一種巖石自由膨脹率及含水率測定裝置及其使用方法
2023-04-27 20:26:56
一種巖石自由膨脹率及含水率測定裝置及其使用方法
【專利摘要】本發明公開了一種巖石自由膨脹率及吸水率測定裝置及其使用方法，其借鑑阿基米德原理，利用巖石在水中吸水膨脹體積上的變化，所致其排開水量體積變化的基本原理，通過採用將待測巖石試樣採用橡膠薄膜密封包裹等技術手段，大大簡化了巖石自由膨脹率及吸水率測定裝置的結構，其具有結構簡單、選材方便、製作成本低廉、操作簡便等特點，且整個實驗裝置的系統誤差小，實驗結果真實、可靠、準確。本發明的巖石自由膨脹率及吸水率的測定裝置特別適用於實驗室使用，尤其可以同時進行軟巖的自由膨脹率及吸水率的測定。
【專利說明】一種巖石自由膨脹率及含水率測定裝置及其使用方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種測定巖石水理性質的實驗裝置及其使用方法，尤其涉及一種實驗室用巖石自由膨脹率及吸水率的測定裝置及其使用方法。
【背景技術】
[0002]巖石的水理特性是指巖石在水溶液作用下所表現出來的性質，包括巖石的吸水性、水力傳導性、軟化性、抗凍性、膨脹性和可溶性，是影響巖石工程穩定性的重要因素。一般的工程巖體總是賦存在一定的水環境中，受水環境變化的影響，工程巖體的強度、變形和破壞等力學特性將發生變化，特別是軟巖狀況。因此，準確掌握工程巖體的水理特性對巖石工程具有重要意義，尤其自由膨脹率及吸水率是對親水性軟巖進行定性的重要指標。
[0003]在工程巖體試驗方法標準(GBT50266-1999)中，巖石的自由膨脹率及吸水率試樣僅適用於遇水不易崩解的巖石，而對於親水性軟巖的自由膨脹率無法測定。另外一種測定自由膨脹率的方法是，將敲碎的巖樣稱取一定量倒入量筒內，搖平，記錄試樣初始體積，然後注入足量的蒸餾水，靜置於恆溫箱中定時觀測記錄試樣體積變化，自由膨脹率就是試樣體積的增量除以初始體積，此方法雖能快速測出巖石的自由膨脹率，但破壞了巖石的原有結構，可能有較大誤差。
[0004]中國專利申請CN102830060A公開了一種多功能巖石膨脹試驗儀，雖然可以用於巖石膨脹率的精確測量，但由於其測量原理及結構方面的原因，不可避免地存在裝置體型大、構造複雜、造價高、操作繁瑣等不足。
[0005]另一方面，現有技術中的巖石膨脹試驗儀，一般都存在使用功能單一的不足，不能滿足同時進行巖石的膨脹率和吸水率測定的使用需求。
【發明內容】
[0006]本發明的目的之一是，提供一種結構簡單、操作簡便、製造成本低廉、適於實驗室內測定巖石自由膨脹率及吸水率的測試裝置；
[0007]本發明為實現上述目的所採用的技術方案是，一種巖石自由膨脹率及吸水率測定裝置，其特徵在於，包括:盛水容器、溢流接水裝置、排水裝置、加水裝置和試樣盛放裝置；其中，
[0008]所述盛水容器頂部為敞口 ；
[0009]所述溢流接水裝置與所述盛水容器通過管路密封連接；
[0010]所述加水裝置的位置高於所述盛水容器；
[0011]所述溢流接水裝置位於所述盛水容器一側，其位置低於所述盛水容器；所述盛水容器上部的側壁上設置有溢流管口，所述溢流接水裝置通過軟管與所述溢流管口連接；
[0012]所述試樣盛放裝置置於所述盛水容器內；
[0013]所述試樣盛放裝置從上到下依次為上隔水板、待測試樣、透水石、下隔水底座；
[0014]所述上隔水板開設有通孔，並設置有與該通孔聯通的第一管口 ；所述加水裝置通過第一連接管與該第一管口密封性插接；
[0015]所述下隔水板開設有通孔，並設置有與該通孔聯通的第二管口 ；所述排水裝置通過第二連接管與該第二管口密封性插接；
