一种体积不变条件下岩石吸水膨胀压力测量系统和方法技术方案

本发明专利技术涉及一种体积不变条件下岩石吸水膨胀压力测量系统，该系统包括反力支架、膨胀装置、主容器、副容器和两个电子天平。两个电子天平上对应放置主、副容器，该主、副容器的上部开口，并分别覆盖不透水膜；主容器内的底部均布有数块垫块，其一侧设有突出的细管口Ⅰ；副容器的一侧设有突出的细管口Ⅱ，该细管口Ⅱ通过软管与细管口Ⅰ相连；膨胀装置包括置于数块垫块上的大透水板、小透水板、刚性荷载体和刚性套管；大透水板上设有刚性套管，该刚性套管内设有岩石试样、小透水板、刚性荷载体；大、小透水板与岩石试样之间均设有滤纸；刚性荷载体穿过主容器上部的不透水膜与反力支架相接触。本发明专利技术还提供了测量方法。本发明专利技术简单、易操作、准确性高。确性高。确性高。

【技术实现步骤摘要】
一种体积不变条件下岩石吸水膨胀压力测量系统和方法


[0001]本专利技术涉及岩石力学试验
，尤其涉及一种体积不变条件下岩石吸水膨胀压力测量系统和方法。

技术介绍

[0002]膨胀岩是一种吸水软化膨胀、失水收缩开裂的地质体，对周围水分变化极为敏感。我国是世界上膨胀岩土分布范围最广、类型最多、性质最复杂的国家之一，许多工程都不得不面对膨胀岩吸水膨胀的特性所带来的诸多问题，因此，对膨胀岩开展膨胀性试验是研究膨胀岩工程性质必不可少的重要工作。
[0003]目前，岩石膨胀性试验主要包括膨胀率试验及膨胀压力试验两部分。其中，膨胀压力试验主要以体积不变条件下岩石膨胀压力试验为主。传统的体积不变岩石膨胀压力试验是将岩石试样固定于仪器中，并将其浸没在水中，通过监测其竖向膨胀变形并以持续加荷的方式将竖向膨胀变形控制在较小范围内以确保岩石试样的体积保持不变，再测量和记录试样不同时间点所产生的膨胀压力，直至试样膨胀压力稳定时，记录其最大膨胀压力。该试验过程中，既要测量试样膨胀压力，又要测量试样的竖向膨胀变形，仪器较为复杂。试验员需要监测岩石试样的竖向膨胀变形并调整所需施加的荷载，操作较为繁琐，而且该试验过程中无法测量不同时间点试样的吸水量。另外，为了测量岩石吸水量与其膨胀压力之间的关系，也有人提出了控制注水量的方法，随后测得其膨胀压力，以此注水量作为岩石的吸水量，进而实现对岩石吸水量及膨胀压力关系的研究，但这种方法需要不断地注水并测量膨胀压力，且难以保证所注入的水量完全被岩石吸收，因此也存在较大误差。

