一种测定硬石膏岩、石膏岩毛细吸水率及膨胀率的装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种测定硬石膏岩、石膏岩毛细吸水率及膨胀率的装置，包括依次连通的恒压给水系统、岩样吸水系统以及集水系统，在恒压给水系统以及集水系统的底部均设置有电子天平；所述的岩样吸水系统包括内部装有岩样的试样密封瓶，岩样密封瓶的高低可调节，在岩样上安装有千分表；所述的恒压给水系统包括恒压给水密封瓶，在恒压给水密封瓶上设置有气体连通管和平衡进气管。本实用新型使实验室内测定硬石膏岩及石膏岩的毛细吸水规律及其膨胀率成为可能，这为实践中由硬石膏岩、石膏岩此类特性引发的工程病害问题防治提供数据参考，具有重要的理论意义和实用价值。
【专利说明】
一种测定硬石膏岩、石膏岩毛细吸水率及膨胀率的装置
技术领域
[0001]本实用新型涉及岩土工程技术领域，具体涉及一种测定硬石膏岩、石膏岩毛细吸水率及膨胀率的装置。
【背景技术】
[0002]天然岩体的稳定性对于工程结构物的合理建设与安全运营具有重要意义。硬石膏岩、石膏岩具有较强的吸水性及膨胀特性，吸水膨胀后岩体性能劣化，当公路或铁路隧道工程穿越此类岩地层时，该类岩的不良特性对工程的正常建设及后期运营产生极大危害。当硬石膏岩、石膏岩接触水时，其毛细吸水现象明显、膨胀特性显著。目前没有一种能够同时测试岩体的毛细吸水率及膨胀率的试验装置，尤其针对硬石膏岩、石膏岩这类吸水性及膨胀性均较强的工程岩体，因此设计一种能够实时测量岩体的毛细吸水率及膨胀率的简易装置，进而得到硬石膏岩、石膏岩的毛细吸水规律、膨胀规律及两者之间的耦合关系，可为实际工程中由硬石膏岩、石膏岩此类不良特性引发的工程病害防治提供数据参考，具有重要的理论意义和实用价值。
【发明内容】
[0003]针对上述现有技术中提出的问题，本实用新型的目的在于，提供一种可以测定硬石膏岩、石膏岩毛细吸水率及膨胀率的装置，以解决现有装置不能同时测定岩样的毛细吸水率和膨胀率的问题。
[0004]为了实现上述任务，本实用新型采用以下技术方案:
[0005]—种测定硬石膏岩、石膏岩毛细吸水率及膨胀率的装置，包括依次连通的恒压给水系统、岩样吸水系统以及集水系统，在恒压给水系统以及集水系统的底部均设置有电子天平;所述的岩样吸水系统包括内部装有岩样的试样密封瓶，岩样密封瓶的高低可调节，在岩样上安装有千分表;所述的恒压给水系统包括恒压给水密封瓶，在恒压给水密封瓶上设置有气体连通管和平衡进气管。
[0006]进一步地，所述的恒压给水系统还包括第一水平底座，第一水平底座上设置有第一电子天平，第一电子天平上设置所述的恒压给水密封瓶，在恒压给水密封瓶上设置有第一瓶塞，所述的气体连通管和平衡进气管穿过第一瓶塞设置，且平衡进气管伸入恒压给水密封瓶的长度大于气体连通管伸入恒压给水密封瓶的长度;在气体连通管和平衡进气管位于恒压给水密封瓶外部的一端分别设置有第一通气阀门和第二通气阀门。
[0007]进一步地，所述的试样密封瓶底部设置有高度调节脚，高度调节脚固定在第二水平底座上，第二水平底座上设置有水准仪;在试样密封瓶的侧面对称设置有千分表支架，一对对称设置的水平千分表利用千分表支架的支撑，分别穿入试样密封瓶内部并与岩样侧面垂直接触;在试样密封瓶顶部设置有第二瓶塞，一个竖直千分表穿过第二瓶塞进入试样密封瓶内部并与岩样顶部垂直接触。
[0008]进一步地，所述的试样密封瓶内部设置有透水石，岩样固定设置在透水石上;试样密封瓶侧面底部、顶部分别安装有L型水位计和与试样密封瓶贯连的调节管，调节管上设置有调节阀门。
[0009]进一步地，所述的恒压给水密封瓶侧面底部设置有出水管，在试样密封瓶侧面底部设置有进水管，进水管和出水管通过硅胶软管连接;在出水管上安装有供水阀。
[0010]进一步地，所述的集水系统包括集水密封瓶，给水密封瓶底部设置有第二电子天平，第二电子天平底部放置在第三水平底座上;集水密封瓶上设置有第三瓶塞，穿过第三瓶塞设置有导水软管，导水软管与设置在试样密封瓶底部的排水管连接，在排水管上设置有排水阀。
[0011]进一步地，所述的集水系统设置于排水管的下方。
