化学腐蚀环境下的岩体干湿循环损伤监测系统与方法技术方案

本发明专利技术涉及一种化学腐蚀环境下的岩体干湿循环损伤监测系统与方法，包括干湿循环试验箱，干湿循环试验箱放置在称重台上；还包括化学溶液配置容器与干燥热源供给箱；还包括配置有损伤度计算程序的上位机，损伤度计算程序用于根据岩样的干重与湿重计算孔隙率，再根据孔隙率计算损伤度；干重是指岩样干燥时的重量，湿重是指岩样浸泡后的重量，岩样的干重与湿重均根据称重台读数进行计算。本发明专利技术解决如何实现在干湿循环过程中对岩体进行损伤监测的技术问题，不仅提高了监测效率，还提高了监测结果的准确性。果的准确性。果的准确性。

【技术实现步骤摘要】
化学腐蚀环境下的岩体干湿循环损伤监测系统与方法


[0001]本专利技术涉及岩体损伤监测


技术介绍

[0002]在库区边坡工程中，边坡岩体常处于浸湿或干湿循环作用环境中，且随着水质的变化常被不同pH值的水溶液反复腐蚀。这些腐蚀和循环作用将造成岩石的力学特性从宏细观方面产生不同程度的损伤和劣化，这将为库岸山体发育为滑坡崩塌失稳、库区危岩基座软化、蓄水渗漏等创造有利条件，给库区工程建设及水库运营带来诸多安全隐患。
[0003]因此，开展化学腐蚀环境下岩体损伤劣化研究迫在眉睫，为达到这一目标，常进行室内干湿循环试验：先将试样在水环境模拟试验装置中进行水溶蚀模拟试验，然后将试验取出并放置在烘干箱中烘干，多次重复水溶蚀模拟试验与烘干。经多次干湿循环试验后的制备得到损伤试样，再通过岩石力学试验去监测损伤试样的损伤程度。
[0004]现有技术存在的主要问题在于：1)烘干过程需要取出试样，多次烘干需要多次取出，操作繁琐，效率低，并且经多次溶蚀后的试样在取出过程容易损伤，影响到后续岩石力学试验的监测精度；2)岩石力学试验装置难以与干湿循环试验装置融合，不能实现岩体损伤的一体化监测。

