CN111964989A - 一种易崩解岩块饱和装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种易崩解岩块饱和装置及其使用方法，包括底板、套筒、至少两个分隔板；所述底板上设置有孔，所述孔的形状和待测试的易崩解岩块底部形状相匹配；所述套筒设置于所述底板上，所述套筒用于套住位于底板上方的岩块；所述套筒和所述底板是可拆卸连接；所述套筒顶端向下设置有至少两个卡槽；所述卡槽的数量等于所述分隔板的数量；所述分隔板与所述卡槽相适配，当所述分隔板插接于所述卡槽中时，所述分隔板和易崩解岩块抵接，所述易崩解岩块被夹持固定。利用该装置对易崩解岩块进行侧线约束后再进行饱和处理，可使得岩块达到饱和状态且具有良好的完整性，操作简单，易于进一步获取易崩解岩块饱和状态下的相关物理性质参数。

Description

一种易崩解岩块饱和装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及岩石试验技术领域，尤其涉及了一种易崩解岩块饱和装置及其使用方法。

背景技术

岩石的物理力学性质参数，是工程设计的重要依据，一般通过室内试验获得。对于易崩解岩块，遇水后短时间内就会崩解，往往无法通过水钻法钻取标准岩芯试样或将易崩解岩块进行饱和处理。现有技术中，若采用干钻的方法获取标准试样，摩擦导致试件温度上升，易引起岩石裂隙进一步增加；采用煤油或者液氮作为冷却剂，一是污染环境，成本高，二则同样难以控制，裂隙增加不可避免。因而，对于易崩解岩石，很多实验无法通过标准试样开展，只能通过非规则岩块测试相关物理力学性质参数。但是，对于易崩解岩石，非规则岩块的饱和同样也难以实现，导致饱和密度、饱和状态下的点荷载强度等参数无法测定。

一种操作简单，能实现易崩解岩块饱和的装置及使用方法亟待提出，以便开展饱和状态下易崩解岩块的相关试验。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有技术存在的易崩解岩块难以达到饱和状态，进而无法获取易崩解岩块饱和状态下的相关物理性质参数的技术问题，提供了一种易崩解岩块饱和装置及其使用方法，利用该装置可使得易崩解岩块达到饱和状态，操作简单，易于进一步获取易崩解岩块饱和状态下的相关物理性质参数。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种易崩解岩块饱和装置，包括底板、套筒、至少两个分隔板；

所述底板上设置有孔，所述孔的形状和待测试的易崩解岩块底部形状相匹配；

所述套筒设置于所述底板上，所述套筒用于套住位于所述底板上方的所述易崩解岩块；

所述套筒和所述底板可拆卸连接；所述套筒顶端向下设置有至少两个卡槽；

所述卡槽的数量等于所述分隔板的数量；

所述分隔板与所述卡槽相适配，当所述分隔板插接于所述卡槽中时，所述分隔板和易崩解岩块抵接，所述易崩解岩块被夹持固定。

本发明提供了一种易崩解岩块饱和装置，该饱和装置将包裹着不透水塑料膜的易崩解岩块固定于套筒内，并灌注胶凝材料浆体于套筒内，套筒的顶部和底部均露出合适尺寸的易崩解岩块，从而对易崩解达到一定强度侧线约束，进而进水使其饱和，同时，套筒顶端向下设置有至少两个卡槽，卡槽上插接有与卡槽相适配的分隔板，分隔板的设置既可以夹持岩块，同时也便于岩块饱和后将装置进行拆卸，利用该装置对易崩解岩块进行侧线约束后再进行饱和处理，可使得岩块达到饱和状态且具有良好的完整性，操作简单，易于进一步获取易崩解岩块饱和状态下的相关物理性质参数。