技术实现思路
r/>[0004]本专利技术所要解决的技术问题是提供一种简单、易操作、准确性高的体积不变条件下岩石吸水膨胀压力测量系统。
[0005]本专利技术所要解决的另一个技术问题是提供体积不变条件下岩石吸水膨胀压力测量方法。
[0006]为解决上述问题，本专利技术所述的一种体积不变条件下岩石吸水膨胀压力测量系统，其特征在于：该系统包括反力支架、膨胀装置、主容器、副容器和两个电子天平；两个所述电子天平上分别对应放置所述主容器与所述副容器，该主容器与副容器的上部开口，并分别覆盖不透水膜；所述主容器内的底部均布有数块垫块，其一侧设有突出的细管口Ⅰ；所述副容器的一侧设有突出的细管口Ⅱ，该细管口Ⅱ通过软管与所述细管口Ⅰ相连；所述膨胀装置包括置于数块所述垫块上的大透水板、小透水板、刚性荷载体和刚性套管；所述大透水板上设有所述刚性套管，该刚性套管内设有置于所述大透水板上的岩石试样、置于所述岩石试样上的所述小透水板、置于所述小透水板上的所述刚性荷载体；所述大透水板与所述岩石试样之间、所述小透水板与所述岩石试样之间均设有滤纸；所述刚性荷载体穿过所述主容器上部的所述不透水膜，并与所述反力支架相接触。
[0007]所述反力支架包括横梁、竖杆、底座和合金夹座；所述横梁的一端与所述刚性荷载体相接触，其另一端设有所述合金夹座；所述合金夹座上设有紧固旋钮，中心插有所述竖杆，并通过紧固旋钮将合金夹座和竖杆固定在一起；所述竖杆的底部固定在所述底座上。
[0008]所述电子天平精确度数值不大于0.1g。
[0009]所述主容器与所述副容器均为尺寸相同的有机玻璃圆筒容器，且所述细管口Ⅰ与所述细管口Ⅱ均位于靠近容器底部并与容器底部距离相等，管内径为5mm。
[0010]所述主容器的底面内径比所述大透水板的直径大10~20mm，高度比所述刚性套管高20~30mm。
[0011]所述垫块是指高度及长度、宽度尺寸为5mm的小型规则刚性物体。
[0012]所述小透水板与所述大透水板均为均匀分布有许多穿透小孔的圆形钢板，小孔直径不大于1mm。
[0013]所述大透水板的直径比所述刚性套管的外径大10~20mm，厚度为2~3mm。
[0014]所述刚性荷载体的顶面高于所述主容器的顶面，且其质量为1~2kg。
[0015]所述刚性荷载体、所述小透水板、所述大透水板和所述滤纸的横截面为圆形。
[0016]所述小透水板和所述滤纸的直径与所述岩石试样的直径相等，均为50mm。
[0017]所述岩石试样的形状为表面平整的圆柱体，其直径为50mm、高度为20~50mm。
[0018]所述刚性套管为刚性中空圆管，其厚度为2~3mm，内径与所述岩石试样的直径相同，高度比所述岩石试样高20mm以上。
[0019]一种采用如上所述之一的测量系统进行体积不变条件下岩石吸水膨胀压力测量方法，包括以下步骤：
①
将岩石制成直径50mm、高度20~50mm的圆柱体试样，称量其质量并记录；
②
将主容器、副容器通过软管形成连通，并分别放置于两个电子天平上；将岩石试样、大透水板、刚性套管、小透水板、刚性荷载体及滤纸组成的膨胀装置，通过数块垫块架空放置于主容器内，在主容器和副容器上部开口覆盖不透水膜，并在主容器上部的不透水膜开口让刚性荷载体穿过；
③
调整反力支架的横梁，使其与刚性荷载体的顶部接触，锁紧横梁；
④
掀开主容器上的不透水膜并加水直至主容器内水面超过刚性套管顶面10~12mm；盖好不透水膜，记录两个电子天平的读数；
⑤
加水后一个小时内每隔10min记录一次两个电子天平的读数，一小时后每隔1h记录一次两个电子天平的读数，并通过下式计算膨胀压力P
i
及吸水量m
i
：膨胀压力计算公式为：
[0020]式中：P
i
是第i记录的膨胀压力，kPa；d
1i
、d
2i
分别为第i次记录主容器和副容器下方电子天平的示数，g；d
10
、d
20
分别为主容器和副容器下方电子天平的初始示数，即刚加水后的示数，g；s0为岩石试样的横截面面积，mm2；g=9.8 m/s2，为重力加速度；吸水量计算公式为：
[0021]式中：m
i
是第i记录的吸水质量，g；s1、s2分别为主容器和副容器的水面面积，mm2。
[0022]所述步骤
⑤
中主容器和副容器的水面面积s1、s2的计算公式为：s1=S1‑
s3；s2=S2；式中：S1、S2分别为主容器和副容器的内表面面积，mm2；s3为刚性荷载体的横截面积，mm2。
