一种膨胀软岩遇水变形模量衰减测试装置及测试方法制造方法及图纸

本发明专利技术实施例公开了一种膨胀软岩遇水变形模量衰减测试装置及测试方法。该测试装置中，试样承载台设置于水箱中。试样承载台的轴向两侧均设置有轴向膨胀监测系统。控温系统中的发热部件设置于水箱内。轴向声波监测系统中的声波探头设置于试样的轴向两端。本发明专利技术实施例的膨胀软岩遇水变形模量衰减测试装置及测试方法可用于对膨胀软岩进行不同水温工况的膨胀应变与声波波速的测试，并建立较为理想的本构模型，利用开挖现场的变形监测数据或声波数据，可以快速的判断膨胀软岩的强度变化情况，可以为洞室围岩稳定性、边坡稳定性以及相关支护措施更为全面、准确、可靠的建议；另外，该装置结构简单、易于产业化、操作方便、高效。高效。高效。

【技术实现步骤摘要】
一种膨胀软岩遇水变形模量衰减测试装置及测试方法


[0001]本专利技术涉及岩石力学相关
，具体地说是涉及一种膨胀软岩遇水变形模量衰减测试装置及测试方法。

技术介绍

[0002]膨胀软岩的分布广泛，大部分为泥质胶结，物理力学性质受外部条件影响显著，特别是在南方夏季高温多雨的条件下，与水作用后，物理力学性质将会发生较大改变，产生泥化与软化作用，岩体的变形模量会急剧降低，对道路边坡、硐室的稳定性有着重要控制作用，即使在地层倾角较缓的条件下，也能产生顺层平推式失稳。
[0003]目前的对膨胀软岩遇水的力学衰减采用干和饱和状态下抗压强度的比值(软化系数)来表征。由于抗压强度试验将破坏试样，并且泥岩遇水后的快速崩解等，因此采用物理性质较为相近的岩样做出的试验仍异于实际情况，且不能得到在遇水时力学衰减的过程数据。