所述胶凝材料浆体是水泥或在水泥中加入粉煤灰、硅灰等其他材料形成的浆体。

进一步的，至少两个所述卡槽的位置将套筒周长等分；这样设计可以增大分隔板对易崩解岩块的支撑度，增大装置整体的稳定性。

进一步，所述分隔板设置有凹槽，所述分隔板的凹槽和所述套筒上的卡槽适配。

进一步的，所述易崩解岩块饱和装置包括至少三个分隔板。

进一步的，易崩解岩块至于底板中时，所述套筒的高度小于或等于所述易崩解岩块的高度。

进一步的，所述底板下方设置有支架，用于支持所述易崩解岩块饱和装置。

进一步的，所述分隔板和易崩解岩块抵接端的形貌与待测试易崩解岩块的外表面形貌相匹配。

本发明还提供了一种利用上述装置进行饱和的方法，包括以下步骤：

步骤1、用不透水薄膜包裹于所述易崩解岩块外表面；

然后，将易崩解岩块在底板上，保证易崩解岩块底部从底板的孔中露出；

步骤2、用套筒套住底板上部的易崩解岩块，并将套筒和底板连接；

步骤3、安装分隔板；

步骤4、将胶凝材料浆体填满套筒，待胶凝材料浆体硬化；

步骤5、剪去易崩解岩块从底板底部孔中露出部分的不透水薄膜；将易崩解岩块连同饱和装置放入水中浸泡至少48h；

步骤6、使用真空抽气饱和法将步骤5得到的易崩解岩块在真空状态下达到无气泡排出状态，拆除饱和装置及不透水薄膜，得到易崩解岩块的饱和试样。

本发明还提供了一种上述易崩解岩块饱和装置的使用方法，本方法实施简单，可适应不同大小、任意形状岩块，通过对易崩解岩块进行饱和，进而开展易崩解岩块饱和状态下的室内试验。

进一步的，所述易崩解岩块饱和装置顶部外露岩块与胶凝材料浆体的接触线围合所形成的面积≤套筒横截面积的40％。优选地，所述易崩解岩块饱和装置顶部外露岩块与胶凝材料浆体的接触线围合所形成的面积占套筒横截面积的15％～40％。。

进一步的，所述易崩解岩块饱和装置底部外露岩块与胶凝材料浆体的接触线围合所形成的面积≤套筒横截面积的40％。优选地，所述易崩解岩块饱和装置底部外露岩块与胶凝材料浆体的接触线围合所形成的面积占套筒横截面积的15％～40％。。

发明人经过大量的实验研究发现，外露面积是影响最终易崩解岩块饱和成功与否的重要影响因素，若外露面积过小，水分渗入不理想，影响饱和效果，外露面积过大，露出面中部约束不足，会发生崩解脱落。

进一步的，步骤5中将易崩解岩块连同饱和装置放入水中浸泡48h～72h；

进一步的，步骤6中使用真空抽气饱和法将步骤5得到的易崩解岩块在真空状态下达到2个小时内无气泡产生状态。

进一步的，步骤6中所述真空状态是指真空压力为100kPa～120kPa时的真空状态。

进一步的，真空抽气饱和法饱和易崩解岩块的方法是：

S1、将步骤5得到的岩块连同饱和装置置于真空干燥器内，注入水直至水面高出岩块顶部20mm以上；

S2、开动抽气机抽气，直至真空压力达到100kPa～120kPa，保持此真空状态直至岩块无气泡排出。

进一步的，所述易崩解岩块最短轴长大于或等于60mm。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、本发明提供了一种易崩解岩块饱和装置，该饱和装置将包裹着不透水塑料膜的易崩解岩块固定于套筒内，并灌注胶凝材料浆体于套筒内，套筒的顶部和底部均露出合适尺寸的易崩解岩块，从而对易崩解达到一定强度侧限约束，进而进水使其饱和，同时，套筒顶端向下设置有至少两个卡槽，卡槽上插接有与卡槽相适配的分隔板，分隔板的设置既可以夹持岩块，同时也便于岩块饱和后将装置进行拆卸，利用该装置对易崩解岩块进行侧线约束后再进行饱和处理，可使得岩块达到饱和状态且具有良好的完整性，操作简单，易于进一步获取易崩解岩块饱和状态下的相关物理性质参数。

