CN113899683A - 模拟干热河谷岸坡岩体热湿循环的试验装置及其试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种模拟干热河谷岸坡岩体热湿循环的试验装置及其试验方法，该试验装置包括水箱和电烘箱，电烘箱内顶部设有盛水容器，盛水容器底部设有与岩样配合的试验口，试验口和岩样之间通过密封机构密封，水箱通过供水管和水泵对盛水容器进行供水，盛水容器通过回水管与水箱连接，回水管上设有排水阀门，电烘箱内设有用于放置岩样的放置座。该装置能够为研究岸坡岩体在干湿/热湿循环作用中在空间上由表及里的劣化规律提供试验设备搭建，对定性、定量分析不同深度下岩体的劣化程度进行设备辅助。
Description
技术领域
本发明涉及热湿循环作用的试验装置，特别涉及一种模拟干热河谷岸坡岩体热湿循环的试验装置及其试验方法。
背景技术
水电工程建成蓄水以后，库水位常年在防洪限制水位和正常蓄水位之间周期性升降，致使库区岸坡形成一定高度的库水消落带。当库水位上升时，水分在短时间内从岩体表层浸入，岩体表层一定深度范围由外向内逐渐从干热转为浸湿状态；当库水位下降时，水分很快在干热的环境下被蒸发，表层岩体迅速恢复干热状态。整个过程中，表层岩体在短时间内被水浸润迅速降温后又迅速升温至干燥，尤其是在光热资源丰富的干热河谷内，这种“干湿循环”作用由于温度高、湿度低而发生的更加迅速，其与“干湿循环”最大的区别在于温度和水叠加作用对岩体的影响，频繁地经历这种“热湿循环”作用的侵蚀，会加剧干热河谷岸坡消落带岩体的劣化，导致岸坡局部稳定性受到威胁，从而引发局部地质灾害。其中以泥岩、泥质砂岩为代表的软岩质岸坡最易受到类似侵蚀。
实际工程中，干热状态下的消落带岩体在遇到库水上升时，短时间内水分主要是由岩体表层不断向内入渗；而现阶段的干湿/热湿循环试验岩样为标准圆柱形，其入渗方式为周向入渗，因此岩样的吸水方式不能更好的反映实际工况。另外，水分入渗的过程中，由于岩石是热的不良导体，表层一定深度未被浸湿的岩体在一定时间内仍为干热状态，库水的入渗造成岩体内部冷热交换区域不断向内迁移，因此现有的干湿/热湿循环试验方法由于岩样尺寸以及吸水方式，也不能很好的反映这种现象。
目前关于岩体干湿循环作用的研究较为成熟，而关于热湿循环作用的研究尚处于初步阶段，其试验方法参考干湿循环试验、研究对象不够典型、缺少物理特性变化变化与宏观力学特性相结合的力学衔接关系等，且很少以干热河谷特有的干热环境进行试验模拟。
综上所述，合理的选择干湿/热湿循环作用试验方法是探究岸坡岩体劣化效应及机理的基础，传统的试验方法在小尺度上可以很好反映岩石劣化规律，但为更好的反映岸坡岩体在空间上由表及里的劣化规律，在试验方法上还需进一步针对性改进。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种模拟干热河谷岸坡岩体热湿循环的试验装置及其试验方法，能够为研究岸坡岩体在干湿/热湿循环作用中在空间上由表及里的劣化规律提供试验设备搭建，对定性、定量分析不同深度下岩体的劣化程度进行设备辅助。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种模拟干热河谷岸坡岩体热湿循环的试验装置，包括水箱和电烘箱，电烘箱内顶部设有盛水容器，盛水容器底部设有与岩样配合的试验口，试验口和岩样之间通过密封机构密封，水箱通过供水管和水泵对盛水容器进行供水，盛水容器通过回水管与水箱连接，回水管上设有排水阀门，电烘箱内设有用于放置岩样的放置座。
优选的方案中，所述密封机构包括密封胶条，密封胶条设置在试验口和岩样之间。
优选的方案中，所述岩样和实验口之间包覆止水发泡胶。
优选的方案中，所述供水管上设有供水阀门。
优选的方案中，所述电烘箱内底部设有底座滑轨，放置座底部设有若干组与底座滑轨配合的行走轮。
优选的方案中，包括与底座滑轨对正的移动架，移动架包括上侧滑轨，上侧滑轨通过连接架连接，上侧滑轨底部设有移动轮，上侧滑轨端部与底座滑轨对接。
优选的方案中，所述底座滑轨和上侧滑轨截面均为三角形结构。
优选的方案中，，所述岩样外侧设有与岩样配合的限位盒。
本发明还提供一种模拟干热河谷岸坡岩体热湿循环的试验装置的试验方法，包括如下步骤：
步骤一：将岩样装入电烘箱内的放置座上侧，岩样上端与试验口对齐，通过密封机构进行密封防水处理；
步骤二、开启电烘箱，对岩样进行烘干处理，模拟干热河谷岸坡岩体的干热状态；
步骤三、打开水泵和供水阀门，对盛水容器进行供水，盛水容器的水位达到试验高度后，打开排水阀门，使水循环流动，盛水容器中的水与岩样的上表面接触，模拟库水从岩体表层浸入，试验过程中，保持电烘箱处于烘干工作状态；
