一种用于不同温度同时测量膨胀压力和晶面间距的装置制造方法及图纸

一种用于不同温度同时测量膨胀压力和晶面间距的装置，通过温控系统控制土样的温度，可保证试验过程中土样温度不发生改变，并且可以根据试验需求设置任意的温度。在土样下表面通过滤纸向土样提供水分，避免了直接开孔供水导致供水不均匀的问题，利用金属铍机械强度高、X射线透射率高的特点，将铍板作为X射线的透射窗口，既可以保证X射线通过，又可以起到限制土样变形的作用。薄片式的土样吸水时含水率会更加均匀，试验结果更准确。使用X射线衍射技术测量衍射角度计算晶面间距，将约束变形的膨胀压力和晶面间距相互对应，便于后续研究晶面间距与膨胀压力之间的关系。间距与膨胀压力之间的关系。间距与膨胀压力之间的关系。

【技术实现步骤摘要】
一种用于不同温度同时测量膨胀压力和晶面间距的装置


[0001]本专利技术涉及岩土工程领域，具体涉及一种用于不同温度同时测量膨胀压力和晶面间距的装置。

技术介绍

[0002]膨润土由于其渗透性低、溶胀性好的物理性质，有着防渗隔断的优点，所以在工程上常被用在地下建立防渗墙。如垃圾场侧面和底部的膨润土防渗墙，放射性废物周围的膨润土缓冲/回填层等。将膨润土应用于上述的实际工程后，膨润土与周围土体或岩石之间存在孔隙，膨润土自身内部也存在孔隙，为起到良好的防渗隔断作用，需要通过膨润土自身的膨胀来填充上述孔隙，因此压实膨润土吸水时的约束变形膨胀压力得到了广泛研究。但考虑到膨润土并不仅有一种成分，有关于各种微观粒子之间如何相互作用如何产生宏观膨胀压力，仍缺乏研究。
[0003]目前的研究认为亲水性矿物蒙脱石的膨胀机理是由于水分子渗透进入蒙脱石片状晶体结构的层间空间(晶面间距)，导致晶面间距增大，最终引起宏观体积膨胀，产生膨胀压力，根据上述的膨胀机理可知，晶面间距与膨胀压力之间存在着密切的联系。同时，温度的变化将会对蒙脱石吸水膨胀性能产生影响。已有的研究结果表明，温度越高，膨润土的膨胀速率越大，膨胀变形至稳定所需的时间越短，持水能力越低，导致最大膨胀率变小，进而膨胀压力也会变小。此外膨润土中除含有蒙脱石外，还含有非膨胀性土颗粒，不同颗粒之间相互作用的机理尚不明确，导致建立微观晶面间距与宏观膨胀压力之间的联系存在困难，所以提供一种可以在任意的温度下测量晶面间距与膨胀压力的试验装置非常重要，以便于后续研究将晶面间距与膨胀压力相关联。
[0004]目前已经开发了几种类似的试验装置。已有可以测量晶面间距随吸水率变化的装置，但在试验过程中无法测量膨胀压力。已有的可以同时测量膨胀压力和晶面间距的装置观测过程需要近一个月的时间，存在试验时间长、温度不可控、结果偏差大的问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术为了克服以上技术的不足，提供了一种可以在任意的温度下，同时测量约束变形的膨胀压力和吸水性矿物晶体的晶面间距的装置。
[0006]本专利技术克服其技术问题所采用的技术方案是：
[0007]一种用于不同温度同时测量膨胀压力和晶面间距的装置，包括：
[0008]下板，设置于XRD仪器样品台上，下板的上端面中设置有水槽，所述水槽中嵌装有滤纸，土样设置于滤纸的上方；
[0009]两个进水口，分别对称设置于下板的前后两端，进水口沿水平方向设置于下板上，进水通道内侧端与水槽相连通，其外侧端连接于供水装置；
[0010]铍板，嵌装于水槽中，铍板位于土样的上方；
[0011]上板，其下端沿左右方向水平设置有若干X射线通道；
[0012]上板和下板中均以折线的形式设置有管路，上板的前端设置有温控介质入口，温控介质入口与上板内的管路的头端相连通，下板的前端设置有温控介质出口，温控介质出口与下板内的管路的头端相连通，上板的底平面以及下板的上端面上均设置有接口，上板中的接口与与上板内的管路的尾端相连通，下板中的接口与下板内的管路的尾端相连通，当上板通过固定装置固定于下板上时，两个接口通过密封圈密封连接且X射线通道的下端与水槽相连通，XRD仪器的X射线管位于X射线通道的一端，XRD仪器的X射线监测仪位于X射线通道的另一端，X射线管发出的X射线通过X射线通道后被X射线监测仪采集；以及
[0013]温控系统，其将加热后的温控介质通过温控介质入口输入到上板和下板中，换热后的温控介质通过温控介质出口流回温控系统。
[0014]进一步的，上述供水装置包括供水瓶，供水瓶设置于下板的上方，供水瓶的下端连接有一供水管，该供水管的尾端与一侧的进水通道的外侧端相连接，另一侧的进水管道的外侧端与另一供水管相连接。
[0015]为了使土样膨胀时更加均匀，还包括呈圆环形结构的钢环，所述水槽呈圆孔形结构，钢环外径与水槽内径相匹配，钢环嵌入安装于水槽中，土样位于钢环的内孔中。
[0016]还包括由PET材料制成的透明的隔水薄膜，隔水薄膜位于铍板与土样之间，透水薄膜嵌装于水槽中。
[0017]优选的，上述钢环内的土样的直径为30mm，厚度为2mm。
[0018]优选的，铍板厚度为0.1mm。
[0019]进一步的，上述固定装置包括沿竖直方向设置于上板中的若干通孔，所述下板上对应设置有若干螺孔，螺钉穿过通孔后旋合于对应的螺孔中。
[0020]优选的，每两个相邻的X射线通道之间的间隔为1mm，所述X射线通道的高度为4mm。
