CN114674707A - 一种岩样含水率控制装置及实时测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种岩样含水率控制装置及实时测试方法，属于岩样制备技术领域。该系统包括内部盛有水体的箱体，在所述箱体内设有升降板，升降板放置在水面以下，升降板的一侧设有竖直放置、且插入水内的测量管，测量管的高度大于箱体内水面的高度，测量管内顶部设有激光测距仪，测量管内的水面上设有浮片，激光测距仪发出的激光经过浮片能够反射回来得出激光测距与浮片之间的距离，进而得出岩样的含水率。通过该装置可以预制特定含水量的岩样，且实时监测试件含水率随试件变化过程。
Description
技术领域
本发明属于岩样制备技术领域，具体是一种岩样含水率控制装置及实时测试方法。
背景技术
随着我国地下工程建设的飞速发展，我国已经成为世界上隧道建设规模、数量和难度最大的国家。然而，隧道施工过程中经常遭遇溶洞、含水断层等地质构造，极易诱发隧道突水突泥等地质灾害。特别是在地下水作用下，岩体强度弱化，进一步加剧了隧道突水突泥等重大地质灾害的发生。隧道突水突泥灾害具有高突发性、强致灾性，轻则造成设备砸毁，造成经济损失，重则造成施工人员死亡，造成恶劣社会影响。
隧道突水突泥灾害的本质是水-岩相互作用的结果，因此，亟待开展含水岩体破坏机理研究，可以为灾害防控提供理论依据。现阶段，针对含水岩体的预制多采用自然浸泡法，这种方法难以有效控制岩体试件的含水率，无法预制特定含水率的岩体试件，特别是针对岩体含水率的测试只能通过人为取出试件进行称重计算，难以实现时间含水率的实时测试，严重影响时间精度及效率。
发明内容
为了解决现有技术中存在的技术问题，本发明提供了一种岩样含水率控制装置及实时测试方法，通过该装置可以预制特定含水量的岩样，且实时监测试件含水率随试件变化过程。
本发明提供了一种岩样含水率控制装置，该装置包括内部盛有水体的箱体，在所述箱体内设有升降板，升降板放置在水面以下，升降板的一侧设有竖直放置、且插入水内的测量管，测量管的高度大于箱体内水面的高度，测量管内顶部设有激光测距仪，测量管内的水面上设有浮片，激光测距仪发出的激光照射在浮片上能够反射回来得出激光测距仪与浮片之间的距离，进而获得岩样的含水率。
进一步地，测量管与升降板之间设有阻隔件，阻隔板上均匀设有若干个通孔；阻隔板将箱体分成两个区域，测量管设置在第一区域，升降板设置在第二区域，
进一步地，激光测距仪安装在箱体第一区域的顶部，箱体第二区域的顶部为透明玻璃板。
进一步地，箱体上设有进水口和出水口。
进一步地，升降板通过升降机构设置在箱体内部的底面上，所述激光测距仪通过控制系统与升降机构的驱动系统相连接。
进一步地，测量管的底部通过支撑件固定在箱体内部的底面上。
进一步地，测量管的表面上设有通水孔。
进一步地，浮片与测量管的内径相同。
本发明还提供了基于上述任一项所述的一种岩样含水率控制装置的实时测试方法，该方法包括如下过程：
预先制备未含水的岩石试样，记录岩石试样的重量：同时向水箱内注水，保证浮片稳定；
将制备好的岩石试样缓慢放置在箱体内的升降板上，开始采集数据，通过激光测距仪实时监测与浮片的距离，并计算试件吸收水分的质量以此来记录试件的含水率；
当岩石试样达到设定的含水率的实施，控制升降板将岩石试样从水中取出。
本发明的有益效果：
本发明提供的岩样含水率控制装置通过在水箱内放置一个测量管，测量管竖直插在水箱的水内，在测量管的水面上设有浮片，通过该测量管保证浮片的不会随意飘动，测量管顶部的激光测距仪发射的激光通过浮片反射回来测量两者之间的距离，这样可以将待测的岩石试样放置在箱体内的升降板上，通过激光测距仪实时测量与浮片之间的距离能够得出水量的变化进而得出岩石的含水率，当岩样达到预定的含水率的时候，可以再通过升降板将制备好的岩样从水中取出，这样该装置替代人为取出试件进行称重计算的方法，不仅提高了测量的精度和效率，且能够实现时间含水率的实时测试。
