CN111458255B - 一种岩样浸水试验中自动测试记录其含水率的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种岩样浸水试验中自动测试记录其含水率的装置，属于岩体力学试验技术领域包括注‑抽水装置、浸水装置、擦拭装置、升降系统和测量记录系统。注‑抽水装置通过自身的水管连接至浸水装置；升降装置和擦拭装置独立安装在装置顶端的测量系统上，并且能够随测量记录系统沿同一方向转动；本发明采用自动加水，自动升降，自动测量试样质量和计算含水率，克服了现如今岩石浸水试验中含水率测试仪在不破坏试样的前提下可自定义设置测量方法自动连续测量岩样的质量和计算出相应的含水率。

Description

一种岩样浸水试验中自动测试记录其含水率的装置
技术领域
本发明涉及一种高温干燥后岩石浸水试验中测试其含水率的试验装置及其方法，属于岩体力学试验技术领域。
背景技术
在岩石力学相关实验中，岩石干燥后浸水试验主要研究其浸水时间与含水率之间的关系，从而进一步对比研究其试样遇水软化、裂隙发育、波速衰减、强度降低等现象，然而在现行的岩样浸水试验中，例如直径50mm，高度100mm的标准岩样浸水试验，首先进行标准岩样的25％高度浸水试验，浸泡2小时后，测量标准岩样的质量；然后是岩样的50％高度、75％高度、100％高度浸水试验，分别浸水2小时后测量标准岩样质量，完全浸水后，然后每隔相应的时间测量标准岩样质量，计算其相应的含水率，且总浸水时间不得小于48h。而在这一过程中，需要人工将试样在相应的时间点取出，用湿毛巾擦拭试样的表面水分，称取试样质量并记录数据。此试验不足之处在于试验过程需要试验人员一直操作直至试验结束，在饱水实验过程中，浸水时间不得低于48h，这就需要实验人员48h保持工作状态，耗时耗力，本发明提供了一种自动测量和记录浸水试验中的岩样含水率的装置。
发明内容
为了取代人工测量记录浸水试验过程中的岩样质量和计算其含水率，本发明提供了一种自动测量和记录浸水试验中的岩样含水率的装置。本发明采用自动加水，自动升降，自动测量试样质量和计算含水率，克服了现如今岩石浸水试验中含水率测试仪在不破坏试样的前提下可自定义设置测量方法自动连续测量岩样的质量和计算出相应的含水率。
本发明采取的技术方案是：用于研究岩石在浸水试验中自动测量并记录其含水率的装置，包括注-抽水装置、浸水装置、擦拭装置、升降系统和测量记录系统。注-抽水装置通过自身的水管连接至浸水装置；升降装置和擦拭装置独立安装在装置顶端的测量系统上，并且能够随测量记录系统沿同一方向转动。
进一步地，注-抽水装置包括水管、储水器和水泵，水泵连接储水器，水泵通过水管对浸水装置进行注水和抽水；
进一步地，浸水装置包括浸水槽、透水板，与注-抽水系统一起完成不同浸水高度和不同浸水时间的过程，注-抽水系统通过自身水管与浸水装置连接，透水板置于浸水槽的下方，透水板上的诸多小孔，保证了注水的时候水流可以均匀的注入；
进一步地，升降装置是由一块圆形透水石和两根升降杆组成，其中升降杆下端连接圆形透水石，上端连接装置顶部的测量系统，在试样达到预先设定的浸水时间时将试样自动从水中取出，升至擦拭装置中进行擦拭；
进一步地，擦拭装置的主体结构为两个半圆形的擦拭板组成的一个圆柱体擦拭槽，圆柱体擦拭槽的上下两个面有两个圆形盖，能够自动关闭或打开；圆柱体擦拭槽的内壁安装有柔性吸水材料，在不破坏试样表面的情况下，擦拭试样表面水分。当试样由升降装置升至擦拭装置内后，圆形盖开始关闭，升降装置、擦拭装置和上部测量系统一起旋转90度，旋转90度是为了不让试样滑出，升降装置将透水石升出，此时圆形盖开始关闭，将试样表面水分擦拭完毕。与现有技术相比，在擦拭的过程中解决试样各个面的水分自动擦拭，符合规范，且不破坏试样表面。