[0016]所述上隔水板、待測試樣、透水石和下隔水底座由一個環形橡膠薄膜套緊密包裹，形成一個四周均不透水的整體結構。
[0017]作為優選，上述盛水容器還設置有密封蓋，使用時由密封蓋蓋住，所述密封蓋上開設有透氣孔。
[0018]進一步優選，上述上隔水板和下隔水底座的側面均分別開設有用於固定所述圓環形橡膠薄膜套的環形凹槽。
[0019]進一步優選，上述加水裝置安裝有出水口閥門；所述排水裝置與所述試樣盛放裝置之間安裝有閥門。
[0020]進一步優選，上述上隔水板、待測試樣、透水石和下隔水底座均為圓盤形狀。
[0021]進一步優選，上述加水裝置、溢流接水裝置和排水裝置均由透明材質製作成可直接讀取內部水量刻度的量筒式結構。
[0022]上述技術方案直接帶來的技術效果是，整個實驗裝置具有結構簡單、體積小、製造成本低廉、操作簡便等特點。
[0023]而且，上述技術方案中，待測試樣的上、下兩面分別採用有通孔的隔水板和透水石，外部加水可充分逐步向待測巖石試樣滲透，或者說是，多餘的水從待測巖石試樣中向外流出。這些技術手段的採用，可以有效控制向待測巖石試樣內部滲透的水的滲透速度、滲透的均勻性，保證待測巖石試樣吸水與膨脹的充分性，進而保證實驗結果的真實性。
[0024]上述技術方案中，採用橡膠薄膜套與隔水板及隔水底座結合組成整體隔水結構的試樣盛放裝置，其中，在實驗開始之初，即試樣加水膨脹之前，橡膠薄膜套在盛水容器的液位下，可以被充分擠壓，與隔水板、待測試樣、透水石等剛性材質貼合在一起，為實驗開始之初準確測量試樣盛放裝置的初始體積提供保證；而且，在試樣加水開始膨脹之後，橡膠薄膜套又能保證整個試樣盛放裝置可以隨試樣膨脹而膨脹，可以較真實地充分反映出待測巖石試樣吸水之後的體積變化。這就是說，上述技術方案中，試樣盛放裝置的具體材質和結構是實現本發明目的的關鍵性技術手段，其結構簡單、選材方便、製作成本低廉、操作簡便等特點，上述實驗裝置的結構特點直接導致了其系統誤差小，實驗結果的真實性好、準確性高。
[0025]進一步地，上述技術方案中，各連接管均採用橡膠軟管，根據使用需要進行簡單的插接而成，一方面，其防水密封性好、操作簡便，另一方面，這種橡膠材質的軟管不會造成待測巖石試樣體積變化過程中需要避免的剛性材質可能帶來的各種束縛，從而進一步保證了整個實驗裝置結構上的合理性與實用性。
[0026]本發明採用結構簡單、合理、簡易的測定巖石自由膨脹率及吸水率的測試裝置，在不破壞巖石原有結構的情況下測出巖石在三維空間內自由膨脹率的同時，還能夠測出巖石含水率，從而確定二者的相互關係。其系統誤差小、操作靈活簡便，相對於現有技術的結構複雜、造價昂貴、操作難度較大的各類實驗裝置，不難看出，其均具有突出的實質性特點和顯著的進步。
[0027]本發明目的之二是，提供一種上述巖石自由膨脹率及吸水率測定裝置的使用方法。[0028]本發明為實現上述目的所採用的技術方案是，一種如權利要求1所述的巖石自由膨脹率及吸水率測定裝置的使用方法，依次包括如下步驟:
[0029]第一步，往盛水容器內加水淹沒試樣盛放裝置直至到達溢流口，形成溢流時即停止加水；
[0030]第二步，記錄加水裝置的初始水量V1,開啟加水裝置下方閥門，向試樣盛放裝置內緩慢加水，加入的水通過上隔水板的通孔經待測試樣表層向內滲透；
[0031]待測試樣完全浸潤後，多餘的水將繼續向下方滲透並逐步浸潤透水石，直至透水石被完全浸潤後，多餘的水流入排水裝置內；
[0032]第三步，在上述第二步驟中，每隔一定時間讀取該時刻加水裝置的水量V2、排水裝置內的水量V3 ；
[0033]當觀察到滲水石下表面出現潮溼現象時，打開排水裝置上方的閥門，將經過透水石的水排放至排水裝置內，並每隔一定時間讀取該時刻溢流接水裝置內的水量V4。