[0012]进一步地，所述的第一电子天平和第二电子天平与计算机连接。
[0013]进一步地，所述的平衡进气管伸入恒压给水密封瓶的一端外壁上设置有刻度。
[0014]本实用新型与现有技术相比具有以下技术特点:
[0015]1.本实用新型解决了传统装置只能测定岩样的毛细吸水率，不能同时、实时测量硬石膏岩、石膏岩的毛细吸水率和膨胀率的局限;本装置够稳定准确的得到硬石膏岩、石膏岩的毛细吸水规律、膨胀规律及两者之间的耦合关系，同时计算机实时采集系统解决了以往人工量测质量等操作等引起的误差大、精度低的问题，提高了测试的精确度，保证了测试结果的连续性、准确性。
[0016]2.本实用新型使实验室内测定硬石膏岩及石膏岩毛细吸水规律及其膨胀率成为可能，这为实践中由硬石膏岩及石膏岩不良特性引发的工程病害问题防治提供数据参考，具有重要的理论意义和实用价值。
【附图说明】
[0017]图1为本实用新型的整体结构示意图；
[0018]图2为高度调节脚平面分布示意图；
[0019]图3为恒压给水密封瓶塞示意图；
[0020]图4为试样密封瓶塞示意图；
[0021 ]图5为集水密封瓶塞示意图；
[0022]图6为测量步骤I示意图；
[0023]图7为测量步骤2示意图；
[0024]图8为测量步骤3示意图；
[0025]图9为测量步骤4不意图；
[0026]图中标号代表:I一第一通气阀门，2—气体连通管，3—第二通气阀门，4一平衡进气管，5—第一瓶塞，6—恒压给水密封瓶，7—第一电子天平，8—第一水平底座，9—出水管，1—供水阀，11 一硅胶软管，12—进水管，13—第二水平底座，14一水准仪，15—高度调节脚，16一透水石，17一岩样，18—第一穿入孔，19一千分表支架，20—水平千分表，21—调节管，22—调节阀门，23—试样密封瓶，24—第二瓶塞，25—第二穿入孔，26—竖直千分表，27—排水管，28—排水阀，29—L型水位计，30—导水软管，31—第三瓶塞，32—集水密封瓶，33一第二电子天平，34一第二水平底座。
【具体实施方式】
[0027]遵从上述技术方案，如附图所示，本实用新型给出了一种测定硬石膏岩、石膏岩毛细吸水率及膨胀率的装置，包括依次连通的恒压给水系统、岩样吸水系统以及集水系统，在恒压给水系统以及集水系统的底部均设置有电子天平，用于测定恒压给水系统和集水系统整体的质量变化;所述的岩样吸水系统包括内部装有岩样17的试样密封瓶23，岩样17密封瓶的高低可调节，在岩样17上安装有千分表，以测定岩样17的外形变化程度;所述的恒压给水系统包括恒压给水密封瓶6，在恒压给水密封瓶6上设置有气体连通管2和平衡进气管4，可以将恒压给水密封瓶6内部液体调节至平衡状态。
[0028]具体地，恒压给水系统还包括第一水平底座8，第一水平底座8上设置有第一电子天平7，第一电子天平7上设置所述的恒压给水密封瓶6，在恒压给水密封瓶6上设置有第一瓶塞5，所述的气体连通管2和平衡进气管4穿过第一瓶塞5设置，且平衡进气管4伸入恒压给水密封瓶6的长度大于气体连通管2伸入恒压给水密封瓶6的长度;在气体连通管2和平衡进气管4位于恒压给水密封瓶6外部的一端分别设置有第一通气阀门I和第二通气阀门3，平衡进气管4伸入恒压给水密封瓶6的一端外壁上设置有刻度。
[0029]在试样密封瓶23底部设置有高度调节脚15，高度调节脚15固定在第二水平底座13上，第二水平底座13上设置有水准仪14，用于调节水平;在试样密封瓶23的侧面对称设置有千分表支架19，一对对称设置的水平千分表20利用千分表支架19的支撑，分别通过第一穿入孔18穿入试样密封瓶23内部并与岩样17侧面垂直紧密接触;在试样密封瓶23顶部设置有第二瓶塞24，一个竖直千分表26通过第二穿入孔25穿过第二瓶塞24进入试样密封瓶23内部并与岩样17顶部垂直紧密接触。
[0030]试样密封瓶23内部设置有透水石16，岩样17固定设置在透水石16上;试样密封瓶23侧面底部、顶部分别安装有L型水位计29和与试样密封瓶23贯连的调节管21，调节管21上设置有调节阀门22。恒压给水密封瓶6侧面底部设置有出水管9，在试样密封瓶23侧面底部设置有进水管12，进水管12和出水管9通过硅胶软管11连接;在出水管9上安装有供水阀10。