技术实现思路

[0005]针对上述现有技术的不足，本专利技术提供一种化学腐蚀环境下的岩体损伤监测系统，解决如何实现在干湿循环过程中对岩体进行损伤监测的技术问题。
[0006]为了解决上述技术问题，本专利技术采用了如下的技术方案：一种化学腐蚀环境下的岩体干湿循环损伤监测系统，包括干湿循环试验箱，所述干湿循环试验箱放置在称重台上；干湿循环试验箱内设置有岩样支架，干湿循环试验箱顶部设有排湿孔；
[0007]还包化学溶液配置容器与干燥热源供给箱；所述化学溶液配置容器通过进液管与所述干湿循环试验箱连通，所述干燥热源供给箱通过进风管与所述干湿循环试验箱连通；所述排液管、进液管与进风管分别设有各自的阀门；
[0008]还包括配置有损伤度计算程序的上位机，所述损伤度计算程序用于根据岩样的干重与湿重计算孔隙率，再根据孔隙率计算损伤度；所述干重是指岩样干燥时的重量，所述湿重是指岩样浸泡后的重量，岩样的干重与湿重均根据称重台读数进行计算。
[0009]进一步的，孔隙率计算通式如下：
[0010]式中，w0为岩样的干重；w
s
为岩样的损益量，并且w
s
＝w
‑
w0，w为岩样的湿重；
[0011]损伤度的计算公式如下：
[0012]式中，p
n
为干湿循环n次后的孔隙率，p0为未进行腐蚀前的初始孔隙率。
[0013]进一步的，所述排液区与排液管之间形成防积液连接；干湿循环试验箱的箱壁的
下边缘设置排液孔，排液孔与箱壁的下边缘相切或者箱壁的下边缘形成排液孔的割线，排液管与所述排液孔连接。
[0014]本专利技术还提供一种化学腐蚀环境下的岩体干湿循环损伤监测方法，采用本专利技术的化学腐蚀环境下的岩体干湿循环损伤监测系统，包括如下步骤：
[0015]标定初始孔隙率：
[0016]对干燥的干湿循环试验箱称重，得到干湿循环试验箱重量为M0；
[0017]将岩样装入干湿循环试验箱的岩样支架中；干燥热源供给箱送风至干湿循环试验箱中将岩样烘干并获取称重台读数，得到重量M1；
[0018]向干湿循环试验箱注水，浸泡岩样到设定时长，排水后获取称重台读数，得到重量M2；
[0019]计算岩样的初始干重m0＝M1‑
M0，计算岩样的初始损益量Δm＝M2‑
M1，计算岩样未进行腐蚀前的初始孔隙率p0＝Δm/m0；
[0020]模拟化学腐蚀环境下的干湿循环：
[0021]干燥热源供给箱送风至干湿循环试验箱中将岩样烘干并获取称重台读数，得到第n次干湿循环时的重量M
n,1
；
[0022]通过化学溶液配置容器向干湿循环试验箱注入设定pH值下的化学溶液，浸泡岩样到设定时长，排液后获取称重台读数，得到第n次干湿循环时的重量M
n,2
；
[0023]计算岩样第n次干湿循环开始时的干重m
n
＝M
n,1
‑
M0，计算岩样第n次干湿循环后的损益量Δm
n
＝M
n,2
‑
M
n,1
，计算岩样第n次干湿循环后的孔隙率p
n
＝Δm
n
/m
n
；计算岩样第n次干湿循环后的损伤度
[0024]进一步的，通过腐蚀环境调控系统使各次化学腐蚀环境下的干湿循环维持在各次干湿循环的设定pH值下；通过干燥温度调控系统使各次化学腐蚀环境下的干湿循环维持统一的设定温度下；各次化学腐蚀环境下的干湿循环的干燥时长相同。
[0025]进一步的，干湿循环试验箱上设置容器容量刻度；岩样支架下方与干湿循环试验箱内底面的间隔区域形成排液区，所述排液区与排液管之间连通；
[0026]在岩样干燥后，浸泡岩样前，将液体先注入到排液区，使液面位于岩样下方，并达到预设水位线，并获取称重台读数重量M
n
′
；然后，继续注入液体直到浸没岩样，浸泡岩样到设定时长，排液后，再进液对排液区进行冲洗，使排液区底部的颗粒物得到完全排出，之后当液面重新回到预设水位线时，获取称重台读数M
″
n
；岩样的损益量w
s
＝M
″
n
‑
M
′
n
。
[0027]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0028]1、岩体干湿循环损伤监测系统将损伤监测转化为孔隙率监测，再将孔隙率监测转化为吸水率监测，从而通过称重台获取相关读数(干湿状态的重量)就能计算出损伤度。由于在干湿循环过程中就能通过称重台同步获取相关读数，因此实现了干湿循环过程与损伤监测过程的并行，大大提高了监测效率，同时由于整个过程无需取出岩样，不仅简化了操作，进一步提高监测效率，而且不会对岩样产生移动损伤，提高了监测结果的准确性，取得了意料不到的技术效果。
[0029]2、通过腐蚀环境调控系统使各次化学腐蚀环境下的干湿循环维持在各次干湿循环的设定pH值下，提高了相应腐蚀条件下监测结构的准确性。