附图说明
图1是本发明实施例提供的用于制备含水岩样的装置的整体结构图；
图2是本发明实施例提供的用于制备含水岩样的装置的使用流程图。
其中，1.激光测距仪；2.发射光；3.浮片；4.测量管；5.支撑件；6.阻隔板；7.升降机构；8.出水口；9.水体；10.进水口；11.岩样；12.玻璃挡板；13.拖板。
具体实施方式
参见图1所示，本发明实施例提供了一种基于激光测距的岩样11含水率测试装置，该装置主要包括用于盛水体9的箱体，箱体内放置有用于承托岩样11的托板13，托板13放置在箱体内部的水面以下，在进行测试的时候，可以将岩样11放置在托板13上。
在箱体内托板13的一侧设有竖直放置的测量管4，该测量管4竖直插在箱体的水面以下，测量管4的高度大于箱体内的水面的高度，测量管4的一部分插在水面以下，一部分漏在水面以上，并且测量管4内的水面高度等于箱体内水面的高度。
在箱体内的水面上漂浮着一个浮片3，且测量管4内顶部设有激光测距系统，激光测距系统包括激光测距仪1，激光测距仪1发出激光后照射在浮片3上能够发射回来得出激光测距仪1与浮片3之间的距离，进而得出岩样11的含水率。
所以，本发明实施例提供的制备装置通过在水箱内放置一个测量管4，测量管4竖直插在水箱的水内，在测量管4的水面上设有浮片3，测量管4顶部的激光测距仪1发射的激光通过浮片3反射回来测量两者之间的距离，这样可以将待测的岩石试样放置在箱体内的托板13上，通过激光测距仪1实时测量与浮片3之间的距离能够得出水量的变化进而得出岩石的含水率，当岩样11达到预定的含水率的时候，可以再通过托板13将制备好的岩样11从水中取出，这样该装置替代人为取出试件进行称重计算的方法，不仅提高了测量的精度和效率，且能够实现时间含水率的实时测试。
具体地，参见图1所示，本发明实施例中的箱体内测量管4与托板13之间通过阻隔板6相隔开，该阻隔板6的两端的分别与箱体两个相对立的壁面连接，阻隔板6将箱体内部分成左区域和右区域。阻隔板6上设有若干个通水孔，通过该通水孔将箱体内的左区域和右区域连通起来，保证两个区域的水面高度相同。
其中托板13放置在右区域内，且箱体内右区域内的顶部为透明的玻璃档板12，这样可以通过箱体内的顶部从岩体的外部观察其整个变化。
本实施例中的阻隔板6上通水孔在阻隔板6上均匀分布，保证右侧区域的水体9流动不会对左侧区域内的水体9不会产生太大的影响，进而保证测量管4内浮片3的稳定性，降低左侧区域内水体9的扰动。
当然，本实施例中的阻隔板6形状不仅仅限于本实施例中形状，组隔板也可以为圆柱壳体，该圆柱壳体的内径要远远大于测量管4的内径，圆柱壳体所围成的区域为第一区域，箱体内剩余的空间为第二区域。
参见图1所示，本实施例中的测量管4的底部通过支撑件5固定在箱体内的底面上，通过支撑件5来保证测量管4处于竖直状态。
为了保证测量管4内水面与箱体内水面的高度相同，测量管4的底部为敞口的，实现测量管4的内部与箱体内相连通，岩样11在吸水之后造成水面高度的降低的同时，测量管4内的水面也跟着降低。
或者，测量管4的壁面设有一些开口槽，保证测量管4的内部与箱体的内部相连通。
在实施例中的浮片3优选为片状体，且表面光滑，当激光测距仪1的发射光2竖直照射在浮片3上的时候，能够反射回来，再通过激光测距仪1接受反射回来的激光就可以知道两者之间的距离，通过激光来测试可以保证测量的精度。
优选地，本实施例中浮片3的内径与测量管4的内径相同，或者稍微小于测量管4的内径，通过测量管4的内壁对漂浮的浮片3进行限位，避免浮片3在测量管4内水中来回滑动对激光反射产生影响。
参见图1所示，本实施例中的托板13通过升降机构7固定在箱体内部，升降机构7中的驱动系统通过控制系统与激光测距仪1相连接，该控制系统可以控制激光测距仪1的相关参数，并且根据激光测距仪1的工作计算出岩样11的含水率。且当激光测距仪1的控制系统检测到岩样11的含水率达到实验要求的时候，激光测距仪1的控制系统会及时控制岩样11的升降机构将岩样11从水中给取出。