[0031]集水系统包括集水密封瓶32，给水密封瓶底部设置有第二电子天平33，第二电子天平33底部放置在第三水平底座34上;集水密封瓶32上设置有第三瓶塞31，穿过第三瓶塞31设置有导水软管30，导水软管30与设置在试样密封瓶23底部的排水管27连接，在排水管27上设置有排水阀28;集水系统设置于排水管27的下方。
[0032]第一电子天平7和第二电子天平33与计算机连接，通过计算机内的采集系统实时采集两个电子天平的质量数据变化，以便实时、连续的测得所需数据，并生成相关曲线图形。
[0033]利用本装置进行硬石膏-石膏岩吸水率及膨胀率测定的方法如下:
[0034]步骤I，将试样密封瓶23安装在高度调节脚15上，高度调节脚15固定在第二水平底座13上;将第二水平底座13放置于水平的工作平台上，调节第二水平底座13，使水准仪14上的气泡居中，从而使岩样17底面与水平面平行，保证岩样17的毛细吸水作用均匀充分;将试样密封瓶23分别与恒压给水密封瓶6、集水密封瓶32连接；
[0035]步骤2，关闭出水管9上的供水阀10，向恒压给水密封瓶6注水，但不淹没气体连通管2;打开气体连通管2上的第一通气阀门I和平衡进气管4上的第二通气阀门3，并密封好恒压给水密封瓶6，再关闭气体连通管2上的第一通气阀门I;打开出水管9上的供水阀10，恒压给水密封瓶6内部的水通过出水管9流出，此时恒压给水密封瓶6内的水位降低、内部气压降低且平衡进气管4内的水位下降较快，待其水位降到平衡进气管4的下端且气体开始通过平衡进气管4进入恒压给水密封瓶6时，关闭出水管9上的供水阀10，排空平衡进气管4内液体的过程完成，此时恒压给水密封瓶6内部液体处于平衡状态；
[0036]步骤3，用硅胶软管11连通出水管9与进水管12，打开调节管21上的调节阀门22，向试样密封瓶23内注水，水应没过进水管12和L型水位计29与试样密封瓶23的联通孔，最终水位至透水石16顶端，盖好试样密封瓶23塞；调整高度调节脚15使试样密封瓶23内部液面低于平衡进气管4的底端；当两者之间的高度差为1mm时，打开出水管9上的供水阀10，恒压给水密封瓶6内的水开始向试样密封瓶23内补充，此时硅胶软管11内的水位上升;调整高度调节脚15使气体不再通过平衡进气管4进入恒压给水密封瓶6，并且L型水位计29内的平衡水位低于L型水位计29的顶端1mm，此时岩样吸水系统高度及水位调整完毕，吸水系统处于平衡状态;此时若L型水位计29液面降低，气体将通过平衡进气管4进入恒压给水密封瓶6，并使吸水系统重新处于平衡状态；
[0037]步骤4，关闭排水管27的排水阀28，打开调节阀门22，打开第二瓶塞24，通过排水阀28降低试样密封瓶23的水位并使透水石16顶端露出水面，记录此过程中集水密封瓶32的质量增加量nu;将待测硬石膏、石膏岩样17置于电子天平称取质量!112，用游标卡尺测岩样17直径d与高度h，将制好的硬石膏、石膏岩样17置于透水石16之上，立即盖上第二瓶塞24;
[0038]步骤5，打开出水管9的供水阀10，水开始从恒压给水密封瓶6向试样密封瓶23内补充，气体通过平衡进气管4进入恒压给水密封瓶6，试样密封瓶23内的水位逐渐升高，待其内部水位没过透水石16顶端时，关闭调节阀门22，试样密封瓶23内水位不变，而L型水位计29内水位继续上升至离顶端Imm时吸水系统达平衡状态。此时计算机开始实时采集电子天平的质量变化。同时根据实验精度要求，定时读取千分表测量的硬石膏岩的膨胀量变化。
[0039]随着硬石膏、石膏岩岩样17吸水，试样密封瓶23内的气压降低，气体将通过平衡进气管4进入恒压给水密封瓶6，并使吸水系统重新处于平衡状态;平衡后，L型水位计29内的液面不变，对应试样密封瓶23内液面高度稳定，岩样17毛细吸水质量Am等于恒压给水系统质量的减少量m3减去集水系统质量的增加量m4、m1、m2三者之和。当Δ m连续24小时小于
