CN209027927U - 一种模拟高湿酸性环境状态下的岩石试验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种模拟高湿酸性环境状态下的岩石试验装置，包括岩石试件、试件包裹装置、控制台、加载装置、气压表、加湿器、温度控制器和电脑，试件包裹装置包裹在岩石试件外部；加湿器和温度控制器分别与试件包裹装置相连接；试件包裹装置放置在加载装置上，电脑与控制台相连，控制台与加载装置相连，电脑发送控制信号到控制台，通过控制台控制加载装置对岩石试件进行加载试验。本实用新型采用挖空部分岩石来模拟矿柱，通过环向位移测量计实时观测试验过程中矿柱环向位移的变化，研究高湿酸性环境状态下的模拟矿柱破坏损伤机制；通过动静结合加载，模拟岩石在地下高湿酸性环境下的受力状态进行试验。

Description

一种模拟高湿酸性环境状态下的岩石试验装置

技术领域

本实用新型涉及工程地质技术领域，特别涉及一种模拟高湿酸性环境状态下的岩石试验装置。

背景技术

采矿工程、土木工程、水利水电工程、石油工程、海洋勘探等地下工程在实际工作中都会遇到各种复杂的地质情况，岩石受到地下环境的影响，稳定性会随着时间的增加而减小，最终导致岩石破坏。特别是在一些化工矿山，留设的矿柱中一般会含有一些亲水性矿物成分，遇水容易软化，或者容易发生水化、水解和溶解反应，随着矿山开采的深度不断增加及地下环境的复杂化，矿柱受环境侵蚀，随着时间的增加，被侵蚀的矿柱会变尖、破坏。随着矿柱的破坏失稳，会引起地表塌陷，山体崩塌等灾害，给人们带来不可估量的经济损失和人员伤害。引起社会各界的广泛关注。查阅相关资料，目前能够模拟高湿酸性环境状态下的岩石试验装置极其少见，也没有完整的试验装置及方法来研究矿柱在高湿酸性环境状态下的破坏机理。

发明内容

为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种结构简单、试验方便的模拟高湿酸性环境状态下的岩石试验装置。

本实用新型解决上述问题的技术方案是：一种模拟高湿酸性环境状态下的岩石试验装置，包括岩石试件、试件包裹装置、控制台、加载装置、加湿器、温度控制器和电脑，所述试件包裹装置包裹在岩石试件外部，且岩石试件顶端和底端露出试件包裹装置外；所述加湿器和温度控制器分别与试件包裹装置相连接，通过加湿器增加试件包裹装置内部的湿度，为试件包裹装置提供酸性环境，温度控制器控制试件包裹装置内的温度，以模拟高湿酸性环境；所述试件包裹装置放置在加载装置上，所述电脑与控制台相连，控制台与加载装置相连，电脑发送控制信号到控制台，通过控制台控制加载装置对岩石试件进行加载试验。

上述模拟高湿酸性环境状态下的岩石试验装置，所述岩石试件是由一整块岩石制成，整块岩石中间部分被掏空，剩下部分形成三根柱状的岩石以模拟矿柱。

上述模拟高湿酸性环境状态下的岩石试验装置，所述试件包裹装置包括由钢化玻璃镶嵌而成的方形框、温度测量计、湿度测量计，所述方形框的上下两端设有用于供岩石试件伸出的开口，方形框的两侧都开有小孔，小孔均连接管道，方形框通过两侧的管道分别连接加湿器和温度控制器，所述加湿器内加入酸性液体，通过加湿器产生酸性气体注入试件包裹装置，以模拟高湿酸性环境，与加湿器相连的管道上设有气压表，当试件包裹装置内部的气压达到一定程度时，停止注入酸性气体；所述温度测量计和湿度测量计均贴在方形框内壁上。

上述模拟高湿酸性环境状态下的岩石试验装置，所述加载装置包括底座、顶板、冲击杆、液压油缸、活塞加载器，固定框，所述底座固定在固定框下部，试件包裹装置放置在底座上，所述顶板位于底座上方，顶板上方设有冲击杆、液压油缸，所述活塞加载器有两个，两个活塞加载器均固定在固定框上部，其中一个活塞加载器的一端与控制台相连，另一端与液压油缸相连，提供静载荷给液压油缸；另一个活塞加载器的一端与控制台相连，另一端和冲击杆相连，提供动载荷给冲击扰动杆，通过对液压油缸和冲击杆施加动力，使顶板下降，接触岩石试件，两个活塞加载器分别控制液压油缸和冲击杆，对岩石试件进行动静结合加载，从而进行试验。