步骤四、当岩样浸润设定时间后，关闭水泵和供水阀门，将盛水容器中的水排空，继续进行烘干操作，重复步骤三和四，直至完成试验操作。
本发明提供的一种模拟干热河谷岸坡岩体热湿循环的试验装置及其试验方法，岩样上表面与水接触，模拟水分从岩体表层浸入的过程，并根据最终浸润线的位置，将岩样分为热湿循环作用区和未被水浸润的稳态区，同时对热湿循环作用区的岩样分层进行纵波波速测试，并依据测试结果，对该区域的试样进行分层测试纵波波速和宏观力学参数。针对热湿循环作用以及水分浸入岩体方式的特点，对传统的干湿/热湿循环作用试验方法进行了针对性改进，能够较好地实现岩体在空间上由表及里的劣化过程，深度剖析岸坡岩体由表及里、分区、分层的渐进劣化过程。
附图说明
下面结合附图和实施实例对本发明作进一步说明：
图1为本发明的立体结构示意图；
图2为本发明的结构示意图；
图3为密封机构的结构示意图；
图4为实际工程与试验条件对比图；
图中：水箱1，电烘箱2，盛水容器3，岩样4，供水管5，水泵6，回水管7，排水阀门8，放置座9，密封胶条10，止水发泡胶11，供水阀门12，底座滑轨13，行走轮14，限位盒15，移动架16，试验口301，上侧滑轨1601，连接架1602，移动轮1603。
具体实施方式
如图1~3所示，一种模拟干热河谷岸坡岩体热湿循环的试验装置，包括水箱1和电烘箱2，水箱1上有水箱开关，在使用时可通过水箱开关对水箱1加水。电烘箱2通过温控装置保证可以保证烘干时温度恒定不变，以此满足干热河谷岩石所处的热环境。电烘箱2内顶部设有盛水容器3，盛水容器3底部设有与岩样4配合的试验口301，试验口301和岩样4之间通过密封机构密封，在本实施例中，如图3所示，所述密封机构包括密封胶条10，密封胶条10设置在试验口301和岩样4之间，密封胶条10选用遇水膨胀止水条，遇水膨胀提高对试验口301和岩样4之间的密封性。水箱1通过供水管5和水泵6对盛水容器3进行供水，盛水容器3通过回水管7与水箱1连接，回水管7上设有排水阀门8，电烘箱2内设有用于放置岩样4的放置座9。
优选的，所述岩样4和实验口301之间包覆止水发泡胶11。止水发泡胶11包覆在密封胶条10外侧，通过涂覆止水发泡胶11，提高密封性，防止试验水渗出。
优选的，所述供水管5上设有供水阀门12。通过调节供水阀门12，方便与水泵6以及排水阀门8配合，使盛水容器3内水位保持一定高度，模拟库水从岩体表层浸入，并观察试验过程中试样浸润变化。试验过程中，保持设备处于烘干工作状态，模拟未被水浸润部分岩石的干热状态，且全过程保持盛水容器3中水的循环流动，使水温处于较低水平，模拟干热河谷低水温。
优选的，所述电烘箱2内底部设有底座滑轨13，放置座9底部设有若干组与底座滑轨13配合的行走轮14。
通过在电烘箱2内设置底座滑轨13，方便将放置座9推入电烘箱2内。
进一步的，还包括与底座滑轨13对正的移动架16，移动架16包括上侧滑轨1601，上侧滑轨1601通过连接架1602连接，上侧滑轨1601底部设有移动轮1603，上侧滑轨1601端部与底座滑轨13对接。
具体的，底座滑轨13和上侧滑轨1601截面均为三角形结构。
由于岩样4的重量较重，将岩样4放置在放置座9上后，放置座9底部的行走轮14与移动架16的上侧滑轨1601配合，通过移动架16将放置座9移动至电烘箱2前侧，打开电烘箱2的前门，将上侧滑轨1601端部与底座滑轨13对齐，推动放置座9移动至底座滑轨13上，移动至电烘箱2中，保证岩样4的放置方位，方便转移以及与试验口301的对齐。
放置座9前侧可以设置把手，方便对放置座9的推动或拉动。
所述岩样4外侧设有与岩样4配合的限位盒15，限位盒15设置在放置座9中，通过限位盒15对岩样4的限位，保证岩样4与放置座9的相对方位，方便岩样4与试验口301的对齐。
一种模拟干热河谷岸坡岩体热湿循环的试验装置的试验方法，包括如下步骤：
步骤一：将岩样4装入电烘箱2内的放置座9上侧，岩样4上端与试验口301对齐，通过密封机构进行密封防水处理；
步骤二、开启电烘箱2，对岩样4进行烘干处理，模拟干热河谷岸坡岩体的干热状态；
步骤三、打开水泵6和供水阀门12，对盛水容器3进行供水，盛水容器3的水位达到试验高度后，打开排水阀门8，使水循环流动，盛水容器3中的水与岩样4的上表面接触，模拟库水从岩体表层浸入，试验过程中，保持电烘箱2处于烘干工作状态；
步骤四、当岩样4浸润设定时间后，关闭水泵6和供水阀门12，将盛水容器3中的水排空，继续进行烘干操作，重复步骤三和四，直至完成试验操作。