[0023]本专利技术与现有技术相比具有以下优点：1、本专利技术中主容器内的一侧设有突出的细管口Ⅰ，副容器的一侧设有突出的细管口Ⅱ，该细管口Ⅱ通过软管与所述细管口Ⅰ相连，且主容器内设置膨胀装置，通过连通器原理自动测量岩石吸水量，从而得到岩石吸水量与膨胀压力的实时变化关系。
[0024]2、相比于控制注水量研究岩石吸水量与膨胀力关系的方法，本专利技术利用连通器原理，无需控制注水量便可测定岩石试样不同时间点的吸水量，简化了试验过程，同时也减少了直接把注水量当成岩石吸水量所造成的误差，提高了试验结果的准确性。
[0025]3、相比传统的体积不变岩石膨胀压力试验，本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种体积不变条件下岩石吸水膨胀压力测量系统，其特征在于：该系统包括反力支架（1）、膨胀装置（2）、主容器（5）、副容器（7）和两个电子天平（8）；两个所述电子天平（8）上分别对应放置所述主容器（5）与所述副容器（7），该主容器（5）与副容器（7）的上部开口，并分别覆盖不透水膜（3）；所述主容器（5）内的底部均布有数块垫块（4），其一侧设有突出的细管口Ⅰ；所述副容器（7）的一侧设有突出的细管口Ⅱ，该细管口Ⅱ通过软管（6）与所述细管口Ⅰ相连；所述膨胀装置（2）包括置于数块所述垫块（4）上的大透水板（11）、小透水板（10）、刚性荷载体（9）和刚性套管（14）；所述大透水板（11）上设有所述刚性套管（14），该刚性套管（14）内设有置于所述大透水板（11）上的岩石试样（13）、置于所述岩石试样（13）上的所述小透水板（10）、置于所述小透水板（10）上的所述刚性荷载体（9）；所述大透水板（11）与所述岩石试样（13）之间、所述小透水板（10）与所述岩石试样（13）之间均设有滤纸（12）；所述刚性荷载体（9）穿过所述主容器（5）上部的所述不透水膜（3），并与所述反力支架（1）相接触。2.如权利要求1所述的一种体积不变条件下岩石吸水膨胀压力测量系统，其特征在于：所述反力支架（1）包括横梁（15）、竖杆（16）、底座（17）和合金夹座（18）；所述横梁（15）的一端与所述刚性荷载体（9）相接触，其另一端设有所述合金夹座（18）；所述合金夹座（18）上设有紧固旋钮，中心插有所述竖杆（16），并通过紧固旋钮将合金夹座（18）和竖杆（16）固定在一起；所述竖杆（16）的底部固定在所述底座（17）上。3.如权利要求1所述的一种体积不变条件下岩石吸水膨胀压力测量系统，其特征在于：所述电子天平（8）精确度数值不大于0.1g。4.如权利要求1所述的一种体积不变条件下岩石吸水膨胀压力测量系统，其特征在于：所述主容器（5）与所述副容器（7）均为尺寸相同的有机玻璃圆筒容器，且所述细管口Ⅰ与所述细管口Ⅱ均位于靠近容器底部并与容器底部距离相等，管内径为5mm。5.如权利要求1所述的一种体积不变条件下岩石吸水膨胀压力测量系统，其特征在于：所述主容器（5）的底面内径比所述大透水板（11）的直径大10~20mm，高度比所述刚性套管（14）高20~30mm。6.如权利要求1所述的一种体积不变条件下岩石吸水膨胀压力测量系统，其特征在于：所述垫块（4）是指高度及长度、宽度尺寸为5mm的小型规则刚性物体。7.如权利要求1所述的一种体积不变条件下岩石吸水膨胀压力测量系统，其特征在于：所述小透水板（10）与所述大透水板（11）均为均匀分布有许多穿透小孔的圆形钢板，小孔直径不大于1mm。8.如权利要求1所述的一种体积不变条件下岩石吸水膨胀压力测量系统，其特征在于：所述大透水板（11）的直径比所述刚性套管（14）的外径大10~20mm，厚度为2~3mm。9.如权利要求1所述的一种体积不变条件下岩石吸水膨胀压力测量系统，其特征在于：所述刚性荷载体（9）的顶面高于所述主容器（5）的顶面，且其质量为1~2kg。10.如权利要求1所述的一种体积不变条件下岩石吸水膨胀压力测量系统，其特征在于：所述刚性荷载体（9）、所述小透水板（10）、所述大透水板（1...

【专利技术属性】
技术研发人员：马勤国，唐家文，赖远明，罗晓晓，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：