上述模拟高湿酸性环境状态下的岩石试验装置，所述岩石试件中间绑有环向位移测量计，用来测量在试验过程中模拟矿柱环向位移的变化情况；所述环向位移测量计采用橡胶和乳胶制成，环向位移测量计上设有传感器，传感器与设置在顶板下表面的传感器接头连接，从而使环向位移测量计连接到电脑，以实时监测到岩石试件直径的变化情况；环向位移测量计一端装有螺栓，另一端设有滑槽，螺栓可在滑槽内滑动以调整环向位移测量计的直径。

本实用新型的有益效果在于：本实用新型针对岩石在实际高湿酸性环境状态下的受力情况，提出了一种模拟高湿酸性环境状态下的岩石试验装置，装置中采用挖空部分岩石来模拟矿柱，通过环向位移测量计实时观测试验过程中矿柱环向位移的变化，研究高湿酸性环境状态下的模拟矿柱破坏损伤机制；通过钢化玻璃框的密封，加湿器对钢化玻璃框增加湿度，提供酸性环境，温度测量计和湿度测量计能够实时监测方形钢化玻璃框内的数据；通过两个活塞加载器分别对液压油缸提供静载荷，对冲击杆提供动载荷，动静结合加载，模拟岩石在地下高湿环境的受力状态进行试验；具有安全可靠，效果良好，试验方便的优点。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构示意图。

图2为图1中岩石试件的结构示意图。

图3为图1中试件包裹装置的结构示意图。

图4为图1中环向位移测量计的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明。

如图1-图4所示，一种模拟高湿酸性环境状态下的岩石试验装置，包括岩石试件17、试件包裹装置13、控制台2、加载装置、气压表24、加湿器4、温度控制器3和电脑1，所述试件包裹装置13包裹在岩石试件17外部，且岩石试件17顶端和底端露出试件包裹装置13外；所述加湿器4和温度控制器3分别与试件包裹装置13相连接，通过加湿器4增加试件包裹装置13内部的湿度，为试件包裹装置13提供酸性环境，温度控制器3控制试件包裹装置13内的温度，以模拟高湿酸性环境；所述试件包裹装置13放置在加载装置上，所述电脑1与控制台2相连，控制台2与加载装置相连，电脑1发送控制信号到控制台2，通过控制台2控制加载装置对岩石试件17进行加载试验。

所述岩石试件17是由一长250mm，宽50mm，高100mm的整块岩石制成，整块岩石中间部分被掏空，剩下部分形成三根柱状的岩石以模拟三根矿柱，分别为矿柱10、矿柱11、矿柱12。

所述试件包裹装置13包括由钢化玻璃镶嵌而成的方形框、温度测量计8、湿度测量计9，所述方形框的高度略低于岩石试件17的高度，所述方形框的上下两端设有用于供岩石试件17伸出的开口，方形框的两侧都开有小孔，小孔均连接管道15，方形框通过两侧的管道15分别连接加湿器4和温度控制器3，所述加湿器4内加入酸性液体，通过加湿器4产生酸性气体注入试件包裹装置13，以模拟高湿酸性环境，与加湿器4相连的管道上设有气压表24，当试件包裹装置13内部的气压达到一定程度时，停止注入酸性气体，加湿器4用于增加方形框内的湿度，温度控制器3用于控制方形框内的温度，以模拟高湿酸性环境。所述温度测量计8和湿度测量计9均贴在方形框内壁上，以便实时观测方形框内的温度与湿度的变化。

所述加载装置包括底座14、顶板16、冲击杆7、液压油缸5、活塞加载器6，固定框23，所述底座14固定在固定框23下部，试件包裹装置13放置在底座14上，所述顶板16位于底座14上方，顶板16上方设有冲击杆7、液压油缸6，所述活塞加载器5有两个，两个活塞加载器5均固定在固定框23上部，其中一个活塞加载器的一端与控制台2相连，另一端与液压油缸5相连，提供静载荷给液压油缸5；另一个活塞加载器的一端与控制台2相连，另一端与冲击杆7相连，提供动载荷给冲击扰动杆7，通过对液压油缸6和冲击杆7施加动力，使顶板16下降，接触岩石试件17，两个活塞加载器5分别控制液压油缸6和冲击杆7，对岩石试件17进行动静结合加载，从而进行试验。

所述岩石试件17中间绑有环向位移测量计18，用来测量在试验过程中模拟矿柱环向位移的变化情况；所述环向位移测量计18采用橡胶和乳胶制成，富有弹性，且环向位移测量计18上设有传感器19，传感器19与设置在顶板16下表面的传感器接头22连接，从而使环向位移测量计18连接到电脑1，能够实时监测到岩石试件直径的变化情况；环向位移测量计18一端装有螺栓20，另一端设有滑槽21，螺栓20可在滑槽21内滑动以调整环向位移测量计18的直径。试验时，将环向位移测量计18绑在岩石试件17的模拟矿柱上，通过螺栓20与滑槽21固定住，环向位移测量计18上的传感器19通过加载装置上的传感器接头22连接电脑1，实验开始后，矿柱直径会发生变化，通过电脑1读取试验过程中矿柱环向位移的实时变化情况。