技术实现思路

[0004]针对现有技术之不足，本专利技术的一个方面公开了一种膨胀软岩遇水变形模量衰减测试装置。
[0005]所述膨胀软岩遇水变形模量衰减测试装置包括水箱、控温系统、轴向膨胀监测系统、轴向声波监测系统和试样承载台。所述试样承载台设置于所述水箱中。所述试样承载台的轴向两侧均设置有所述轴向膨胀监测系统。所述控温系统中的发热部件设置于所述水箱内。所述轴向声波监测系统中的声波探头设置于试样的轴向两端。
[0006]根据本专利技术的一个优选实施方式，还包括固定底座。所述水箱设置于所述固定底座上。
[0007]根据本专利技术的一个优选实施方式，所述控温系统包括控温台和与所述控温台相连接的所述发热部件。
[0008]根据本专利技术的一个优选实施方式，所述轴向膨胀监测系统包括电子千分表、千分表连杆、立杆、轴向滑道、长条板和圆盘。所述电子千分表设置在所述千分表连杆上。所述千分表连杆可移动地连接在所述立杆上，并通过第一调节机构连接固定在所述立杆上。所述立杆竖直设置在所述试样承载台的轴向侧部。所述轴向滑道沿所述试样承载台的轴向设置于所述水箱中。所述长条板的底部可滑动地设置在所述轴向滑道上。所述长条板的上部位置高于所述水箱的顶部。所述圆盘通过连接件可移动地连接在所述长条板上，并通过第二调节机构连接固定在所述长条板上。
[0009]根据本专利技术的一个优选实施方式，所述轴向声波监测系统包括支撑杆、线槽、导线、固定环和超声波探头。所述支撑杆竖直设置。所述线槽一端固定在所述支撑杆上。所述导线一端与所述超声波探头相连接，另一端穿过所述线槽连接至超声波数据处理装置。所述超声波探头设置于所述固定环上。
[0010]根据本专利技术的一个优选实施方式，所述试样承载台包括托板和热缩管。所述托板呈U型结构，其底部通过支架固定在所述水箱底部并位于所述轴向滑道上方。所述热缩管设置在所述托板上。在所述热缩管设置有镂空槽。
[0011]根据本专利技术的一个优选实施方式，所述发热部件为加热棒。所述加热棒呈环型结构布置于所述水箱中。
[0012]本专利技术的另一个方面公开了一种膨胀软岩遇水变形模量衰减测试方法，其包括如下步骤：
[0013]步骤(a)：制备试样，所述试样数量至少为3个。测量试样的高度h和质量m。
[0014]步骤(b)：将试样中的一个试样进行天然含水率时的声波测试，然后放入105
‑
110℃的干燥箱中烘干至恒重，测量该试样干燥后的高度h
d
和质量m
d
，并计算天然含水率ω。其中，
[0015]步骤(c)：将如上任意一项所述的膨胀软岩遇水变形模量衰减测试装置中的热缩管套在所述步骤(b)中干燥后的试样上。用热吹风机使热缩管紧紧的包裹住所述步骤(b)中干燥后的试样。
[0016]步骤(d)：将经过所述步骤(c)处理后的干燥后的试样两端涂上凡士林，放在将如上任意一项所述的膨胀软岩遇水变形模量衰减测试装置中的托板上，将将如上任意一项所述的膨胀软岩遇水变形模量衰减测试装置中的带有固定环的超声波探头紧贴在两端涂有凡士林的试样两端，并使得两个所述超声波探头的中心处于该试样中心轴线上。
[0017]步骤(e)：调节如上任意一项所述的膨胀软岩遇水变形模量衰减测试装置中的圆盘高度，使圆盘中心与试样岩芯轴心重合。并将如上任意一项所述的膨胀软岩遇水变形模量衰减测试装置中的电子千分表的指针放置在如上任意一项所述的膨胀软岩遇水变形模量衰减测试装置中的长条板上。
[0018]步骤(f)：在如上任意一项所述的膨胀软岩遇水变形模量衰减测试装置中的水箱中倒入液体前记录电子千分表的数值并通过轴向声波监测系统测量试样的声波数据，通过控温台设置的试验温度。
[0019]步骤(g)：将已加热到试验温度的液体倒入水箱中并使试样在液面20mm以下的位置，同时开始进行膨胀位移s和声波vp数据的记录，在试样的第一个小时每隔2分钟记录一次，此后每隔10分钟记录一次数据，当测量的前后两次位移数据的变化量小于5％时，认定膨胀趋于稳定并结束测量。
[0020]步骤(h)：绘制时间t与膨胀位移s曲线、时间t与声波vp曲线，并计算波速衰减量
△
vp以及对应的试样膨胀应变值ε，其中
△
vp＝vp
d
‑
vp
us
，vp
d
为干燥试样的波速值，vp
us
为最后一次测得的波速值，s为膨胀位移量，h为试样高度。
[0021]步骤(i)：将另外两个试样分别进行干燥和饱和状态的变形模量试验，并在抗剪试验前测量干燥和饱和时试样的波速，获得变形模量衰减量
△
ES和波速衰减量
△
vp
s
，其中
△
ES＝ES
d
‑
ES
s
，ES
d
为干燥状态的变形模量，ES
s
为饱和状态的变形模量，
△
vp
s
＝vp
d
‑
vp
s
，vp
d
为干燥试样的波速值，vp
