重庆时时彩三码遗漏表: 一种岩石自由膨胀率及含水率测定装置及其使用方法.pdf

(10)申请公布号 CN 103913557 A (43)申请公布日 2014.07.09 CN 103913557 A (21)申请号 201410098912.7 (22)申请日 2014.03.18 G01N 33/24(2006.01) (71)申请人 山东科技大学 地址 266590 山东省青岛市经济技术开发区 前湾港路 579 号 (72)发明人 郭伟耀 赵同彬 谭云亮 尹延春 张振全 邹建超 (74)专利代理机构 济南舜源专利事务所有限公 司 37205 代理人 王连君 (54) 发明名称 一种岩石自由膨胀率及含水率测定装置及其 使用方法 (57) 摘要 本发明公开了一种岩石自由膨胀率及吸水率 测定装置及其使用方法， 其借鉴阿基米德原理， 利 用岩石在水中吸水膨胀体积上的变化， 所致其排 开水量体积变化的基本原理， 通过采用将待测岩 石试样采用橡胶薄膜密封包裹等技术手段， 大大 简化了岩石自由膨胀率及吸水率测定装置的结 构， 其具有结构简单、 选材方便、 制作成本低廉、 操 作简便等特点， 且整个实验装置的系统误差小， 实 验结果真实、 可靠、 准确。本发明的岩石自由膨胀 率及吸水率的测定装置特别适用于实验室使用， 尤其可以同时进行软岩的自由膨胀率及吸水率的 测定。 (51)Int.Cl. 权利要求书 2 页 说明书 6 页 附图 2 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书2页 说明书6页 附图2页 (10)申请公布号 CN 103913557 A CN 103913557 A 1/2 页 2 1. 一种岩石自由膨胀率及吸水率测定装置， 其特征在于， 包括 ： 顶部为敞口的盛水容 器、 溢流接水装置、 排水装置、 加水装置和试样盛放装置 ； 其中， 所述溢流接水装置与所述盛水容器通过管路密封连接 ； 所述加水装置的位置高于所述盛水容器 ； 所述溢流接水装置位于所述盛水容器一侧， 其位置低于所述盛水容器 ； 所述盛水容器 上部的侧壁上设置有溢流管口， 所述溢流接水装置通过软管与所述溢流管口连接 ； 所述试样盛放装置置于所述盛水容器内 ； 所述试样盛放装置从上到下依次为上隔水板、 待测试样、 透水石、 下隔水底座 ； 所述上隔水板开设有通孔， 并设置有与该通孔联通的第一管口 ； 所述加水装置通过第 一连接管与该第一管口密封性插接 ； 所述下隔水底座内部为空心并开设有通孔， 并设置有与该通孔联通的第二管口 ； 所述 排水装置通过第二连接管与该第二管口密封性插接 ； 所述上隔水板、 待测试样、 透水石和下隔水底座由一个环形橡胶薄膜套紧密包裹， 形成 一个四周均不透水的整体结构。 2. 根据权利要求 1 所述岩石自由膨胀率及吸水率测定装置， 其特征在于， 所述盛水容 器还设置有密封盖， 使用时由密封盖盖住， 所述密封盖上开设有透气孔。 3. 根据权利要求 1 所述岩石自由膨胀率及吸水率测定装置， 其特征在于， 所述上隔水 板和下隔水底座的侧面均分别开设有用于固定所述圆环形橡胶薄膜套的环形凹槽。 4. 根据权利要求 1 所述的岩石自由膨胀率及吸水率测定装置， 其特征在于， 所述加水 装置安装有出水口阀门 ； 所述排水装置与所述试样盛放装置之间安装有阀门。 5. 根据权利要求 1 所述的测定岩石自由膨胀率及吸水率的装置， 其特征在于， 所述上 隔水板、 待测试样、 透水石和下隔水底座均为圆盘形状。 