一种模拟高湿酸性环境状态下的岩石试验方法，包括以下步骤：

1）试件包裹：将事先准备好的岩石试件17上的模拟矿柱绑上环向位移测量计18，放入试件包裹装置13中，岩石试件17的高度略高于试件包裹装置13，放置好岩石试件17，将环向位移测量计18上传感器19与加载装置顶板16下表面的传感器接头22连接，从而使环向位移测量计18连接到电脑1，用玻璃密封胶密封试件包裹装置13上的岩石试件17露出部分的缝隙；

2）试件安装：将包裹有岩石试件17的试件包裹装置13放置于加载装置的底座14上，将试件包裹装置13与加湿器4和温度控制器3相连接，打开加湿器4和温度控制器3，向加湿器4内加入酸性液体，通过加湿器4产生酸性气体注入试件包裹装置13，增加试件包裹装置13内的湿度，调节试件包裹装置13内的温度，以模拟高湿酸性环境；

3）试件预加载：通过电脑1控制，将加载装置的顶板16向下移动，使顶板16与岩石试件17上端接触，做好实验前的最后准备；

4）试件加载：当加湿器4给试件包裹装置13内加到设定湿度和一定的酸性环境，温度控制器3调节至设定温度后，打开电脑1和控制台2，由电脑1发送控制信号到控制台2，通过控制台2对加载装置的控制，两个活塞加载器5分别对液压油缸6施加静载荷、对冲击杆7施加动载荷，采用动静结合的加载方式，对岩石试件17进行加载，电脑1记录数据，得到试验结果。

Claims (5)

1.一种模拟高湿酸性环境状态下的岩石试验装置，其特征在于：包括岩石试件、试件包裹装置、控制台、加载装置、加湿器、温度控制器和电脑，所述试件包裹装置包裹在岩石试件外部，且岩石试件顶端和底端露出试件包裹装置外；所述加湿器和温度控制器分别与试件包裹装置相连接，通过加湿器增加试件包裹装置内部的湿度，为试件包裹装置提供酸性环境，温度控制器控制试件包裹装置内的温度，以模拟高湿酸性环境；所述试件包裹装置放置在加载装置上，所述电脑与控制台相连，控制台与加载装置相连，电脑发送控制信号到控制台，通过控制台控制加载装置对岩石试件进行加载试验。

2.根据权利要求1所述的模拟高湿酸性环境状态下的岩石试验装置，其特征在于：所述岩石试件是由一整块岩石制成，整块岩石中间部分被掏空，剩下部分形成三根柱状的岩石以模拟矿柱。

3.根据权利要求1所述的模拟高湿酸性环境状态下的岩石试验装置，其特征在于：所述试件包裹装置包括由钢化玻璃镶嵌而成的方形框、温度测量计、湿度测量计，所述方形框的上下两端设有用于供岩石试件伸出的开口，方形框的两侧都开有小孔，小孔均连接管道，方形框通过两侧的管道分别连接加湿器和温度控制器，所述加湿器内加入酸性液体，通过加湿器产生酸性气体注入试件包裹装置，以模拟高湿酸性环境，与加湿器相连的管道上设有气压表，当试件包裹装置内部的气压达到一定程度时，停止注入酸性气体；所述温度测量计和湿度测量计均贴在方形框内壁上。

4.根据权利要求3所述的模拟高湿酸性环境状态下的岩石试验装置，其特征在于：所述加载装置包括底座、顶板、冲击杆、液压油缸、活塞加载器，固定框，所述底座固定在固定框下部，试件包裹装置放置在底座上，所述顶板位于底座上方，顶板上方设有冲击杆、液压油缸，所述活塞加载器有两个，两个活塞加载器均固定在固定框上部，其中一个活塞加载器的一端与控制台相连，另一端与液压油缸相连，提供静载荷给液压油缸；另一个活塞加载器的一端与控制台相连，另一端和冲击杆相连，提供动载荷给冲击扰动杆，通过对液压油缸和冲击杆施加动力，使顶板下降，接触岩石试件，两个活塞加载器分别控制液压油缸和冲击杆，对岩石试件进行动静结合加载，从而进行试验。

5.根据权利要求4所述的模拟高湿酸性环境状态下的岩石试验装置，其特征在于：所述岩石试件中间绑有环向位移测量计，用来测量在试验过程中模拟矿柱环向位移的变化情况；所述环向位移测量计采用橡胶和乳胶制成，环向位移测量计上设有传感器，传感器与设置在顶板下表面的传感器接头连接，从而使环向位移测量计连接到电脑，以实时监测到岩石试件直径的变化情况；环向位移测量计一端装有螺栓，另一端设有滑槽，螺栓可在滑槽内滑动以调整环向位移测量计的直径。