0.0Olg时，认为岩样17的毛细吸水过程完成。由此可计算硬石膏、石膏岩样17的毛细吸水率；同时硬石膏岩径向膨胀量等于水平千分表20的变化均值，竖向膨胀量等于竖直千分表26的变化值，通过膨胀量可计算得到硬石膏岩的膨胀率；
[0040]步骤6，利用origin软件可以生成岩样17的毛细吸水率?时间曲线、径向膨胀率?时间曲线、竖向膨胀率?时间曲线、毛细吸水率与膨胀率的耦合关系曲线等相关图件，即可进行下一步的研究与分析。
【主权项】
1.一种测定硬石膏岩、石膏岩毛细吸水率及膨胀率的装置，其特征在于，包括依次连通的恒压给水系统、岩样吸水系统以及集水系统，在恒压给水系统以及集水系统的底部均设置有电子天平;所述的岩样吸水系统包括内部装有岩样(17)的试样密封瓶(23)，岩样(17)密封瓶的高低可调节，在岩样(17)上安装有千分表;所述的恒压给水系统包括恒压给水密封瓶(6)，在恒压给水密封瓶(6)上设置有气体连通管(2)和平衡进气管(4)。2.如权利要求1所述的测定硬石膏岩、石膏岩毛细吸水率及膨胀率的装置，其特征在于，所述的恒压给水系统还包括第一水平底座(8)，第一水平底座(8)上设置有第一电子天平(7)，第一电子天平(7)上设置所述的恒压给水密封瓶(6)，在恒压给水密封瓶(6)上设置有第一瓶塞(5)，所述的气体连通管(2)和平衡进气管(4)穿过第一瓶塞(5)设置，且平衡进气管(4)伸入恒压给水密封瓶(6)的长度大于气体连通管(2)伸入恒压给水密封瓶(6)的长度;在气体连通管(2)和平衡进气管(4)位于恒压给水密封瓶(6)外部的一端分别设置有第一通气阀门(I)和第二通气阀门(3)。3.如权利要求1所述的测定硬石膏岩、石膏岩毛细吸水率及膨胀率的装置，其特征在于，所述的试样密封瓶(23)底部设置有高度调节脚(15)，高度调节脚(15)固定在第二水平底座(I3)上，第二水平底座(13)上设置有水准仪(14);在试样密封瓶(23)的侧面对称设置有千分表支架(19)，一对对称设置的水平千分表(20)利用千分表支架(19)的支撑，分别穿入试样密封瓶(23)内部并与岩样(17)侧面垂直接触;在试样密封瓶(23)顶部设置有第二瓶塞(24)，一个竖直千分表(26)穿过第二瓶塞(24)进入试样密封瓶(23)内部并与岩样(I7)顶部垂直接触。4.如权利要求1所述的测定硬石膏岩、石膏岩毛细吸水率及膨胀率的装置，其特征在于，所述的试样密封瓶(23)内部设置有透水石(16)，岩样(17)固定设置在透水石(16)上;试样密封瓶(23)侧面底部、顶部分别安装有L型水位计(29)和与试样密封瓶(23)贯连的调节管(21)，调节管(21)上设置有调节阀门(22)。5.如权利要求1所述的测定硬石膏岩、石膏岩毛细吸水率及膨胀率的装置，其特征在于，所述的恒压给水密封瓶(6)侧面底部设置有出水管(9)，在试样密封瓶(23)侧面底部设置有进水管(12)，进水管(12)和出水管(9)通过娃胶软管(II)连接;在出水管(9)上安装有供水阀(10)。6.如权利要求1所述的测定硬石膏岩、石膏岩毛细吸水率及膨胀率的装置，其特征在于，所述的集水系统包括集水密封瓶(32)，给水密封瓶底部设置有第二电子天平(33)，第二电子天平(33)底部放置在第三水平底座(34)上;集水密封瓶(32)上设置有第三瓶塞(31)，穿过第三瓶塞(31)设置有导水软管(30)，导水软管(30)与设置在试样密封瓶(23)底部的排水管(27)连接，在排水管(27)上设置有排水阀(28)。7.如权利要求6所述的测定硬石膏岩、石膏岩毛细吸水率及膨胀率的装置，其特征在于，所述的集水系统设置于排水管(27)的下方。8.如权利要求1所述的测定硬石膏岩、石膏岩毛细吸水率及膨胀率的装置，其特征在于，所述的电子天平与计算机连接。9.如权利要求1所述的测定硬石膏岩、石膏岩毛细吸水率及膨胀率的装置，其特征在于，所述的平衡进气管(4)伸入恒压给水密封瓶(6)的一端外壁上设置有刻度。
【文档编号】G01N5/00GK205538532SQ201620059622
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年1月21日
【发明人】祝艳波, 郭杰, 黄兴, 樊家豪
【申请人】长安大学