6. 根据权利要求 1 所述的测定岩石自由膨胀率及吸水率的装置， 其特征在于， 所述加 水装置、 溢流接水装置和排水装置均由透明材质制作成可直接读取内部水量刻度的量筒式 结构。 7. 一种如权利要求 1 所述的岩石自由膨胀率及吸水率测定装置的使用方法， 依次包括 如下步骤 ： 第一步， 往盛水容器内加水淹没试样盛放装置直至到达溢流口， 形成溢流时即停止加 水 ； 第二步， 记录加水装置的初始水量 V1， 开启加水装置下方阀门， 向试样盛放装置内缓慢 加水， 加入的水通过上隔水板的通孔经待测试样表层向内渗透 ； 待测试样完全浸润后， 多余的水将继续向下方渗透并逐步浸润透水石， 直至透水石被 完全浸润后， 多余的水流入排水装置内 ； 第三步， 在上述第二步骤中， 每隔一定时间读取该时刻加水装置内的水量 V2、 排水装置 内的水量 V3； 当观察到渗水石下表面出现潮湿现象时， 打开排水装置上方的阀门， 将经过透水石的 水排放至排水装置内， 并每隔一定时间读取该时刻溢流接水装置内的水量 V4。 第四步， 待溢流口不再溢流时， 关闭加水装置下方阀门停止向试样盛放装置内加水 ； 此 时， 读取溢流接水装置内的水量 V4； 权 利 要 求 书 CN 103913557 A 2 2/2 页 3 待不再有水流入排水装置内时， 关闭加水装置下方的阀门， 结束实验， 读取并计算出实 验终了状态下的加水装置的总出水量， 即 V1－ V2－ V3和排水装置内的水量 V3； 第五步， 按公式计算出每隔一定时间各时 刻， 以及实验终了时刻的岩石自由膨胀率 ； 按公式计算出每隔一定时间各时刻的待测试样的含水率 ； 式中 ： V0： 为待测岩石试样的初始体积 ； m0： 待测试样的初始质量 ； ρw： 水的密度 ； V1： 加水装置的初始水量 ； V2： 每隔一段时间的各时刻， 加水装置内的水量 ； V3： 每隔一段时间的各时刻， 排水装置内的水量。 权 利 要 求 书 CN 103913557 A 3 1/6 页 4 一种岩石自由膨胀率及含水率测定装置及其使用方法 技术领域 [0001] 本发明涉及一种测定岩石水理性质的实验装置及其使用方法， 尤其涉及一种实验 室用岩石自由膨胀率及吸水率的测定装置及其使用方法。 背景技术 [0002] 岩石的水理特性是指岩石在水溶液作用下所表现出来的性质， 包括岩石的吸水 性、 水力传导性、 软化性、 抗冻性、 膨胀性和可溶性， 是影响岩石工程稳定性的重要因素。一 般的工程岩体总是赋存在一定的水环境中， 受水环境变化的影响， 工程岩体的强度、 变形和 破坏等力学特性将发生变化， 特别是软岩状况。 因此， 准确掌握工程岩体的水理特性对岩石 工程具有重要意义， 尤其自由膨胀率及吸水率是对亲水性软岩进行定性的重要指标。 [0003] 在工程岩体试验方法标准 （GBT50266-1999） 中， 岩石的自由膨胀率及吸水率试样 仅适用于遇水不易崩解的岩石， 而对于亲水性软岩的自由膨胀率无法测定。另外一种测定 自由膨胀率的方法是， 将敲碎的岩样称取一定量倒入量筒内， 摇平， 记录试样初始体积， 然 后注入足量的蒸馏水， 静置于恒温箱中定时观测记录试样体积变化， 自由膨胀率就是试样 体积的增量除以初始体积， 此方法虽能快速测出岩石的自由膨胀率， 但破坏了岩石的原有 结构， 可能有较大误差。 [0004] 中国专利申请 CN102830060A 公开了一种多功能岩石膨胀试验仪， 虽然可以用于 岩石膨胀率的精确测量， 但由于其测量原理及结构方面的原因， 不可避免地存在装置体型 大、 构造复杂、 造价高、 操作繁琐等不足。 [0005] 另一方面， 现有技术中的岩石膨胀试验仪， 一般都存在使用功能单一的不足， 不能 满足同时进行岩石的膨胀率和吸水率测定的使用需求。 发明内容 [0006] 本发明的目的之一是， 提供一种结构简单、 操作简便、 制造成本低廉、 适于实验室 内测定岩石自由膨胀率及吸水率的测试装置 ； [0007] 本发明为实现上述目的所采用的技术方案是， 一种岩石自由膨胀率及吸水率测定 装置， 其特征在于， 包括 ： 盛水容器、 溢流接水装置、 排水装置、 加水装置和试样盛放装置 ； 其中， [0008] 所述盛水容器顶部为敞口 ； [0009] 所述溢流接水装置与所述盛水容器通过管路密封连接 ； [0010] 所述加水装置的位置高于所述盛水容器 ； [0011] 所述溢流接水装置位于所述盛水容器一侧， 其位置低于所述盛水容器 ； 所述盛水 容器上 部的侧壁上设置有溢流管口， 所述溢流接水装置通过软管与所述溢流管口连接 ； [0012] 所述试样盛放装置置于所述盛水容器内 ； [0013] 所述试样盛放装置从上到下依次为上隔水板、 待测试样、 透水石、 下隔水底座 ； [0014] 所述上隔水板开设有通孔， 并设置有与该通孔联通的第一管口 ； 所述加水装置通 说 明 书 CN 103913557 A 4 2/6 页 5 过第一连接管与该第一管口密封性插接 ； [0015] 所述下隔水板开设有通孔， 并设置有与该通孔联通的第二管口 ； 所述排水装置通 过第二连接管与该第二管口密封性插接 ； [0016] 所述上隔水板、 待测试样、 透水石和下隔水底座由一个环形橡胶薄膜套紧密包裹， 形成一个四周均不透水的整体结构。 [0017] 作为优选， 上述盛水容器还设置有密封盖， 使用时由密封盖盖住， 所述密封盖上开 设有透气孔。 [0018] 进一步优选， 上述上隔水板和下隔水底座的侧面均分别开设有用于固定所述圆环 形橡胶薄膜套的环形凹槽。 [0019] 进一步优选， 上述加水装置安装有出水口阀门 ； 所述排水装置与所述试样盛放装 置之间安装有阀门。 [0020] 进一步优选， 上述上隔水板、 待测试样、 透水石和下隔水底座均为圆盘形状。 [0021] 进一步优选， 上述加水装置、 溢流接水装置和排水装置均由透明材质制作成可直 接读取内部水量刻度的量筒式结构。 [0022] 上述技术方案直接带来的技术效果是， 整个实验装置具有结构简单、 体积小、 制造 成本低廉、 操作简便等特点。 [0023] 而且， 上述技术方案中， 待测试样的上、 下两面分别采用有通孔的隔水板和透水 石， 外部加水可充分逐步向待测岩石试样渗透， 或者说是， 多余的水从待测岩石试样中向外 流出。 这些技术手段的采用， 可以有效控制向待测岩石试样内部渗透的水的渗透速度、 渗透 的均匀性， 保证待测岩石试样吸水与膨胀的充分性， 进而保证实验结果的真实性。 [0024] 上述技术方案中， 采用橡胶薄膜套与隔水板及隔水底座结合组成整体隔水结构的 试样盛放装置， 其中， 在实验开始之初， 即试样加水膨胀之前， 橡胶薄膜套在盛水容器的液 位下， 可以被充分挤压， 与隔水板、 待测试样、 透水石等刚性材质贴合在一起， 为实验开始之 初准确测量试样盛放装置的初始体积提供保证 ； 而且， 在试样加水开始膨胀之后， 橡胶薄膜 套又能保证整个试样盛放装置可以随试样膨胀而膨胀， 可以较真实地充分反映出待测岩石 试样吸水之后的体积变化。 