岩石体积无损测量方法及装置与流程

本发明属于岩石物理参数测量领域，具体涉及岩石体积无损测量方法及装置。

技术背景

密度＝质量/体积，所以欲测量岩石密度等物理参数，需要首先测量岩石体积。

考虑到测量岩石质量十分简单，所以能否准确、便捷测量岩石体积，直接决定了能否准确、便捷测量岩石密度等物理参数。

现有的岩石体积测量方法，大致分为两大类。

(一)几何测量法：①将不规则形状岩石加工成规则形状岩样(圆柱体、长方体)；②测量规则形状岩样的几何尺寸；③通过几何尺寸参数换算，计算出岩石体积。

(二)排水法：①将岩石直接(或蜡封后)放入水中；②测量排出水的体积(质量)等易获取参数；③通过易获取参数换算，计算出岩石体积。

上述两大类方法，均不能实现无损测量：在不损害、污染岩石的前提下，无法测量岩石体积。

同时，现有的岩石体积测量方法及装置，存在适用范围有限(不适用不规则形状岩石)、测量误差大、操作费力费时、“大材小用”等问题，使得难于无损、准确、便捷测量岩石体积(进而换算求出岩石密度等物理参数)。

因此，有必要发明一种无损、适用范围广、测量精度高、便捷、适宜大范围推广的岩石体积测量方法及装置。

技术实现要素：

本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种无损、适用范围广、测量精度高、便捷、适宜大范围推广的岩石体积测量方法及装置。

本发明为了实现上述目的，采用了以下方案：

<方法>

本发明提供一种岩石体积无损测量方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1.往几何尺寸大小适当的测量容器中加入适量的液体，并记录测量容器上的体积刻度值v1；

步骤2.确定待测岩石的抽真空参数，并用抽气泵将装有待测岩石的真空压缩袋抽成真空，然后将装有待测岩石的真空压缩袋放入测量容器中，并记录测量容器稳定后的体积刻度值v2；

步骤3.测量未装有岩石的空的真空压缩袋体积

对空的真空压缩袋抽真空；将抽真空后的真空压缩袋放入测量容器中，并分别记录放入前后测量容器上的体积刻度值vbag1与vbag2；从测量容器中取出真空压缩袋；

步骤4.计算待测岩石的体积v

v＝v2-v1-(vbag2-vbag1)，

其中，上述步骤1至3顺序不分先后。

优选地，本发明提供的岩石体积无损测量方法还可以具有以下特征：在步骤2中，岩石抽真空参数为真空度达到一定程度后的抽气量。抽真空时，需要控制好抽气量(抽气时间、抽气速度)。如果抽的“轻”，可能会造成试验误差过高；如果抽的“重”，可能会损害岩石(违背无损测量初衷)。岩石坚硬程度、松散破碎程度不同，所能承受的最大压力也不同。为此，针对不同岩石，需要给出不同的抽气量，本方案中提出如下公式计算得到抽气量值：

q＝f(α,β)＝alnα+be^-β+c，

式中，q-抽气量；f(α,β)-抽气量函数；α-岩石坚硬程度系数；β-岩石松散破碎程度系数；a、b、c为敏感系数，可通过如下n组试验求得：

n的最小取值为3，即通过至少3组试验数据可确定敏感系数值。

优选地，本发明提供的岩石体积无损测量方法还可以具有以下特征：a、b的取值满足以下关系

c的值，通过至少1组试验确定。

优选地，本发明提供的岩石体积无损测量方法还可以具有以下特征：其中，待测岩石敏感系数c值的确定方法为：首先，根据待测岩石选择a和b取值相同的标定用岩石；然后，将标定用岩石放入真空压缩袋中，用抽气泵对其抽气，当真空度达到0.001个大气压时，停止抽气，记录此时的抽气量q1；将真空压缩袋放进测量容器中，获取其体积v1；从测量容器中取出真空压缩袋，小幅度增加抽气量q恒,随后重新将其放进测量容器中，获取其体积v2，v2对应的抽气量q2＝q1+q恒；重复前述步骤，获取qj与vj、qj+1与vj+1，当时，认为抽气量趋于稳定，将此时对应的qj作为标定用岩石的无损抽气量q；最后，将α、β、q联立，即可求得c；不同形状或者种类的待测岩石在a和b取值相同的情况下，仅需采用上述方法确定一次c值。

优选地，本发明提供的岩石体积无损测量方法还可以具有以下特征：待测岩石为亲水膨胀性岩石或非亲水膨胀性岩石。进一步，待测岩石可以为砂岩、花岗岩、大理岩、页岩、石灰岩、泥岩、白云岩、凝灰岩、板岩、玄武岩、煤等广义天然岩石(岩浆岩、沉积岩、变质岩3大类岩石)，或者混凝土、石膏等类岩石材料。