2、本发明提供了一种易崩解岩块的饱和方法，本方法实施简单，可适应不同大小、任意形状岩块，通过对易崩解岩块进行饱和，进而开展易崩解岩块饱和状态下的室内试验。

附图说明

图1是本发明实施例1易崩解岩块饱和装置示意图。

图2是本发明分隔板修剪轮廓示意图

图3是本发明分隔板与套筒卡位安装示意图。

图4是本发明易崩解岩块与底板关系示意图。

图标：1-易崩解岩块；2-胶凝材料浆体；3-分隔板；4-套筒；5-底板；6-支架；7-孔。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作详细的说明。

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用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

选取一块不规则的易崩解岩块利用实施例1装置进行饱和实验

步骤一、根据室内点荷载强度试验对于试样尺寸要求，获取最短轴长度为60mm的浑圆状易崩解岩块1，用不透水塑料膜包裹易崩解岩块1，不透水塑料膜紧贴易崩解岩块1，防止形成空隙；

步骤二、如图1制作饱和装置，根据易崩解岩块1尺寸制作底板5，其中底板5设置有孔7，孔7的形状易崩解岩块1底部相同，保证岩块1底部露出10mm，如图4所示，将易崩解岩块1与底板5整体放在四脚的支架6上；

步骤三、制作高度50mm，直径110mm的套筒4，在三等分套筒4截面位置处有宽为1mm的开口，开口深度距离底部3mm，将套筒4底部粘接底板5上，底板5封住套筒4底部，作为底部托板，防止水泥流走；

步骤四、制作分隔板3，分隔板3为1mm厚PVC塑料板，高度等于套筒4，分隔板3上下两边平行，图2所示为分隔板3与易崩解岩块1的相对形状示意图，分隔板3根据正对易崩解岩块1的外形轮廓进行剪切，与易崩解岩块1贴合，图3为分隔板3与套筒4连接处的相对位置示意图，分隔板3在相对于套筒4缺口位置剪切宽1mm，深3mm的小开口，两者咬合连接；

步骤五、轻轻振捣浇灌调制好的胶凝材料浆体2即水泥2至套筒4内，填满所有空隙；

步骤六、待水泥有一定强度形成水泥侧限后，去掉底板5，剪掉易崩解岩块1在上下两端露出部分不透水塑料膜，将其放入水中浸泡48小时，将岩块连同饱和装置置于真空干燥器内，注入水直至水面高出岩块顶部25mm；开动抽气机抽气，直至真空压力达到100kPa，保持此真空状态4小时直至岩块2小时内无气泡排出。

步骤七、切除套筒4开口下部，抽出分隔板轻轻分离套筒4、水泥块和不透水塑料膜，得到饱和试样。

本发明提供的装置与方法，能够对易崩解岩块进行侧限浸水，进而使其饱和，通过对饱和岩样进行试验，可对其进行力学评价，对工程设计与施工提供参考。

实施例2

选取一块不规则的易崩解岩块利用实施例1装置进行饱和实验

步骤一、根据室内点荷载强度试验对于试样尺寸要求，获取最短轴长度为70mm的浑圆状易崩解岩块1，用不透水塑料膜包裹易崩解岩块1，不透水塑料膜紧贴易崩解岩块1，防止形成空隙；

步骤二、如图1制作饱和装置，根据易崩解岩块1尺寸制作底板5，其中底板5设置有孔7，孔7的形状易崩解岩块1底部相同，保证易崩解岩块1底部露出12mm，如图4所示，将易崩解岩块1与底板5整体放在四脚支架6上；

步骤三、制作高度50mm，直径120mm的套筒4，在三等分套筒4截面位置处有宽为2mm的开口，开口深度距离底部3mm，将套筒4底部粘接底板5上，底板5封住套筒4底部，作为底部托板，防止水泥流走；

步骤四、制作分隔板3，分隔板3为2mm厚PVC塑料板，高度等于套筒4，分隔板3上下两边平行，图2所示为分隔板3与易崩解岩块1的相对形状示意图，分隔板3根据正对易崩解岩块1的外形轮廓进行剪切，与易崩解岩块1贴合，图3为分隔板3与套筒4连接处的相对位置示意图，分隔板3在相对于套筒4缺口位置剪切宽2mm，深3mm的小开口，两者咬合连接；