这就是说， 上述技术方案中， 试样盛放装置的具体材质和结构是 实现本发明目的的关键性技术手段， 其结构简单、 选材方便、 制作成本低廉、 操作简便等特 点， 上 述实验装置的结构特点直接导致了其系统误差小， 实验结果的真实性好、 准确性高。 [0025] 进一步地， 上述技术方案中， 各连接管均采用橡胶软管， 根据使用需要进行简单的 插接而成， 一方面， 其防水密封性好、 操作简便， 另一方面， 这种橡胶材质的软管不会造成待 测岩石试样体积变化过程中需要避免的刚性材质可能带来的各种束缚， 从而进一步保证了 整个实验装置结构上的合理性与实用性。 [0026] 本发明采用结构简单、 合理、 简易的测定岩石自由膨胀率及吸水率的测试装置， 在 不破坏岩石原有结构的情况下测出岩石在三维空间内自由膨胀率的同时， 还能够测出岩石 含水率， 从而确定二者的相互关系。其系统误差小、 操作灵活简便， 相对于现有技术的结构 复杂、 造价昂贵、 操作难度较大的各类实验装置， 不难看出， 其均具有突出的实质性特点和 显著的进步。 [0027] 本发明目的之二是， 提供一种上述岩石自由膨胀率及吸水率测定装置的使用方 法。 说 明 书 CN 103913557 A 5 3/6 页 6 [0028] 本发明为实现上述目的所采用的技术方案是， 一种如权利要求 1 所述的岩石自由 膨胀率及吸水率测定装置的使用方法， 依次包括如下步骤 ： [0029] 第一步， 往盛水容器内加水淹没试样盛放装置直至到达溢流口， 形成溢流时即停 止加水 ； [0030] 第二步， 记录加水装置的初始水量 V1， 开启加水装置下方阀门， 向试样盛放装置内 缓慢加水， 加入的水通过上隔水板的通孔经待测试样表层向内渗透 ； [0031] 待测试样完全浸润后， 多余的水将继续向下方渗透并逐步浸润透水石， 直至透水 石被完全浸润后， 多余的水流入排水装置内 ； [0032] 第三步， 在上述第二步骤中， 每隔一定时间读取该时刻加水装置的水量 V2、 排水装 置内的水量 V3； [0033] 当观察到渗水石下表面出现潮湿现象时， 打开排水装置上方的阀门， 将经过透水 石的水排放至排水装置内， 并每隔一定时间读取该时刻溢流接水装置内的水量 V4。 [0034] 第四步， 待溢流口不再溢流时， 关闭加水装置下方阀门停止向试样盛放装置内加 水 ； 此时， 读取溢流接水装置内的水量 V4； [0035] 待不再有水流入排水装置内时， 关闭排水装置下方的阀门， 结束实验， 读取并计算 出实验终了状态下的加水装置的总出水量为 V1－ V2－ V3和排水装置内的水量 V3； [0036] 第五步， 按公式计算出每隔一定时 间各时刻， 以及实验终了时刻的岩石自由膨胀率 ； [0037] 按公式计算出每隔一定时间各时刻的待测试样的含水率 ； [0038] 式中 ： [0039] V0： 为待测岩石试样的初始体积 ； [0040] m0： 待测试样的初始质量 ； [0041] ρw： 水的密度 ； [0042] V1： 加水装置的初始水量 ； [0043] V2： 每隔一段时间的各时刻， 加水装置内的水量 ； [0044] V3： 每隔一段时间的各时刻， 排水装置内的水量。 