所述升降机构可以选择常见的剪叉式等机械式升降机构来控制托板13的自动升降。
参见图1所示，本实施例中的箱体在第二区域上设有进水口10和出水口8，从而实现向箱体注水和排水。
参见图2所示，下面详细说明一下基于一种用于制备含水岩样的装置的制备方法，该方法包括如下过程：
A.预制试件。根据试验要求，预制标准的水泥砂浆试件，并对试件进行称重，记录试件的初始重量G,同时往水箱里注水满足试验要求，并保证激光发射浮片稳定未出现上下浮动现象；
B.参数设定。控制系统及激光测距仪，按照试验需求输入试件含水率，并设定激光测距仪数据采集频率为1秒/次；
C.数据采集。将制备好的试件缓慢、平稳放置于升降机托盘上，同时开始采集数据，通过激光测距仪实时监测与激光反射浮片的距离，并通过控制系统计算试件吸收水分的质量，以此实时计算、记录试件的含水率；
具体地，参见图2所示，当开始测量时，通过控制系统设定初始时间T0＝0s,在初始时间通过激光测距仪测量距离浮片的Lt＝0；按照试验规定设定间隔测量时间Ti＝0s，同时在每个测量的时间点通过激光测距仪测量距离Lt＝i，然后通过控制系统不断计算每段时间内激光测距仪与浮片的距离，ΔL＝Lt＝0-Lt＝i，最后通过wt＝i＝ΔL·S/G来得到特定含水率的岩样预制。
D.完成预制。通过控制系统判断试件含水率是否到达试验需求，一旦到达试验需求即启动升降机将试件托起至出水状态，以此实现固定含水率试件的预制及时间含水率随时间演化过程的实时监测。
所以本实施提供的制备含水岩样制备方法实现了特定含水率试件的预制及试件含水率的实时监测，为开展相关试验提供了硬件基础。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本新型的保护范围。
Claims (10)
1.一种岩样含水率控制装置，其特征在于，包括内部盛有水体的箱体，在所述箱体内设有升降板，升降板放置在水面以下，升降板的一侧设有竖直放置、且插入水内的测量管，测量管的高度大于箱体内水面的高度，测量管内顶部设有激光测距仪，测量管内的水面上设有浮片，激光测距仪发出的激光照射在浮片上能够反射回来得出激光测距仪与浮片之间的距离，进而获得岩样的含水率。
2.如权利要求1所述的一种岩样含水率控制装置，其特征在于，测量管与升降板之间设有阻隔件，阻隔板上均匀设有若干个通孔；阻隔板将箱体分成两个区域，测量管设置在第一区域，升降板设置在第二区域。
3.如权利要求2所述的一种岩样含水率控制装置，其特征在于，激光测距仪安装在箱体第一区域的顶部，箱体第二区域的顶部为透明玻璃板。
4.如权利要求2所述的一种岩样含水率控制装置，其特征在于，所述阻隔板为圆柱壳体，所述圆柱壳体的直径大于测量管直径。
5.如权利要求1所述的一种用于制备含水岩样的装置，其特征在于，箱体上设有进水口和出水口。
6.如权利要求1所述的一种岩样含水率控制装置，其特征在于，升降板通过升降机构设置在箱体内部的底面上，所述激光测距仪通过控制系统与升降机构的驱动系统相连接。
7.如权利要求1所述的一种岩样含水率控制装置，其特征在于，测量管的底部通过支撑件固定在箱体内部的底面上。
8.如权利要求1所述的一种岩样含水率控制装置，其特征在于，测量管的表面上设有通水孔。
9.如权利要求1所述的一种岩样含水率控制装置，其特征在于，浮片的内径与测量管的内径相同。
10.基于权利要求1-9任一项所述的一种岩样含水率控制装置的实时测试方法，其特征在于，该方法包括如下过程：
预先制备未含水的岩石试样，记录岩石试样的重量：同时向水箱内注水，保证浮片稳定；
将制备好的岩石试样缓慢放置在箱体内的升降板上，开始采集数据，通过激光测距仪实时监测与浮片的距离，并计算试件吸收水分的质量以此来记录试件的含水率；
当岩石试样达到设定的含水率的时候，控制升降板将岩石试样从水中取出。
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