一種巖石自由膨脹率及含水率測(cè)定裝置及其使用方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種巖石自由膨脹率及吸水率測(cè)定裝置及其使用方法，其借鑒阿基米德原理，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，通過采用將待測(cè)巖石試樣采用橡膠薄膜密封包裹等技術(shù)手段，大大簡化了巖石自由膨脹率及吸水率測(cè)定裝置的結(jié)構(gòu)，其具有結(jié)構(gòu)簡單、選材方便、制作成本低廉、操作簡便等特點(diǎn)，且整個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置的系統(tǒng)誤差小，實(shí)驗(yàn)結(jié)果真實(shí)、可靠、準(zhǔn)確。本發(fā)明的巖石自由膨脹率及吸水率的測(cè)定裝置特別適用于實(shí)驗(yàn)室使用，尤其可以同時(shí)進(jìn)行軟巖的自由膨脹率及吸水率的測(cè)定。
【專利說明】一種巖石自由膨脹率及含水率測(cè)定裝置及其使用方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種測(cè)定巖石水理性質(zhì)的實(shí)驗(yàn)裝置及其使用方法，尤其涉及一種實(shí)驗(yàn)室用巖石自由膨脹率及吸水率的測(cè)定裝置及其使用方法。
【背景技術(shù)】
[0002]巖石的水理特性是指巖石在水溶液作用下所表現(xiàn)出來的性質(zhì)，包括巖石的吸水性、水力傳導(dǎo)性、軟化性、抗凍性、膨脹性和可溶性，是影響巖石工程穩(wěn)定性的重要因素。一般的工程巖體總是賦存在一定的水環(huán)境中，受水環(huán)境變化的影響，工程巖體的強(qiáng)度、變形和破壞等力學(xué)特性將發(fā)生變化，特別是軟巖狀況。因此，準(zhǔn)確掌握工程巖體的水理特性對(duì)巖石工程具有重要意義，尤其自由膨脹率及吸水率是對(duì)親水性軟巖進(jìn)行定性的重要指標(biāo)。
[0003]在工程巖體試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)(GBT50266-1999)中，巖石的自由膨脹率及吸水率試樣僅適用于遇水不易崩解的巖石，而對(duì)于親水性軟巖的自由膨脹率無法測(cè)定。另外一種測(cè)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(nèi)，搖平，記錄試樣初始體積，然后注入足量的蒸餾水，靜置于恒溫箱中定時(shí)觀測(cè)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(cè)出巖石的自由膨脹率，但破壞了巖石的原有結(jié)構(gòu)，可能有較大誤差。
[0004]中國專利申請(qǐng)CN102830060A公開了一種多功能巖石膨脹試驗(yàn)儀，雖然可以用于巖石膨脹率的精確測(cè)量，但由于其測(cè)量原理及結(jié)構(gòu)方面的原因，不可避免地存在裝置體型大、構(gòu)造復(fù)雜、造價(jià)高、操作繁瑣等不足。
[0005]另一方面，現(xiàn)有技術(shù)中的巖石膨脹試驗(yàn)儀，一般都存在使用功能單一的不足，不能滿足同時(shí)進(jìn)行巖石的膨脹率和吸水率測(cè)定的使用需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的之一是，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、操作簡便、制造成本低廉、適于實(shí)驗(yàn)室內(nèi)測(cè)定巖石自由膨脹率及吸水率的測(cè)試裝置；
[0007]本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案是，一種巖石自由膨脹率及吸水率測(cè)定裝置，其特征在于，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于所述盛水容器；
[0011]所述溢流接水裝置位于所述盛水容器一側(cè)，其位置低于所述盛水容器；所述盛水容器上部的側(cè)壁上設(shè)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于所述盛水容器內(nèi)；
[0013]所述試樣盛放裝置從上到下依次為上隔水板、待測(cè)試樣、透水石、下隔水底座；
[0014]所述上隔水板開設(shè)有通孔，并設(shè)置有與該通孔聯(lián)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(shè)有通孔，并設(shè)置有與該通孔聯(lián)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(cè)試樣、透水石和下隔水底座由一個(gè)環(huán)形橡膠薄膜套緊密包裹，形成一個(gè)四周均不透水的整體結(jié)構(gòu)。
[0017]作為優(yōu)選，上述盛水容器還設(shè)置有密封蓋，使用時(shí)由密封蓋蓋住，所述密封蓋上開設(shè)有透氣孔。
