一种可控温与自动补水的岩石膨胀率试验仪的制作方法

本实用新型涉及的是一种岩土工程技术领域的试验装置，特别是涉及一种可在试验过程中精确控温与自动补水的岩石膨胀率试验仪。

背景技术：

具有粘土矿物的岩石在浸水后会发生膨胀，影响岩体工程性质。采用传统的岩石膨胀率试验仪对岩石膨胀率开展量测时，由于不能调温，无法测得岩石在不同温度下的膨胀率，所得结果不够全面。同时，由于量测周期较长，岩石浸水深度因蒸发而产生不可忽视的降低，需频繁人工补水，且过程中水位难以维持不变。明显影响量测精度，使其结果实际应用受限。

技术实现要素：

针对上述现在技术的缺陷及不足，本实用新型提供一种可控温与自动补水的岩石膨胀率试验仪，能够精确控制试验过程中岩石的浸水温度，开展不同温度下的岩石膨胀率试验；同时能够在岩石浸水深度降低时自动进行补给，维持水位高度不变，消除水位变化引起的量测误差。

本实用新型的技术方案：一种可控温与自动补水的岩石膨胀率试验仪，包括底座、自动补水罐、可伸缩支架、岩石膨胀室、控温系统、软管、千分表支架及千分表，其具体结构和连接关系为：

所述底座为方形板状结构，用于承载其余部件，并保持上部结构的稳定。

所述自动补水罐为圆柱形容器，罐体顶部设一进水阀用于进水，底部设一出水阀用于出水，罐体内部被中隔板分隔为上储水室和下储水室，两个储水室之间由过水导管连通，并设有阀门控制过水导管的开合，下储水室上部靠近中隔板处设有气孔，气孔下方有用于连接微型水泵的进水导管，罐体底部与可伸缩支架连接。

所述可伸缩支架由一直径相对较大的大管、一直径相对较小的小管及支撑板构成，其中小管嵌套在大管内，通过改变小管深入大管内的长度来调节可伸缩支架的整体长度；大管一端连接在底座上长边一侧的中间位置，另一端设有紧固螺丝，可固定小管的位置，使可伸缩支架保持相应长度不变；小管顶部连接支撑板，支撑板与自动补水罐的底部连接。

所述岩石膨胀室为上端开口的圆筒状容器，固定在底座上与自动补水罐相对的另一侧，其底部设有圆形透水板和温度传感器，并配有一块透水石和一块金属垫板，其外壁靠近自动补水罐一侧的中部设有用于连接微型水泵的抽水导管，其外壁底部靠近自动补水罐一侧设有用于进水的连接导管，其外壁底部远离自动补水罐一侧设有排水阀可用于排出岩石膨胀室内的水。

所述控温系统由数控加热器、微型水泵及环形导水管构成，其中数控加热器由控制器、加热棒、支撑架、温度传感器及导线组成，其中加热棒通过支撑架固定在自动补水罐的下储水室中，其控制器附着在自动补水罐的外壁上，温度传感器位于岩石膨胀室底部，数控加热器的控制器与加热棒、温度传感器通过导线连接；微型水泵附着在自动补水罐的外壁上，微型水泵的出水端通过软管与下储水室的进水导管相连，其进水端通过软管与岩石膨胀室的抽水导管相连；环形导水管为螺旋状管件，固定于岩石膨胀室的内壁上，下端管口连接岩石膨胀室底部的连接导管。

所述千分表支架由竖杆和横杆构成，竖杆为圆截面的实心杆，一端固定在底座上靠近岩石膨胀室的一侧，距岩石膨胀室外壁的0.25倍的岩石膨胀室截面直径处，且竖杆垂直于底座；横杆为正方形截面的空心管，横杆一端有竖向圆孔，并套在竖杆上，通过紧固螺丝将横杆固定在竖杆的不同高度上，且横杆与竖杆相互垂直，横杆另一端也有竖向圆孔，用于放置千分表，转动横杆应使得放置在横杆上的千分表探针与岩石膨胀室横截面的圆心位于同一垂线上。