进一步地，测量记录系统为智能天平，该智能天平能够对试样进行称量、记录、提前设定；智能天平的转动装置由一个转轴连接在设备在主框架上，可旋转90度，升降装置由两根圆形细钢条和智能天平连接成一个整体，可随测量记录系统的转动装置随同一个转轴转动。当由升降装置将试样升至擦拭装置内后，圆形盖开始关闭，升降装置、擦拭装置和上部测量系统一起旋转90度，升降装置将透水石升出，圆形盖开始关闭，将试样表面水分擦拭完毕。擦拭完毕后，圆形盖打开；升降装置将底部透水石移动至擦拭装置圆形盖位置，贴住试样的下表面，此时转动装置再次运行，将测记录装置、擦拭装置、升降装置一起逆向转动90度，此时上表面圆形盖打开，升降装置托住试样下降至试样离开擦拭装置，并称取和记录质量。与现有技术比较，本发明可以自定的定义试验过程，完成不同浸水时间和测量的要求，在试验的过程中可以按试验规范要求完成不同高度的浸水要求，且在擦拭试验表面水分的同时，擦拭装置的内壁柔性吸水材料保护了试样的表面，不会对试样产生破坏，保证实验数据的精确性，可靠性。且圆柱形擦拭装置(图8)和升降装置(图5)底部的圆形透水石，可以换成方形，完成其他形体试样的浸水试验，适应多种形状的岩样或其他试样的浸水试验。
附图说明
图1为装置静置时的正视图。
图2为装置静置时的右视图。
图3为装置工作时的正视图。
图4为装置工作时的右视图。
图5为擦拭装置局部详图。
图6为浸水装置正视图。
图7为浸水装置俯视图。
图8为擦拭装置正视图。
图9为浸水装置俯视图。
图10：干燥后的试样。
图11：自然浸水48h含水率增加曲线。
图中：1抽-注水装置；2水管；3浸水装置；4升降装置；5擦拭圆圆筒；6测量记录系统；7擦拭圆形盖；8擦拭圆形盖。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
将需要浸水试验的试样称重后放入图5带透水石的升降系统上，设定好称重测量的间隔时间和加水梯度变化时间，此时注水系统开始注入，待注入设定好的水位线后，停止注水，在试样浸水时间达到设定值时，升降系统将试样上升送入至图8圆筒形擦拭装置中，抽-注水装置开始抽水，并准备再次注水，此设置是为了减少岩样吸收水分和擦拭水分带来浸水装置内的水量的误差，此时为了将上下两个端面的水分擦拭，擦拭装置、升降装置和测量记录装置一同旋转90度，擦拭圆形盖7关闭，升降装置退回，圆形盖8关闭，此时岩样所有表面皆擦拭完毕，圆形盖8打开，升降装置升入至圆形盖8关闭时位置，托住试样，擦拭装置、升降装置和测量记录装置一同旋转回初始位置，圆形盖7打开，升降装置开始下降至初始位置，测量记录装置开始称取此时试样质量并进行记录，抽-注水装置开始再次注水，完成上述循环直至试验结束。
测量记录系统的具体测量方式是通过首先对智能天平的称量时间点进行设定，例如在试验过程中，需要每隔1h或者每隔2h对试样的质量进行测量，因此可先对测量系统中的智能天平进行试验测量时间点的设定。在试验过程中为满足试样浸水高度的需求，可将水箱的加水梯度变化提前设定好，例如直径50mm，高度100mm的标准岩样浸水试验，首先进行标准岩样的25％高度浸水试验，岩样的50％高度、75％高度、100％高度，浸水试验将试验测量时间点设定完毕后，将试样放入，待将智能天平的称量时间点和加水梯度设定完毕后，将试样放置图5带透水石的升降系统上，开始进行试验。水箱开始注水至提前设定水位，在浸水至设定好的时间点后，升降系统将试样升图8圆筒形擦拭装置中，擦拭装置两个半圆形擦拭槽可将试样的外壁水分擦拭干净，但是上下端面的水分没有进行擦拭，为了试验的严谨和符合规范，设计出了该装置的旋转功能，将擦拭装置、升降装置和测量记录系统随着统一的转轴旋转90度，擦拭圆形盖7关闭可将试样上表面水分吸收擦拭；升降装置退回，此时试样在擦拭装置中水平放置，不会滑落，然后圆形盖8自动关闭，此时岩样完全由擦拭装置包裹，所有表面皆擦拭完毕，保证了试验的严谨和符合规划；擦拭完毕后圆形盖8打开，升降装置升入至圆形盖8关闭时位置，托住试样，擦拭装置、升降装置和测量记录装置一同旋转回初始位置，圆形盖7打开，升降装置开始下降至初始位置，测量记录装置开始称取此时试样质量，并进行记录其质量形成一个“时间-质量”的数据点。
