一种岩石自由膨胀率及含水率测定装置及其使用方法
【专利摘要】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。
【专利说明】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。[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\ — \ — V3和排水装置内的水量V3 ；
[0036]第五步，按公式
【权利要求】
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.—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 ；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\ — \ — V3和排水装置内的水量V3 ；
第五步，按公式
【文档编号】G01N33/24GK103913557SQ201410098912
【公开日】2014年7月9日 申请日期:2014年3月18日 优先权日:2014年3月18日
【发明者】郭伟耀, 赵同彬, 谭云亮, 尹延春, 张振全, 邹建超 申请人:山东科技大学