[0034]第四步，待溢流口不再溢流時，關閉加水裝置下方閥門停止向試樣盛放裝置內加水；此時，讀取溢流接水裝置內的水量V4 ；
[0035]待不再有水流入排水裝置內時，關閉排水裝置下方的閥門，結束實驗，讀取並計算出實驗終了狀態下的加水裝置的總出水量為\ — \ — V3和排水裝置內的水量V3 ；
[0036]第五步，按公式
【權利要求】
1.一種巖石自由膨脹率及吸水率測定裝置，其特徵在於，包括:頂部為敞口的盛水容器、溢流接水裝置、排水裝置、加水裝置和試樣盛放裝置；其中， 所述溢流接水裝置與所述盛水容器通過管路密封連接； 所述加水裝置的位置高於所述盛水容器； 所述溢流接水裝置位於所述盛水容器一側，其位置低於所述盛水容器；所述盛水容器上部的側壁上設置有溢流管口，所述溢流接水裝置通過軟管與所述溢流管口連接； 所述試樣盛放裝置置於所述盛水容器內； 所述試樣盛放裝置從上到下依次為上隔水板、待測試樣、透水石、下隔水底座； 所述上隔水板開設有通孔，並設置有與該通孔聯通的第一管口 ；所述加水裝置通過第一連接管與該第一管口密封性插接； 所述下隔水底座內部為空心並開設有通孔，並設置有與該通孔聯通的第二管口 ；所述排水裝置通過第二連接管與該第二管口密封性插接； 所述上隔水板、待測試樣、透水石和下隔水底座由一個環形橡膠薄膜套緊密包裹，形成一個四周均不透水的整體結構。
2.根據權利要求1所述巖石自由膨脹率及吸水率測定裝置，其特徵在於，所述盛水容器還設置有密封蓋，使用時由密封蓋蓋住，所述密封蓋上開設有透氣孔。
3.根據權利要求1所述巖石自由膨脹率及吸水率測定裝置，其特徵在於，所述上隔水板和下隔水底座的側面均分別開設有用於固定所述圓環形橡膠薄膜套的環形凹槽。
4.根據權利要求1所述的巖石自由膨脹率及吸水率測定裝置，其特徵在於，所述加水裝置安裝有出水口閥門；所述排水裝置與所述試樣盛放裝置之間安裝有閥門。
5.根據權利要求1所述的測定巖石自由膨脹率及吸水率的裝置，其特徵在於，所述上隔水板、待測試樣、透水石和下隔水底座均為圓盤形狀。
6.根據權利要求1所述的測定巖石自由膨脹率及吸水率的裝置，其特徵在於，所述加水裝置、溢流接水裝置和排水裝置均由透明材質製作成可直接讀取內部水量刻度的量筒式結構。
7.—種如權利要求1所述的巖石自由膨脹率及吸水率測定裝置的使用方法，依次包括如下步驟: 第一步，往盛水容器內加水淹沒試樣盛放裝置直至到達溢流口，形成溢流時即停止加水； 第二步，記錄加水裝置的初始水量V1，開啟加水裝置下方閥門，向試樣盛放裝置內緩慢加水，加入的水通過上隔水板的通孔經待測試樣表層向內滲透； 待測試樣完全浸潤後，多餘的水將繼續向下方滲透並逐步浸潤透水石，直至透水石被完全浸潤後，多餘的水流入排水裝置內； 第三步，在上述第二步驟中，每隔一定時間讀取該時刻加水裝置內的水量V2、排水裝置內的水量V3 ； 當觀察到滲水石下表面出現潮溼現象時，打開排水裝置上方的閥門，將經過透水石的水排放至排水裝置內，並每隔一定時間讀取該時刻溢流接水裝置內的水量v4。 第四步，待溢流口不再溢流時，關閉加水裝置下方閥門停止向試樣盛放裝置內加水；此時，讀取溢流接水裝置內的水量V4 ；待不再有水流入排水裝置內時，關閉加水裝置下方的閥門，結束實驗，讀取並計算出實驗終了狀態下的加水裝置的總出水量，即\ — \ — V3和排水裝置內的水量V3 ；
第五步，按公式
【文檔編號】G01N33/24GK103913557SQ201410098912
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2014年3月18日 優先權日:2014年3月18日
【發明者】郭偉耀, 趙同彬, 譚雲亮, 尹延春, 張振全, 鄒建超 申請人:山東科技大學