步骤五、轻轻振捣浇灌调制好的胶凝材料浆体2即水泥至套筒4内，填满所有空隙；

步骤六、待水泥有一定强度形成水泥侧限后，去掉底板5，剪掉易崩解岩块1在上下两端露出部分不透水塑料膜，将其放入水中浸泡48小时，将岩块连同饱和装置置于真空干燥器内，注入水直至水面高出岩块顶部30mm；开动抽气机抽气，直至真空压力达到110kPa，保持此真空状态4小时直至岩块2小时内无气泡排出。

步骤七、切除套筒4开口下部，抽出分隔板轻轻分离套筒4、水泥块和不透水塑料膜，得到饱和试样。

本发明提供的装置与方法，能够对易崩解岩块进行侧限浸水，进而使其饱和，通过对饱和岩样进行试验，可对其进行力学评价，对工程设计与施工提供参考。

实施例3

选取一块不规则的易崩解岩块利用实施例1装置进行饱和实验

步骤一、根据室内点荷载强度试验对于试样尺寸要求，获取最短轴长度为85mm的浑圆状易崩解岩块1，用不透水塑料膜包裹易崩解岩块1，不透水塑料膜紧贴易崩解岩块1，防止形成空隙；

步骤二、制作饱和装置，根据易崩解岩块1尺寸制作底板5，其中底板5设置有孔7，孔7的形状易崩解岩块1底部相同，保证易崩解岩块1底部露出15mm，如图4所示，将易崩解岩块1与底板5整体放在四脚支架6上；

步骤三、制作高度50mm，直径120mm的套筒4，在三等分套筒4截面位置处有宽为3mm的开口，开口深度距离底部4mm，将套筒4底部粘接底板5上，底板5封住套筒4底部，作为底部托板，防止水泥流走；

步骤四、制作分隔板3，分隔板3为3mm厚PVC塑料板，高度等于套筒4，分隔板3上下两边平行，图2所示为分隔板3与易崩解岩块1的相对形状示意图，分隔板3根据正对易崩解岩块1的外形轮廓进行剪切，与易崩解岩块1贴合，图3为分隔板3与套筒4连接处的相对位置示意图，分隔板3在相对于套筒4缺口位置剪切宽3mm，深4mm的开口，两者咬合连接。

步骤五、轻轻振捣浇灌调制好的胶凝材料浆体2即水泥至套筒4内，填满所有空隙；

步骤六、待水泥有一定强度形成水泥侧限后，去掉底板5，剪掉易崩解岩块1在上下两端露出部分不透水塑料膜，将其放入水中浸泡48小时，将岩块连同饱和装置置于真空干燥器内，注入水直至水面高出岩块顶部25mm；开动抽气机抽气，直至真空压力达到120kPa，保持此真空状态4小时直至岩块2小时内无气泡排出。

步骤七、切除套筒4开口下部，抽出分隔板轻轻分离套筒4、水泥块和不透水塑料膜，得到饱和试样。

本发明提供的装置与方法，能够对易崩解岩块进行侧限浸水，进而使其饱和，通过对饱和岩样进行试验，可对其进行力学评价，对工程设计与施工提供参考。

实施例4-11

实施例4-11对与实施例1同一批次的易崩解岩块进行饱和实验，实验过程及实验装置与实施例1完全相同，不同之处在于，实施例4-11顶部及底部与水泥的接触线围合所形成的的面积占套筒横截面积的百分比不同，并记录了易崩解岩块的饱和效果。实验过程中，先将岩块固定在饱和装置中，然后置于清水中浸泡48h，然后进行抽真空饱和处理直至达到饱和，达到饱和状态的判断标准是连续两个小时内没有气泡排出。

表1 实施例4-11顶部及底部露出岩块的表面积百分比及岩块的饱和效果

从表1的结果中可以看出，外露面积是影响最终易崩解岩块饱和成功与否的重要影响因素，易崩解岩块饱和装置顶部或底部外露岩块与水泥的接触线围合所形成的面积≤套筒横截面积的40％，若外露面积过大，露出面中部约束减弱，会发生崩解脱落，外露面积过小，会降低水分入渗的效率，水分渗入不理想，影响饱和效果，优选地，所述易崩解岩块饱和装置顶部或底部外露岩块与水泥的接触线围合所形成的面积占套筒横截面积的15％～40％。