实际工程中，应考虑热湿循环作用下岩体由表及里、分区、分层的劣化过程，即水分从岸坡岩体表层浸入内层的过程中，由于渗透作用浸润区逐步向内扩大，浸润区的扩大意味着岩体内部热应力随着深度的增加而衰减，同时岩体的含水率也随深度逐渐减小，因此不同深度的岩体受热湿循环作用的影响程度也不同。因此，在具体试验中，设置岩样4（长200mm×宽200mm×高500mm）上表面与水接触，模拟水分从岩体表层浸入的过程，并根据最终浸润线的位置，将岩样4分为热湿循环作用区和未被水浸润的稳态区，同时对热湿循环作用区的岩样分层进行纵波波速测试，并依据测试结果，对该区域的试样进行分层测试纵波波速和宏观力学参数。稳态区的试样则用作对比试验。
实际工程与试验条件的对比如图4所示。
本试验装置针对热湿循环作用以及水分浸入岩体方式的特点，对传统的干湿/热湿循环作用试验方法进行了针对性改进，能够较好地实现岩体在空间上由表及里的劣化过程，深度剖析岸坡岩体由表及里、分区、分层的渐进劣化过程。
Claims (9)
1.一种模拟干热河谷岸坡岩体热湿循环的试验装置，其特征在于，包括水箱（1）和电烘箱（2），电烘箱（2）内顶部设有盛水容器（3），盛水容器（3）底部设有与岩样（4）配合的试验口（301），试验口（301）和岩样（4）之间通过密封机构密封，水箱（1）通过供水管（5）和水泵（6）对盛水容器（3）进行供水，盛水容器（3）通过回水管（7）与水箱（1）连接，回水管（7）上设有排水阀门（8），电烘箱（2）内设有用于放置岩样（4）的放置座（9）。
2.根据权利要求1所述的一种模拟干热河谷岸坡岩体热湿循环的试验装置，其特征在于，所述密封机构包括密封胶条（10），密封胶条（10）设置在试验口（301）和岩样（4）之间。
3.根据权利要求2所述的一种模拟干热河谷岸坡岩体热湿循环的试验装置，其特征在于，所述岩样（4）和实验口（301）之间包覆止水发泡胶（11）。
4.根据权利要求1所述的一种模拟干热河谷岸坡岩体热湿循环的试验装置，其特征在于，所述供水管（5）上设有供水阀门（12）。
5.根据权利要求1所述的一种模拟干热河谷岸坡岩体热湿循环的试验装置，其特征在于，所述电烘箱（2）内底部设有底座滑轨（13），放置座（9）底部设有若干组与底座滑轨（13）配合的行走轮（14）。
6.根据权利要求5所述的一种模拟干热河谷岸坡岩体热湿循环的试验装置，其特征在于，包括与底座滑轨（13）对正的移动架（16），移动架（16）包括上侧滑轨（1601），上侧滑轨（1601）通过连接架（1602）连接，上侧滑轨（1601）底部设有移动轮（1603），上侧滑轨（1601）端部与底座滑轨（13）对接。
7.根据权利要求6所述的一种模拟干热河谷岸坡岩体热湿循环的试验装置，其特征在于，所述底座滑轨（13）和上侧滑轨（1601）截面均为三角形结构。
8.根据权利要求1所述的一种模拟干热河谷岸坡岩体热湿循环的试验装置，其特征在于，所述岩样（4）外侧设有与岩样（4）配合的限位盒（15）。
9.一种模拟干热河谷岸坡岩体热湿循环的试验装置的试验方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：将岩样（4）装入电烘箱（2）内的放置座（9）上侧，岩样（4）上端与试验口（301）对齐，通过密封机构进行密封防水处理；
步骤二、开启电烘箱（2），对岩样（4）进行烘干处理，模拟干热河谷岸坡岩体的干热状态；
步骤三、打开水泵（6）和供水阀门（12），对盛水容器（3）进行供水，盛水容器（3）的水位达到试验高度后，打开排水阀门（8），使水循环流动，盛水容器（3）中的水与岩样（4）的上表面接触，模拟库水从岩体表层浸入，试验过程中，保持电烘箱（2）处于烘干工作状态；
步骤四、当岩样（4）浸润设定时间后，关闭水泵（6）和供水阀门（12），将盛水容器（3）中的水排空，继续进行烘干操作，重复步骤三和四，直至完成试验操作。
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|---|---|---|---|---|
| CN115290485A (zh) * | 2022-07-06 | 2022-11-04 | 三峡大学 | 一种可适应岸坡坡度的库岸冲刷、侵蚀模拟试验装置及方法 |
| CN115290485B (zh) * | 2022-07-06 | 2024-04-19 | 三峡大学 | 一种可适应岸坡坡度的库岸冲刷、侵蚀模拟试验装置及方法 |
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