所述自动补水罐的外壁为透明有机玻璃材质，可从外界观测自动补水罐内部的水位，自动补水罐的外壁上与过水导管底部同一高度处刻有标记线。

所述自动补水罐的过水导管的直径大于5mm，消除了导管的毛细现象，且过水导管的下端口在自动补水罐的下储水室中，其竖向位置低于气孔和进水导管。

所述岩石膨胀室的抽水导管的竖向位置低于岩石样品放置在岩石膨胀室内时的顶端高度；所述控温系统的环形导水管为经防锈处理的铜质管。

本实用新型优点：结构简单新颖，易于生产，便于操作，成本较低，能开展岩石在不同温度下的膨胀率试验，且温度控制精确；能自动地对试验时因蒸发而降低的水位进行补给，维持岩石浸水深度不变，消除水位变化引起的误差。

附图说明

图1为本实用新型所述的可控温与自动补水的岩石膨胀率试验仪的结构示意图。

图2为本实用新型所述的自动补水罐结构及配件示意图。

图3为本实用新型所述的可伸缩支架结构示意图。

图4为本实用新型所述的底座及岩石膨胀室的结构示意图。

图5为本实用新型所述的千分表支架的结构示意图。

图6为本实用新型所述的环形导水管的结构示意图。

具体实施方式

为进一步了解本实用新型的内容，下面结合附图对本实用新型的具体使用情况，做详细说明。

参照图1至图6，一种可控温与自动补水的岩石膨胀率试验仪，包括底座3、自动补水罐1、可伸缩支架4、岩石膨胀室11、控温系统、软管6、千分表7及千分表支架10，其具体结构和连接关系为：

所述底座3为方形板状结构，用于承载其余部件，并保持上部结构的稳定。

所述自动补水罐为1圆柱形容器，罐体顶部设进水阀12用于进水，底部设出水阀24用于出水，罐体内部被中隔板21分隔为上储水室13和下储水室23，两个储水室之间由过水导管15连通，并设有阀门14控制过水导管15的开合，下储水室上部靠近中隔板21处设有气孔22，气孔22下方设有用于连接微型水泵的进水导管19，罐体底部与可伸缩支架4连接。

所述可伸缩支架4由一直径相对较大的大管26、一直径相对较小的小管28及支撑板27构成，其中小管28嵌套在大管26内，通过改变小管28深入大管26内的长度调节可伸缩支架4的整体长度；大管26一端连接在底座3上长边一侧的中间位置，另一端设有紧固螺丝25，用于固定小管28的位置，使可伸缩支架4保持相应长度不变；小管28顶部连接支撑板27，支撑板27与自动补水罐1的底部连接。

所述岩石膨胀室11为上端开口的圆筒状容器，固定在底座3上与自动补水罐11相对的另一侧，其底部设有圆形透水板32和温度传感器31，并配有一块透水石34和一块金属垫板33；其外壁靠近自动补水罐1一侧的中上部设有用于连接微型水泵5的抽水导管29；其外壁底部靠近自动补水罐一侧设有用于进水的连接导管30；其外壁底部远离自动补水罐一侧设有排水阀35用于排出岩石膨胀室内的水。

所述控温系统由数控加热器2、微型水泵5及环形导水管9构成，其中数控加热器2由控制器16、加热棒20、支撑架18、温度传感器31及导线17组成，其中加热棒20通过支撑架18固定在自动补水罐1的下储水室23中，其控制器16附着在自动补水罐1的外壁上，温度传感器31位于岩石膨胀室底部，数控加热器2的控制器16与加热棒20、温度传感器31通过导线17连接；微型水泵5附着在自动补水罐1的外壁上，微型水泵5的出水端通过软管6与下储水室23的进水导管19相连，其进水端通过软管6与岩石膨胀室11的抽水导管29相连；环形导水管9为螺旋状管件，固定于岩石膨胀室11的内壁上，下端管口连接岩石膨胀室11底部的连接导管30；