[0021]进一步的，上述温控系统包括温控箱，其内部装有硅油，温控箱中设置有循环泵，循环泵的入口端通过管路与硅油相连通，其出口端通过软管与温控介质入口相连通，所述温控介质出口通过软管与温控箱相连接，所述温控箱中设置有加热管。为了便于测量土样膨胀产生的压力以及温度，还包括设置于水槽底部的温度传感器和压力传感器，温度传感器和压力传感器的探头端均位于滤纸的下方，所述下板中沿水平方向设置有传感器线路接口，温度传感器和压力传感器的线路经传感器线路接口穿出。
[0022]本专利技术的有益效果是：通过温控系统控制土样的温度，可保证试验过程中土样温度不发生改变，并且可以根据试验需求设置任意的温度。在土样下表面通过滤纸向土样提供水分，避免了直接开孔供水导致供水不均匀的问题，利用金属铍机械强度高、X射线透射率高的特点，将铍板作为X射线的透射窗口，既可以保证X射线通过，又可以起到限制土样变形的作用。在上板内间隔开设X射线通道的方式，不采取开设完整的一个X射线通道，利用上板的压力防止膨胀压力过大时铍板变形，利用上板、铍板、钢环和下板的共同作用，使得完全限制土样的变形，保证测量结果准确、可靠。创新性的采用薄片式的土样，可以大大缩短试验观测时间，并且相对于大体积土样，薄片式的土样吸水时含水率会更加均匀，试验结果更准确。过压力传感器测量限制变形的膨胀压力，同时使用X射线衍射技术测量衍射角度计算晶面间距，将约束变形的膨胀压力和晶面间距相互对应，便于后续研究晶面间距与膨胀压力之间的关系。
附图说明
[0023]图1为本专利技术的使用装置的立体结构示意图；
[0024]图2为本专利技术的立体结构示意图；
[0025]图3为本专利技术的上板部位的仰视结构示意图；
[0026]图4为本专利技术的下板部位的俯视结构示意图；
[0027]图5为图4中A
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A向剖面结构示意图；
[0028]图6为图5中的B
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B向剖面结构示意图；
[0029]图7为本专利技术的测量膨润土图样的衍射角曲线图；
[0030]图中，1.温控介质入口2.上板3.铍板4.隔水薄膜5.滤纸6.水槽7.进水通道8.下板9.温控介质出口10.X射线通道11.土样12.钢环13.压力传感器14.温度传感器15.传感器线路接口16.管路17.接口18.螺孔19.密封圈20.温控箱21.硅油22.加热管23.循环泵24.供水管25.供水瓶26.X射线管27.X射线本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于不同温度同时测量膨胀压力和晶面间距的装置，其特征在于，包括：下板（8），设置于XRD仪器样品台（28）上，下板（8）的上端面中设置有水槽（6），所述水槽（6）中嵌装有滤纸（5），土样（11）设置于滤纸（5）的上方；两个进水口（7），分别对称设置于下板（8）的前后两端，进水口（7）沿水平方向设置于下板（8）上，进水通道（7）内侧端与水槽（6）相连通，其外侧端连接于供水装置；铍板（3），嵌装于水槽（6）中，铍板（3）位于土样（11）的上方；上板（2），其下端沿左右方向水平设置有若干X射线通道（10）；上板（2）和下板（8）中均以折线的形式设置有管路（16），上板（2）的前端设置有温控介质入口（1），温控介质入口（1）与上板（2）内的管路（16）的头端相连通，下板（8）的前端设置有温控介质出口（9），温控介质出口（9）与下板（8）内的管路（16）的头端相连通，上板（2）的底平面以及下板（8）的上端面上均设置有接口（17），上板（2）中的接口（17）与与上板（2）内的管路（16）的尾端相连通，下板（8）中的接口（17）与下板（8）内的管路（16）的尾端相连通，当上板（2）通过固定装置固定于下板（8）上时，两个接口（17）通过密封圈（19）密封连接且X射线通道（10）的下端与水槽（6）相连通，XRD仪器的X射线管（26）位于X射线通道（10）的一端，XRD仪器的X射线监测仪（27）位于X射线通道（10）的另一端，X射线管（26）发出的X射线通过X射线通道（10）后被X射线监测仪（27）采集；以及温控系统，其将加热后的温控介质通过温控介质入口（1）输入到上板（2）和下板（8）中，换热后的温控介质通过温控介质出口（9）流回温控系统。2.根据权利要求1所述的用于不同温度同时测量膨胀压力和晶面间距的装置，其特征在于：所述供水装置包括供水瓶（25），供水瓶（25）设置于下板（8）的上方，供水瓶（25）的下端连接有一供水管（24），该供水管（24）的尾端与一侧的进水通道（7）的外侧端相连接，另一侧的进水管道（7）的外侧端与另一供水管（24）相连接。3.根据权利要求1所述的用于不同温度同时测量膨胀压力和晶面...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨忠年，孙振兴，陈宏伟，蔡国军，张莹莹，凌贤长，
申请(专利权)人：中铁十七局集团有限公司安徽建筑大学青岛磐垚新材料工程研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：