[0018]進(jìn)一步優(yōu)選，上述上隔水板和下隔水底座的側(cè)面均分別開設(shè)有用于固定所述圓環(huán)形橡膠薄膜套的環(huán)形凹槽。
[0019]進(jìn)一步優(yōu)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(jìn)一步優(yōu)選，上述上隔水板、待測(cè)試樣、透水石和下隔水底座均為圓盤形狀。
[0021]進(jìn)一步優(yōu)選，上述加水裝置、溢流接水裝置和排水裝置均由透明材質(zhì)制作成可直接讀取內(nèi)部水量刻度的量筒式結(jié)構(gòu)。
[0022]上述技術(shù)方案直接帶來的技術(shù)效果是，整個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、制造成本低廉、操作簡便等特點(diǎn)。
[0023]而且，上述技術(shù)方案中，待測(cè)試樣的上、下兩面分別采用有通孔的隔水板和透水石，外部加水可充分逐步向待測(cè)巖石試樣滲透，或者說是，多余的水從待測(cè)巖石試樣中向外流出。這些技術(shù)手段的采用，可以有效控制向待測(cè)巖石試樣內(nèi)部滲透的水的滲透速度、滲透的均勻性，保證待測(cè)巖石試樣吸水與膨脹的充分性，進(jìn)而保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的真實(shí)性。
[0024]上述技術(shù)方案中，采用橡膠薄膜套與隔水板及隔水底座結(jié)合組成整體隔水結(jié)構(gòu)的試樣盛放裝置，其中，在實(shí)驗(yàn)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?jǐn)D壓，與隔水板、待測(cè)試樣、透水石等剛性材質(zhì)貼合在一起，為實(shí)驗(yàn)開始之初準(zhǔn)確測(cè)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后，橡膠薄膜套又能保證整個(gè)試樣盛放裝置可以隨試樣膨脹而膨脹，可以較真實(shí)地充分反映出待測(cè)巖石試樣吸水之后的體積變化。這就是說，上述技術(shù)方案中，試樣盛放裝置的具體材質(zhì)和結(jié)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的關(guān)鍵性技術(shù)手段，其結(jié)構(gòu)簡單、選材方便、制作成本低廉、操作簡便等特點(diǎn)，上述實(shí)驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)直接導(dǎo)致了其系統(tǒng)誤差小，實(shí)驗(yàn)結(jié)果的真實(shí)性好、準(zhǔn)確性高。
[0025]進(jìn)一步地，上述技術(shù)方案中，各連接管均采用橡膠軟管，根據(jù)使用需要進(jìn)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(zhì)的軟管不會(huì)造成待測(cè)巖石試樣體積變化過程中需要避免的剛性材質(zhì)可能帶來的各種束縛，從而進(jìn)一步保證了整個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)上的合理性與實(shí)用性。
[0026]本發(fā)明采用結(jié)構(gòu)簡單、合理、簡易的測(cè)定巖石自由膨脹率及吸水率的測(cè)試裝置，在不破壞巖石原有結(jié)構(gòu)的情況下測(cè)出巖石在三維空間內(nèi)自由膨脹率的同時(shí)，還能夠測(cè)出巖石含水率，從而確定二者的相互關(guān)系。其系統(tǒng)誤差小、操作靈活簡便，相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價(jià)昂貴、操作難度較大的各類實(shí)驗(yàn)裝置，不難看出，其均具有突出的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著的進(jìn)步。
[0027]本發(fā)明目的之二是，提供一種上述巖石自由膨脹率及吸水率測(cè)定裝置的使用方法。[0028]本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案是，一種如權(quán)利要求1所述的巖石自由膨脹率及吸水率測(cè)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(nèi)加水淹沒試樣盛放裝置直至到達(dá)溢流口，形成溢流時(shí)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(nèi)緩慢加水，加入的水通過上隔水板的通孔經(jīng)待測(cè)試樣表層向內(nèi)滲透；
[0031]待測(cè)試樣完全浸潤后，多余的水將繼續(xù)向下方滲透并逐步浸潤透水石，直至透水石被完全浸潤后，多余的水流入排水裝置內(nèi)；
[0032]第三步，在上述第二步驟中，每隔一定時(shí)間讀取該時(shí)刻加水裝置的水量V2、排水裝置內(nèi)的水量V3 ；
[0033]當(dāng)觀察到滲水石下表面出現(xiàn)潮濕現(xiàn)象時(shí)，打開排水裝置上方的閥門，將經(jīng)過透水石的水排放至排水裝置內(nèi)，并每隔一定時(shí)間讀取該時(shí)刻溢流接水裝置內(nèi)的水量V4。