[0030]3、通过干燥温度调控系统使各次化学腐蚀环境下的干湿循环维持统一的设定温度下，各次化学腐蚀环境下的干湿循环的干燥时长相同，那么干燥条件相同，使得岩样在干燥后的干燥度趋于一致，那么在比较不同腐蚀条件下岩样损伤度，有助于降低干燥度不一致带来的误差。
[0031]4、岩样支架下方与干湿循环试验箱的内底面的间隔区域形成的排液区，避免岩样底面与干湿循环试验箱的内底面接触，既能提高岩样底面的干燥度，又能避免岩样对水流的阻挡造成的颗粒物沉积或积水，从而提高称重的准确性，提高监测结果的准确性。
[0032]5、预设水位线与排液区的结合，再本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种化学腐蚀环境下的岩体干湿循环损伤监测系统，其特征在于，包括干湿循环试验箱，所述干湿循环试验箱放置在称重台上；干湿循环试验箱内设置有岩样支架，干湿循环试验箱顶部设有排湿排气孔；还包括化学溶液配置容器与干燥热源供给箱；所述化学溶液配置容器通过进液管与所述干湿循环试验箱连通，所述干燥热源供给箱通过进风管与所述干湿循环试验箱连通；所述排液管、进液管与进风管分别设有各自的阀门；还包括配置有损伤度计算程序的上位机，所述损伤度计算程序用于根据岩样的干重与湿重计算孔隙率，再根据孔隙率计算损伤度；所述干重是指岩样干燥时的重量，所述湿重是指岩样浸泡后的重量，岩样的干重与湿重均根据称重台读数进行计算。2.根据权利要求1所述的化学腐蚀环境下的岩体干湿循环损伤监测系统，其特征在于，孔隙指数计算通式如下：式中，w0为岩样的干重；w
s
为岩样的损益量，并且w
s
＝w
‑
w0，w为岩样的湿重；损伤度的计算公式如下：式中，p
n
为干湿循环n次后的孔隙率，p0为未进行腐蚀前的初始孔隙率。3.根据权利要求1所述的化学腐蚀环境下的岩体干湿循环损伤监测系统，其特征在于：所述干湿循环试验箱与排液管之间形成防积液连接；干湿循环试验箱的箱壁的下边缘设置排液孔，排液孔与箱壁的下边缘相切或者箱壁的下边缘形成排液孔的割线，排液管与所述排液孔连接。4.根据权利要求1所述的化学腐蚀环境下的岩体干湿循环损伤监测系统，其特征在于：所述排液管、进液管采用耐腐蚀材料制成；所述进风管采用耐高温材料制成；所述干湿循环试验箱采用耐高温耐腐蚀材料制成；干湿循环试验箱与称重台之间通过隔热防腐垫板隔离。5.根据权利要求1所述的化学腐蚀环境下的岩体干湿循环损伤监测系统，其特征在于：还包括腐蚀环境调控系统，所述腐蚀环境调控系统包括供端pH传感器与受端pH传感器；所述供端pH传感器用于监测化学溶液配置容器内液体的pH值，所述受端pH传感器用于监测干湿循环试验箱内液体的pH值；当上位机接收到供端pH传感器的浓度偏离设置pH值时，提示调整到设定pH值，并控制进液管的阀门关闭；当上位机接收到受端pH传感器的pH值偏离设定pH值时，控制进液管的阀门打开，直到受端pH传感器的pH值回到设定值。6.根据权利要求1所述的化学腐蚀环境下的岩体干湿循环损伤监测系统，其特征在于：还包括干燥温度调控系统，所述干燥温度调控系统包括温度传感器与温度调节感应器；所述温度传感器用于监测干湿循环试验箱的箱内温度，所述温度调节感应器用于调节干燥热源供给箱的输出温度；当上位机接收到温度传感器的温度值偏离设定温度时，向温度调节感应器发出控温指令；温度调节感应器接收到控温指令后调节干燥热源供给箱的输出温度到设定温度。7.根据权利要求1所述的化学腐蚀环境下的岩体干湿循环损伤监测系统，其特征在于：岩样支架包括若干支架单元，每个支架单元均包括上层套环与下层支撑环；所述上层套环
用于插入岩样，所述下层支撑环用于插入上层套环对岩样的底部进行支撑。8.一种化学腐蚀环境下的岩体干湿循环损伤监测方法，其特征在于：采用如权利要求1所述化学腐蚀环境下的岩体干湿循环损伤监测系统，包括如下步骤：标定初始孔隙率：获取装样前的称重台读数，得到干燥状态的干湿循环试验箱装样前的重量为M0；将岩样装入干湿循环试验箱的岩样支架中；干燥热源供给箱送风至干湿循环试验箱中在下将岩样烘干并获取称重台读数，得到重量M1；向干湿循环试验箱注水，浸泡岩样到设定时长，排水后获取称重台读数，得到重量M2；计算岩样的初始干重m0＝M1‑
M0，计算岩样的初始损益量Δm＝M2‑
M1，计算岩样未进行腐蚀前的初...

【专利技术属性】
技术研发人员：王林峰，夏万春，张继旭，唐宁，
申请(专利权)人：重庆交通大学，
类型：发明
国别省市：