本申请所引用的各专利、专利申请和出版文的说明全部纳入本申请参考。引用的任何参考文献不应认为是允许这些参考文献可以用来作为本申请的“现有技术”。

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 (10)

1.一种易崩解岩块饱和装置，其特征在于，包括底板(5)、套筒(4)、至少两个分隔板(3)；

所述底板(5)上设置有孔(7)，所述孔(7)的形状和待测试的易崩解岩块(1)底部形状相匹配；

所述套筒(4)设置于所述底板(5)上，所述套筒(4)用于套住位于所述底板(5)上方的所述易崩解岩块(1)；

所述套筒(4)和所述底板(5)可拆卸连接；所述套筒(4)顶端向下设置有至少两个卡槽；

所述卡槽的数量等于所述分隔板(3)的数量；

所述分隔板(3)与所述卡槽相适配，当所述分隔板(3)插接于所述卡槽中时，所述分隔板(3)和易崩解岩块(1)抵接，所述易崩解岩块被夹持固定。

2.根据权利要求1所述的易崩解岩块饱和装置，其特征在于，至少两个所述卡槽的位置将套筒(4)周长等分。

3.根据权利要求1所述的易崩解岩块饱和装置，其特征在于，所述分隔板(3)设置有凹槽，所述分隔板(3)的凹槽和所述套筒(4)上的卡槽适配。

4.根据权利要求1所述的易崩解岩块饱和装置，其特征在于，所述底板(5)下方设置有支架(6)，用于支持所述易崩解岩块(1)的饱和装置。

5.根据权利要求1所述的易崩解岩块饱和装置，其特征在于，所述分隔板(3)和易崩解岩块(1)抵接端的形貌与待测试易崩解岩块的外表面形貌相匹配。

6.一种如权利要求1-5任意一项所述的易崩解岩块饱和装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤:

步骤1、用不透水薄膜包裹于所述易崩解岩块(1)外表面；

然后，将易崩解岩块(1)在底板(5)上，保证易崩解岩块(1)底部从底板(5)的孔(7)中露出；

步骤2、用套筒(4)套住底板(5)上部的易崩解岩块(1)，并将套筒(4)和底板(5)连接；

步骤3、安装分隔板(3)；

步骤4、将胶凝材料浆体(2)填满套筒(4)，待胶凝材料浆体(2)硬化；

步骤5、剪去易崩解岩块(1)从底板(5)底部孔(7)中露出部分的不透水薄膜；

将易崩解岩块(1)连同饱和装置放入水中浸泡至少48h；

步骤6、使用真空抽气饱和法将步骤5得到的易崩解岩块(1)在真空状态下达到无气泡排出状态，拆除饱和装置及不透水薄膜，得到易崩解岩块(1)的饱和试样。

7.根据权利要求6所述的易崩解岩块饱和装置的使用方法，其特征在于，所述易崩解岩块(1)的饱和装置顶部外露岩块(1)与胶凝材料浆体(2)的接触线围合所形成的面积≤套筒(4)横截面积的40％。

8.根据权利要求7所述的易崩解岩块饱和装置的使用方法，其特征在于，所述易崩解岩块(1)的饱和装置顶部外露岩块(1)与胶凝材料浆体(2)的接触线围合所形成的的面积是套筒(4)横截面积的15％～40％。

9.根据权利要求6所述的易崩解岩块饱和装置的使用方法，其特征在于，所述易崩解岩块(1)的饱和装置底部外露岩块(1)与胶凝材料浆体(2)的接触线围合所形成的面积≤套筒(4)横截面积的40％。

10.根据权利要求9所述的易崩解岩块饱和装置的使用方法，其特征在于，所述易崩解岩块(1)的饱和装置底部外露岩块(1)与胶凝材料浆体(2)的接触线围合所形成的面积≤套筒(4)横截面积的15％～40％。

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