优选地，本发明提供的岩石体积无损测量方法还可以具有以下特征：待测岩石为任意形状的岩石，规则形状或者不规则形状都可以。

<装置>

进一步，本发明还提供一种岩石体积无损测量装置，其特征在于，包括：真空压缩袋，用于包裹待测岩石；抽气泵，对真空压缩袋进行抽气；测量容器，内部盛装液体。

优选地，本发明提供的岩石体积无损测量装置还可以具有以下特征：真空压缩袋为透明袋体，以便于用肉眼观测其抽真空效果，确保试验误差在允许范围内。真空压缩袋的几何尺寸大小，与待测岩石形状大小相适应，以避免“大材小用”、无法完成试验等问题。

优选地，本发明提供的岩石体积无损测量装置还可以具有以下特征：测量容器为透明容器，且容器壁上标有体积刻度，以便于用肉眼观测液面位置变化，以实现便捷获取体积数据。

发明的作用与效果

与现有技术相比，本发明提供的岩石体积无损测量方法及装置具有如下优点：①无损测量(不损害、污染待测岩石)；②适用范围广(可适用不规则形状、亲水膨胀性岩石)；③测量精度高(与两大类传统方法相比，测量结果更为准确)④便捷(操作省时省力，避免“大材小用”)；⑤适宜大范围推广(成本低)。

附图说明

图1为本发明实施例中涉及的岩石体积无损测量装置的结构示意图；

图2为本发明实施例中涉及的岩石体积无损测量方法的流程图。

图中：10-岩石体积无损测量装置；11-真空压缩袋；12-抽气泵；13-测量容器；13a-体积刻度；s-待测岩石。

具体实施方式

以下结合附图对本发明涉及的岩石体积无损测量方法及装置的具体实施方案进行详细地说明。

<实施例>

如图1所示，本实施例所提供的岩石体积无损测量装置10包括真空压缩袋11、抽气泵12以及测量容器13。真空压缩袋11为透明袋体，用于包裹待测岩石s。抽气泵12用于对所述真空压缩袋11进行抽气。测量容器13内部盛装液体，本实施例中采用的测量容器13为透明容器，并且容器壁上标有体积刻度13a，本实施例中采用的液体为水。

如图2所示，采用上述岩石体积无损测量装置10进行测量的方法具体包括如下步骤：

步骤1：确定待测岩石s的抽真空参数(抽气量函数)，并用抽气泵12将装有待测岩石s的真空压缩袋11抽成真空。

抽真空时，需要控制好抽气量(抽气时间、抽气速度)。如果抽的“轻”，可能会造成试验误差过高；如果抽的“重”，可能会损害岩石(违背无损测量初衷)。

岩石坚硬程度、松散破碎程度不同，所能承受的最大压力也不同。为此，针对不同岩石，需要给出不同的抽气量(抽气时间、抽气速度)。

q＝f(α,β)＝alnα+be^-β+c，

式中，q-抽气量，v-抽气速度，t-抽气时间，f(α,β)-抽气量函数，α-岩石坚硬程度系数，β-岩石松散破碎程度系数，a、b、c分别为敏感系数。

再通过1组有效试验数据，便可确定c。a、b、c等3个常数确定后，便可根据f(αi,βi)得出任意(αi,βi)对应的岩石抽真空参数qi＝viti。

具体来说，首先，根据待测岩石s选择a和b取值相同的标定用岩石。

其次，将标定用岩石放入真空压缩袋11中，用抽气泵12对其抽气，当真空度达到0.001个大气压时，停止抽气，记录此时的抽气量q1；将真空压缩袋11放进测量容器13中，获取其体积v1(对应q1)；从测量容器13中取出真空压缩袋11，小幅度增加抽气量q恒(可取)，随后重新将其放进测量容器13中，获取其体积v2，v2对应的抽气量q2＝q1+q恒；重复前述步骤，获取qj与vj、qj+1与vj+1，当时，认为抽气量趋于稳定，将此时对应的qj作为标定用岩石的无损抽气量q。

最后，将α、β、q联立，即可求得c。

步骤2：往几何尺寸大小适当的测量容器13中加入适量的液体，并记录测量容器13上的体积刻度值v1。

步骤3：将装有待测岩石s的真空压缩袋11放入测量容器13中，并记录测量容器13稳定后的体积刻度值v2。

步骤4：从测量容器13中取出装有待测岩石s的真空压缩袋11，并将其打开，随后从中取出待测岩石s。

步骤5：测量空的(未装有待测岩石s)真空压缩袋11体积vbag。对空的(未装有待测岩石s)真空压缩袋11抽真空；将抽真空后的真空压缩袋11放入测量容器13中，并分别记录放入前后测量容器13上的体积刻度值vbag1与vbag2；从测量容器13中取出真空压缩袋11。

步骤6：将上述步骤中使用到的待测岩石s、真空压缩袋11、抽气泵12、测量容器13等物品妥善归置，完成试验操作环节。

步骤7：计算待测岩石s的体积v

v＝v2-v1-vbag＝v2-v1-(vbag2-vbag1)。

以上实施例，仅是对本发明技术方案所做的举例说明。本发明所涉及的岩石体积无损测量方法及装置并不仅仅限定于在以上实施例中所描述的内容，而是以权利要求所限定的范围为准。本发明所属领域技术人员在该实施例的基础上所做的任何修改或补充或等效替换，都在本发明的权利要求所要求保护的范围内。