附图说明 [0045] 图 1 为本发明的岩石自由膨胀率及吸水率测定装置结构示意图 ； [0046] 图 2 为本发明的岩石自由膨胀率及吸水率测定装置变形之一的结构示意图 ； [0047] 图 3 为本发明的岩石自由膨胀率及吸水率测定装置变形之二的结构示意图 ； [0048] 图 4 为根据本发明的岩石自由膨胀率及吸水率测定装置进行岩石自由膨胀率及 吸水率测定的实验结果绘制出的反映岩石自由膨胀率及吸水率变化规律的曲线图。 说 明 书 CN 103913557 A 6 4/6 页 7 具体实施方式 [0049] 下面结合附图和实施例， 对本发明的岩石自由膨胀率及吸水率测定装置及其使用 方法进行详细说明。 [0050] 如图 1 所示， 本发明的岩石自由膨胀率及吸水率测定装置， 包括 ： 顶部为敞口的盛 水容器 13、 溢流接水装置 14、 排水装置 12、 加水装置 11 和试样盛放装置 3 ； 其中， [0051] 所述溢流接水装置 14 与所述盛水容器 13 通过管路密封连接 ； [0052] 所述加水装置 11 的位置高于所述盛水容器 13 ； [0053] 所述溢流接水装置位于所述盛水容器 13 一侧， 其位置低于所述盛水容器 13 ； 所述 盛水容器 13 上部的侧壁上设置有溢流管口 8， 所述溢流接水装置通过软管与所述溢流管口 8 连接 ； [0054] 所述试样盛放装置 3 置于所述盛水容器 13 内 ； [0055] 所述试样盛放装置从上到下依次为上隔水板 5、 待测试样 4、 透水石 2、 下隔水底座 1 ； [0056] 所述上隔水板 5 开设有通孔， 并设置有与该通孔联通的第一管口 ； 所述加水装置 11 通过第一连接管与该第一管口密封性插接 ； [0057] 所述下隔水底座 1 内部为空心状， 且开设有通孔， 并设置有与该通孔联通的第二 管口 ； 所述排水装置 12 通过第二连接管与该第二管口密封性插接 ； [0058] 所述上隔水板 5、 待测试样 4、 透水石 2 和下隔水底座 1 由一个环形橡胶薄膜套紧 密包裹， 形成一个四周均不透水的整体结构。 [0059] 上述盛水容器还设置有密封盖 10， 使用时由密封盖 10 盖住， 所述密封盖上开设有 透气 孔7。 这样， 针对岩石自由膨胀率及吸水率实验过程时间较长的特点 （一般为一周到二 周时间） ， 可有效减少盛水容器内水量蒸发所指的实验误差。 [0060] 上述上隔水板5和下隔水底座1的侧面均分别开设有用于固定所述圆环形橡胶薄 膜套的环形凹槽。这样， 便于将橡胶薄膜套牢固地固定住， 从而确保整个试样盛放装置 3 与 其外围的水体充分隔绝， 形成一个可靠地隔水、 防水空间， 防止盛水容器 13 内的水渗透进 入待测试样 4。 [0061] 上述加水装置安装有出水口阀门 9 ； 所述排水装置 12 与所述试样盛放装置之间安 装有阀门 19。这主要是为了操作方便进行的常规设计。 [0062] 上述上隔水板 5、 待测试样 4、 透水石 3 和下隔水底座 1 均为圆盘形状。这可以保 证实验前后提及测量的真实性和准确性， 以及安装过程的方便。 [0063] 上述加水装置 11、 排水装置 12 及溢流接水装置 14 均由透明材质制作成可直接读 取内部水量刻度的量筒式结构。 采用上述结构， 使得实验所需的各基础数据均可直接读取， 进一步简化了整个实验装置的操作难度。 [0064] 为更好地理解本发明， 下面结合实施例， 对本发明的岩石自由膨胀率及吸水率测 定装置的使用方法进行详细说明。 [0065] 本发明的测定岩石自由膨胀率及吸水率的装置的使用方法， 依次包括如下步骤 ： [0066] 第一步， 往盛水容器13内加水淹没试样盛放装置3直至到达溢流口8， 形成溢流时 即停止加水 ； 说 明 书 CN 103913557 A 7 5/6 页 8 [0067] 第二步， 记录加水装置 11 的初始水量 V1， 开启加水装置下方阀门 9， 向试样盛放装 置内缓慢加水， 加入的水通过上隔水板 5 的通孔经待测试样表层向内渗透 ； [0068] 待测试样完全浸润后， 多余的水将继续向下方渗透并逐步浸润透水石 2， 直至透水 石 2 被完全浸润后， 多余的水流入排水装置 12 内 ； [0069] 第三步， 在上述第二步骤中， 每隔一定时间读取该时刻加水装置内的水量 V2、 排水 装置内的水量 V3； [0070] 当观察到渗水石下表面出现潮湿现象时， 打开排水装置上方的阀门 9， 将经过透水 石的水排放至排水装置 12 内， 并每隔一定时间读取该时刻溢流接水装置 14 内的水量 V4。 [0071] 第四步， 待溢流口 8 不再溢流时， 关闭加水装置 11 下方阀门 9 停止向试样盛放装 置内加水 ； 此时， 读取溢流接水装置 14 内的水量 V4； [0072] 待不再有水流入排水装置 12 内时， 关闭排水装置 12 上方的阀门 19， 结束实验， 读 取并计算出实验终了状态下的加水装置的总出水量和排水装置内的水量 V3； [0073] 第五步， 按公式计算出每隔一定时 间各时刻， 以及实验终了时刻的岩石自由膨胀率 ； [0074] 按公式计算出每隔一定时间各时刻的待测试样的含水率 ； [0075] 式中 ： [0076] V0： 为待测岩石试样的初始体积 ； [0077] m0： 待测试样的初始质量 ； [0078] ρw： 水的密度 ； [0079] V1： 加水装置的初始水量 ； [0080] V2： 每隔一段时间的各时刻， 加水装置内的水量 ； [0081] V3： 每隔一段时间的各时刻， 排水装置内的水量。 [0082] 图 4 为根据本发明的岩石自由膨胀率及吸水率测定装置进行岩石自由膨胀率及 吸水率测定的实验结果绘制出的反映岩石自由膨胀率及吸水率变化规律的曲线图。 [0083] 如图 4 所示， 测试自由膨胀率及含水率的时候， 随着时间的变化， 明显分为分别对 应的三个阶段 ： 含水率曲线表明岩样吸水分为为快速吸水阶段、 缓慢吸水阶段及饱和吸水 阶段， 与含水率曲线相对应的自由膨胀率曲线为快速膨胀阶段、 缓慢膨胀阶段及膨胀饱和 阶段， 岩石吸水明显分为三个阶段， 与实际情况相符， 均真实地反映出了岩石的自由膨胀率 及吸水率变化的规律。 [0084] 需要说明的是， 基于本发明的技术思想， 结合现有技术， 上述岩石自由膨胀率及吸 水率实验装置还可以作出诸多的变形， 均将落入在本发明的?；し段?。例如 ： [0085] 如图2所示的岩石自由膨胀率及吸水率测定装置， 就是通过将溢流接水装置14简 化变形成一个量筒， 并将其直接置于盛水容器内 （相应地， 取消了溢流口） 的结构形式。 说 明 书 CN 103913557 A 8 6/6 页 9 [0086] 如图3所示的岩石自由膨胀率及吸水率测定装置， 就是将加水装置11直接安装在 盛水容器的盖板上的另一种结构上的变形方式。 说 明 书 CN 103913557 A 9 1/2 页 10 图 1 图 2 图 3 说 明 书 附 图 CN 103913557 A 10 2/2 页 11 图 4 说 明 书 附 图 CN 103913557 A 11