s
饱和试样的波速值；
[0022]步骤(k)：对不同风化程度的试样重复步骤(a)～步骤(i)，对不同风化程度的试样
组数大于4组，利用得到的波速衰减量
△
vp以及对应的试样膨胀应变值ε数据建立波速衰减
△
vp与膨胀应变值ε曲线并拟合公式
△
vp＝Ae
Bε
,其中A、B为实参系数；利用得到的波速衰减量
△
vp
s
以及对应变形模量衰减量
△
ES数据建立波速衰减
△
vp
s
与变形模量衰减量
△
ES曲线并拟合公式
△
T＝ce
D
△
vps
,其中C、D为实参系数；
[0023]根据本专利技术的一个优选实施方式，所述步本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种膨胀软岩遇水变形模量衰减测试装置，其特征在于，其包括水箱(2)、控温系统(3)、轴向膨胀监测系统(4)、轴向声波监测系统(5)和试样承载台(6)；所述试样承载台(6)设置于所述水箱(2)中；所述试样承载台(6)的轴向两侧均设置有所述轴向膨胀监测系统(4)；所述控温系统(3)中的发热部件(32)设置于所述水箱(2)内；所述轴向声波监测系统(5)中的声波探头(55)设置于试样的轴向两端。2.根据权利要求1所述的膨胀软岩遇水变形模量衰减测试装置，其特征在于，还包括固定底座(1)；所述水箱(2)设置于所述固定底座(1)上。3.根据权利要求1所述的膨胀软岩遇水变形模量衰减测试装置，其特征在于，所述控温系统(3)包括控温台(31)和与所述控温台(31)相连接的所述发热部件(32)。4.根据权利要求1所述的膨胀软岩遇水变形模量衰减测试装置，其特征在于，所述轴向膨胀监测系统(4)包括电子千分表(41)、千分表连杆(42)、立杆(43)、轴向滑道(44)、长条板(45)和圆盘(46)；所述电子千分表(41)设置在所述千分表连杆(42)上；所述千分表连杆(42)可移动地连接在所述立杆(43)上，并通过第一调节机构连接固定在所述立杆(43)上；所述立杆(43)竖直设置在所述试样承载台(6)的轴向侧部；所述轴向滑道(44)沿所述试样承载台(6)的轴向设置于所述水箱(2)中；所述长条板(45)的底部可滑动地设置在所述轴向滑道(44)上；所述长条板(45)的上部位置高于所述水箱(2)的顶部；所述圆盘(46)通过连接件可移动地连接在所述长条板(45)上，并通过第二调节机构连接固定在所述长条板(45)上。5.根据权利要求4所述的膨胀软岩遇水变形模量衰减测试装置，其特征在于，所述轴向声波监测系统(5)包括支撑杆(51)、线槽(52)、导线(53)、固定环(54)和超声波探头(55)；所述支撑杆(51)竖直设置；所述线槽(52)一端固定在所述支撑杆(51)上；所述导线(53)一端与所述超声波探头(55)相连接，另一端穿过所述线槽(52)连接至超声波数据处理装置；所述超声波探头(55)设置于所述固定环(54)上。6.根据权利要求5所述的膨胀软岩遇水变形模量衰减测试装置，其特征在于，所述试样承载台(6)包括托板(61)和热缩管(62)；所述托板(61)呈U型结构，其底部通过支架(63)固定在所述水箱(2)底部并位于所述轴向滑道(44)上方；所述热缩管(62)设置在所述托板(61)上；在所述热缩管(62)设置有镂空槽(621)。7.根据权利要求3所述的膨胀软岩遇水变形模量衰减测试装置，其特征在于，所述发热部件(32)为加热棒；所述加热棒呈环型结构布置于所述水箱(2)中。8.一种膨胀软岩遇水变形模量衰减测试方法，其特征在于，其包括如下步骤：步骤(a)：制备试样，所述试样数量至少为3个；测量试样的高度h和质量m；
步骤(b)：将试样中的一个试样进行天然含水率时的声波测试，然后放入105
‑
110℃的干燥箱中烘干至恒重，测量该试样干燥后的高度h
d
和质量m
d
，并计算天然含水率ω；其中，步骤(c)：将权利要求1至7之一所述的膨胀软岩遇水变形模量衰减测试装置中的热缩管(62)套在所述步骤(b)中干燥后的试样上；用热吹风机使热缩管(62)紧紧的包裹住所述步骤(b)中干燥后的试样；步骤(d)：将经过所述步骤(c)处理后的干燥后的试样两端涂上凡士林，放在将权利要求1至7之一所述的膨胀软岩遇水变形模量衰减测试装置中的托板(61)上，将将权利要求1至7之一所述的膨胀软岩遇水变形模量衰减测试装置中的带有固定环(54)的超声波探头(55)紧贴在两端涂有凡士林的试样两端，并使得两个所述超声波探头(55...

【专利技术属性】
技术研发人员：王春山，巴仁基，韩浩东，铁永波，高延超，徐伟，白永健，
申请(专利权)人：中国地质调查局成都地质调查中心西南地质科技创新中心，
类型：发明
国别省市：