在原始试验过程中，该试验通常需要持续48h，并在48h时间内的不同时间段进行人工测量，需要人工将试样在水中取出、擦拭、称量、记录、增加水位，反复如此直至48h试验结束。在试验过程中往往耗费较大人力，并且常常通宵进行试验，遇身心疲劳情况下容易错过测量时间点有违试验的严谨，故设计此只能装置，在符合试验规划和科学试验的严谨的前提下代替人工测量，规避了人工测量过程的繁琐和长时间的试验对试验人员体力的消耗。该装置通过提前的程序自定义设定，满足了不同试验要求，只需提前记录好相关试样的参数，放置装置内即可，待试验结束后，导出相关“时间-质量”数据点，即可进行数据处理。
例如：
选取三个直径50mm，高100mm石膏岩试块3个，220℃高温干燥24h后，自然浸水48h，浸水过程含水率计算方法如下：
Figure BDA0002447315550000071
ω—含水率；
m—不同浸水时间试样的质量；
ms—试样干燥后的质量。

Claims (2)

1.一种岩样浸水试验中自动测试记录其含水率的装置，其特征在于：包括主框架、注-抽水装置、浸水装置、擦拭装置、升降装置和测量记录系统；注-抽水装置通过自身的水管连接至浸水装置；升降装置和擦拭装置独立安装在主框架顶端的测量记录系统上，并且能够随测量记录系统沿同一方向转动；
注-抽水装置包括水管、储水器和水泵，水泵连接储水器，水泵通过水管对浸水装置进行注水和抽水；
浸水装置包括浸水槽、透水板，与注-抽水装置一起完成不同浸水高度和不同浸水时间的过程，注-抽水装置通过水管与浸水装置连接，透水板置于浸水槽的下方，透水板上的诸多小孔，保证了注水的时候水流均匀的注入；
升降装置是由一块圆形透水石和两根升降杆组成，其中升降杆下端连接圆形透水石，上端连接主框架顶部的测量记录系统，在试样达到预先设定的浸水时间时将试样自动从水中取出，升至擦拭装置中进行擦拭；
擦拭装置的主体结构为两个半圆形的擦拭板组成的一个圆柱体擦拭槽，圆柱体擦拭槽的上下两个面有两个圆形盖，能够自动关闭或打开；圆柱体擦拭槽的内壁安装有柔性吸水材料，在不破坏试样表面的情况下，擦拭试样表面水分；
测量记录系统为智能天平，该智能天平能够对试样进行称量、记录、提前设定；智能天平的转动装置由一个转轴连接在主框架上，可旋转90度，升降装置由两根圆形细钢条和智能天平连接成一个整体，可随测量记录系统的转动装置随同一个转轴转动；
当升降装置将试样升至擦拭装置的圆柱体擦拭槽内后，上圆形盖关闭，升降装置、擦拭装置和上部测量记录系统一起旋转90度，升降装置将透水石升出，下圆形盖关闭；
试样表面水分擦拭完毕后，下圆形盖打开，升降装置将透水石移动至试样的下表面，贴住试样下表面，与测量记录系统、擦拭装置、升降装置一起逆向转动90度回到初始位置，此时上圆形盖打开，升降装置托住试样开始下降，直至试样完全离开圆柱体擦拭槽，智能天平对试样进行称重并记录数据。
2.根据权利要求1所述的一种岩样浸水试验中自动测试记录其含水率的装置，其特征在于：浸水过程含水率计算方法如下：
Figure 337318DEST_PATH_IMAGE001
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