挤压试样筒内的石屑试样，使得石屑试样压密到预定高度h/3，静置2min稳定后，控制液压缸的活塞杆缩回，使得试样筒与上压板分离，再称量m1/3石屑试样填筑于试样筒内，控制液压缸的活塞杆伸长，使得上压板压缩石屑试样压密到预定高度2h/3，静置2min稳定后，控制液压缸的活塞杆缩回，使得试样筒与上压板分离，再将剩余的m1/3的石屑试样填筑于试样筒内，控制液压缸的活塞杆伸长，使得上压板压密石屑试样到预定高度h，已知试样筒内壁的半径r，计算石屑试样的表观体积Vs；
(3)将步骤(2)中的试样筒静置2min稳定后，通过注水孔向试样筒中注水，注水的同时开启声波振动仪器，直至水刚好淹没全部石屑，注入水的体积记为VW，取下试样筒，称量加入水后的试样筒质量记为m3；
(4)计算石屑试样的空隙率，按照公式(ⅰ)计算空隙率：
(ⅰ)式中：γ为空隙率，单位为％；
VW为步骤3中所述注入水的体积，单位为mL；
VS为步骤2中所述石屑试样的表观体积，单位为mL；
ρW为步骤3中所述注入水的密度；
r为步骤2中已知试样筒内壁的半径r，单位为mm；
h为步骤2中为步骤2中所述的预定高度，单位为mm；
m3为步骤3中所述加水后的试样筒的质量，单位为g；
m2为步骤1中称量的试样筒的质量，单位为g；
m1为步骤1中称取的石屑试样质量，单位为g；
(5)控制液压缸的活塞杆缩回使得试样筒与上压板分离，然后在两个安装板上均安装上定位螺栓使得两个安装板和导杆固定在一起进而将试样筒固定，再将连接杆从顶板上拆卸下来，取下上压板；
(6)控制液压缸的活塞杆缩回使得下压板与端盖分离，然后拆下端盖，再控制液压缸的活塞杆伸长使得下压板向上顶出试样，使得试样完全脱离试样筒，然后将试样取走，完成试样脱模；
(7)改变粒径为1.18mm的石屑试样质量及压缩后高度，重复步骤(1)-步骤(6)，根据统计学原理得出石屑试样在粒径为1.18mm的条件下，石屑试样的质量m1/压缩后高度h与空隙率γ满足：
R2＝0.9933，因此在空隙率γ和高度h确定的情况下，可以计算出所需石屑试样的质量，这样可通过控制石屑试样的质量和高度来控制石屑试样的空隙率γ。
7.根据权利要求6所述的用于控制石屑试样空隙率的试验装置的方法，其特征在于：通过改变石屑试样的粒径为r2，重复步骤(1)-步骤(6)，利用统计学原理得出石屑试样的质量m1/压缩后高度h与空隙率γ满足：同时计算R2的值，当R2值介于0.8～1之间时，则在空隙率γ和高度h确定的情况下，可以计算出粒径r2的石屑试样的质量，这样可通过控制石屑试样的质量和高度来控制石屑试样的空隙率γ。
8.根据权利要求6所述的用于控制石屑试样空隙率的试验装置的方法，其特征在于：所述步骤(1)中试样筒的重量m2为2346.6g，步骤(1)中试样筒的半径r为75mm。
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