[0034]第四步，待溢流口不再溢流時(shí)，關(guān)閉加水裝置下方閥門停止向試樣盛放裝置內(nèi)加水；此時(shí)，讀取溢流接水裝置內(nèi)的水量V4 ；
[0035]待不再有水流入排水裝置內(nèi)時(shí)，關(guān)閉排水裝置下方的閥門，結(jié)束實(shí)驗(yàn)，讀取并計(jì)算出實(shí)驗(yàn)終了狀態(tài)下的加水裝置的總出水量為\ — \ — V3和排水裝置內(nèi)的水量V3 ；
[0036]第五步，按公式
【權(quán)利要求】
1.一種巖石自由膨脹率及吸水率測(cè)定裝置，其特征在于，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于所述盛水容器； 所述溢流接水裝置位于所述盛水容器一側(cè)，其位置低于所述盛水容器；所述盛水容器上部的側(cè)壁上設(shè)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于所述盛水容器內(nèi)； 所述試樣盛放裝置從上到下依次為上隔水板、待測(cè)試樣、透水石、下隔水底座； 所述上隔水板開設(shè)有通孔，并設(shè)置有與該通孔聯(lián)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(nèi)部為空心并開設(shè)有通孔，并設(shè)置有與該通孔聯(lián)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(cè)試樣、透水石和下隔水底座由一個(gè)環(huán)形橡膠薄膜套緊密包裹，形成一個(gè)四周均不透水的整體結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述巖石自由膨脹率及吸水率測(cè)定裝置，其特征在于，所述盛水容器還設(shè)置有密封蓋，使用時(shí)由密封蓋蓋住，所述密封蓋上開設(shè)有透氣孔。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述巖石自由膨脹率及吸水率測(cè)定裝置，其特征在于，所述上隔水板和下隔水底座的側(cè)面均分別開設(shè)有用于固定所述圓環(huán)形橡膠薄膜套的環(huán)形凹槽。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的巖石自由膨脹率及吸水率測(cè)定裝置，其特征在于，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(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)定巖石自由膨脹率及吸水率的裝置，其特征在于，所述上隔水板、待測(cè)試樣、透水石和下隔水底座均為圓盤形狀。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)定巖石自由膨脹率及吸水率的裝置，其特征在于，所述加水裝置、溢流接水裝置和排水裝置均由透明材質(zhì)制作成可直接讀取內(nèi)部水量刻度的量筒式結(jié)構(gòu)。
7.—種如權(quán)利要求1所述的巖石自由膨脹率及吸水率測(cè)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(nèi)加水淹沒試樣盛放裝置直至到達(dá)溢流口，形成溢流時(shí)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(nèi)緩慢加水，加入的水通過上隔水板的通孔經(jīng)待測(cè)試樣表層向內(nèi)滲透； 待測(cè)試樣完全浸潤后，多余的水將繼續(xù)向下方滲透并逐步浸潤透水石，直至透水石被完全浸潤后，多余的水流入排水裝置內(nèi)； 第三步，在上述第二步驟中，每隔一定時(shí)間讀取該時(shí)刻加水裝置內(nèi)的水量V2、排水裝置內(nèi)的水量V3 ； 當(dāng)觀察到滲水石下表面出現(xiàn)潮濕現(xiàn)象時(shí)，打開排水裝置上方的閥門，將經(jīng)過透水石的水排放至排水裝置內(nèi)，并每隔一定時(shí)間讀取該時(shí)刻溢流接水裝置內(nèi)的水量v4。 第四步，待溢流口不再溢流時(shí)，關(guān)閉加水裝置下方閥門停止向試樣盛放裝置內(nèi)加水；此時(shí)，讀取溢流接水裝置內(nèi)的水量V4 ；待不再有水流入排水裝置內(nèi)時(shí)，關(guān)閉加水裝置下方的閥門，結(jié)束實(shí)驗(yàn)，讀取并計(jì)算出實(shí)驗(yàn)終了狀態(tài)下的加水裝置的總出水量，即\ — \ — V3和排水裝置內(nèi)的水量V3 ；
第五步，按公式
【文檔編號(hào)】G01N33/24GK103913557SQ201410098912
【公開日】2014年7月9日 申請(qǐng)日期:2014年3月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月18日
【發(fā)明者】郭偉耀, 趙同彬, 譚云亮, 尹延春, 張振全, 鄒建超 申請(qǐng)人:山東科技大學(xué)