所述千分表支架10由竖杆38和横杆36构成，竖杆38为圆截面的实心杆，一端固定在底座3上靠近岩石膨胀室11的一侧，距岩石膨胀室11外壁0.25倍的岩石膨胀室截面直径处，且竖杆38垂直于底座3；横杆36为正方形截面的空心管，横杆36一端有竖向圆孔，并套在竖杆38上，通过紧固螺丝37将横杆36固定在竖杆38的不同高度上，且横杆36与竖杆38相互垂直；横杆36另一端也设有竖向圆孔，用于放置千分表7，绕竖杆38转动横杆36应使得放置在横杆36上的千分表7的探针与岩石膨胀室横截面的圆心位于同一垂线上。

所述自动补水罐1的外壁为透明有机玻璃材质，可从外界观测自动补水罐1内部的水位，自动补水罐1的外壁上与过水导管15底部同一高度处刻有标记线。

所述自动补水罐1的过水导管15的直径大于5mm，消除了导管的毛细现象，且过水导管15的下端口在自动补水罐1的下储水室中，其竖向位置低于气孔22和进水导管19。

所述岩石膨胀室11的抽水导管29的竖向位置低于岩石样品8放置在岩石膨胀室11内时的顶端高度。

具体操作实例如下：

1、按规范要求准备试验岩石样品8和洁净水，检查仪器各部件是否正常，并保证仪器各容器内干燥干净。

2、关闭自动补水罐1的出水阀24，打开进水阀12和过水导管上的阀门14，通过进水阀12向自动补水罐1内缓慢注水，至自动补水罐1内下储水室水位达到标记线处，然后暂停注水，关闭阀门14；随后继续通过进水阀12向自动补水罐内注水，至自动补水罐1的上储水室13充满水后停止注水，并关闭进水阀12。

3、在岩石膨胀室11内放入岩石样品8，在岩石样品8上放置透水石34，松开紧固螺丝25调节可伸缩支架4的长度，使得自动补水罐1外壁的标记线与透水石34顶部在同一水平线上，然后扭紧紧固螺丝25使可伸缩支架4的长度固定，并从岩石膨胀室11内取出岩石样品8和透水石34。

4、关闭岩石膨胀室11的排水阀35，然后向岩石膨胀室11内缓慢注水，待岩石膨胀室11内水位高度与自动补水罐外壁标记线相同时停止注水。

5、打开自动补水罐1的出水阀和阀门14，由于气孔22的存在，下储水室23内始终为大气压力。当下储水室23内水位高于过水导管15底部位置时，上储水室13内的水不会向下流动至下储水室23；当下储水室23内水位降低到过水导管15底部以下时，空气会沿着过水导管15进入上储水室13，同时上储水室13内的水通过过水导管15进入下储水室23，使下储水室23内水位提升，直至下储水室23内水位不低于过水导管15底部。

6、开启数控加热器2，并通过控制器2设定试验要求的水温；同时打开微型水泵5，此时水通过软管6在下储水室23与岩石膨胀室11之间循环流动，且下储水室23与岩石膨胀室11中水位高度一致。

7、通过数控加热器2的控制器16查看温度传感器31所测得的岩石膨胀室11内水温，待岩石膨胀室11内水温达到试验设定温度后，将岩石样品8放入岩石膨胀室内，并在岩石样品8上放置透水石34和金属垫板33，此时岩石膨胀室11内水位略有提升，打开排水阀35，待岩石膨胀室11内水位回落至与自动补水罐1外壁标记线同一水平线时关闭排水阀35。

8、将千分表7置于千分表支架10的横杆36上，松开紧固螺丝37，转动横杆36使得千分表7的探针与岩石样品8的圆心在同一垂线上，竖向移动横杆36，使得千分表7的探针与岩石样品8上的金属垫板接触，扭紧紧固螺丝37使得横杆位置固定，并读取此时的千分表7所示读数。

9、其后根据岩石膨胀率试验的规范要求的时间间隔记录千分表7的读数。

10、每次读数时查看自动补水罐1的上储水室13内的剩余水位，当上储水室13内水位较低室需进行补水。此时关闭阀门14，打开进水阀12，通过进水阀12向上储水室13缓慢注入与岩石膨胀室11内的同温洁净水，带注满上储水室13后关闭进水阀12，打开阀门14即可。

上述操作实例的描述是为了方便人们理解和应用本实用新型。本实用新型的保护范围不受操作实例所限制。任何人对本实用新型的做出的修改应视为本实用新型保护范围内。