一种测试泥岩不同相对湿度环境下弹性模量的实验装置的制作方法

本实用新型属于测试弹性模量的实验设备技术领域，尤其涉及一种测试泥岩不同相对湿度环境下弹性模量的实验装置。

背景技术：

目前，业内常用的现有技术是这样的：

泥岩作为一种沉积岩，由细颗粒沉积物组成，成分相对复杂，主要由粘土矿物(如水云母、高岭石、蒙脱石等)组成，层理不明显。泥岩对水环境敏感，在吸水/失水过程中其物理力学特性会发生显著变化，所以研究泥岩在不同相对湿度下的物理力学性能表现尤为重要。泥岩的弹性模量是反映其力学性能的一个重要指标，通常情况下采用单轴压缩实验获取。

综上所述，现有技术存在的问题是：

现有技术中通常采用单轴压缩实验获取其弹性模量，但在实验过程中，泥岩试样被迫暴露在实验室环境中一定的时间，试样相对应的相对湿度状态与实验室相对湿度有差别时，试样会发生吸水/失水现象，导致偏离其初始相对湿度状态，造成试验结果误差较大，而且不稳定。

解决上述技术问题的难度和意义：

本装置利用3D打印尼龙材料和填充相应饱和盐溶液，提供了一个封闭和稳定的相对湿度空间，使得实验进行过程中，试样不受外界环境影响，对试验结果有了保证。另一方面，测试另一相对湿度条件下其弹性模量时，只需简单更换相应不同的盐溶液，避免了对试样扰动。本方法对不同相对湿度条件下弹性模量的测试是在同一试样上，结果对比更直接有效。通过一系列试验，可以得出泥岩在不同相对湿度环境下的弹性模量演变规律，和在饱水/失水过程循环条件下的力学性能劣化情况。

技术实现要素：

针对现有技术存在的问题，本实用新型提供了一种测试泥岩不同相对湿度环境下弹性模量的实验装置。

本实用新型是这样实现的，一种测试泥岩不同相对湿度环境下弹性模量的实验装置设置有：

装置本体；

装置本体上部与柱状不锈钢活塞镶嵌连接，柱状不锈钢活塞底部由不锈钢滚珠与顶部柱状不锈钢体相接，并用橡胶套筒连接固定；

进一步，所述装置本体上部装置本体下部镶嵌连接闭合，6个孔洞对齐，用密封圈加强密封，并通过螺杆连接固定。

进一步，所述装置本体下部镶嵌有底部柱状不锈钢体，底部柱状不锈钢体放置试样；试样侧面沿轴向粘贴长度为5mm应变片2枚，方向相对；

应变片通过RS232接口用导线与LabVIEW应变测试模块连接，LabVIEW应变测试模块通过USB接口用导线和计算机连接。

进一步，所述顶部柱状不锈钢体与试样顶部接触。

综上所述，本发明的优点及积极效果为：

本实用新型测试岩石范围可以为其他对水环境敏感的黏土岩，如页岩等；试验过程中，保持稳定的相对湿度，不受实验室大环境影响；岩样在吸水/失水过程中不受扰动，使结果更为准确；测试岩样为同一试样，避免使用不同试样情况下造成的误差；测试精度高，应变值精度为10^-6；数据自动采集。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的测试泥岩不同相对湿度环境下弹性模量的实验装置结构示意图。

图2是本实用新型实施例提供的装置下部结构示意图。

图3是本实用新型实施例提供的装置上部顶面结构示意图。

图4是本实用新型实施例提供的装置上部底面结构示意图。

图中：1、试样；2、装置下部；3、装置上部；4、底部柱状不锈钢体；5、顶部柱状不锈钢体；6、不锈钢滚珠；7、柱状不锈钢活塞；8、橡胶套筒；9、放置盐溶液区域；10、密封圈；11、固定螺杆；12、导线；13、LabVIEW应变测试模块；14、计算机。

具体实施方式

为能进一步了解本实用新型的

技术实现要素：
、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下。

下面结合附图对本实用新型的结构作详细的描述。

如图1所示，本实用新型实施例提供的测试泥岩不同相对湿度环境下弹性模量的实验装置包括：试样1、装置下部2、装置上部3、底部柱状不锈钢体4、顶部柱状不锈钢体5、不锈钢滚珠6、柱状不锈钢活塞7、橡胶套筒8、放置盐溶液区域9、密封圈10、固定螺杆11、导线12、LabVIEW应变测试模块13、计算机14。

试样1侧面沿轴向粘贴长度为5mm应变片2枚，方向相对；应变片通过RS232接口用导线12与LabVIEW应变测试模块13连接，LabVIEW应变测试模块13通过USB接口用导线和计算机14连接；

底部柱状不锈钢体4镶嵌在装置下部2；试样1放置在底部柱状不锈钢体4上表面；

装置上部3与柱状不锈钢活塞7镶嵌连接，柱状不锈钢活塞7底部由不锈钢滚珠6与顶部柱状不锈钢体5相接，并用橡胶套筒8连接固定；

装置上部3装置下部2镶嵌连接闭合，6个孔洞对齐，用密封圈加强密封，用固定螺杆拧紧固定并密封；

下压柱状不锈钢活塞7，使顶部柱状不锈钢体5与试样1顶部接触。

下面结合实验对本实用新型的工作原理作详细的描述。

1、岩样(试样1)制备：岩样尺寸高径比为2：1，直径为20mm，端面平行度、平直度、垂直度符合试验要求。岩样侧面沿轴向粘贴长度为5mm应变片2枚，方向相对。

2、岩样就位：整个装置为圆柱体，由3D打印机用尼龙材料打印完成，底部柱状不锈钢体与装置下部通过镶嵌的方式连接，岩样放置在底部柱状不锈钢体上表面，应变片通过RS232接口用导线与LabVIEW应变测试模块连接，LabVIEW应变测试模块通过USB接口用导线和计算机连接。

3、盐溶液填充：装置下部内表面涂环氧树脂以防止液体渗漏，使用大体积注射器填充相应饱和盐溶液至放置盐溶液区域，并达到指定液面高度。各相对湿度相对应饱和盐溶液如下：98％-硫酸钾K2SO4，85％-氯化钾KCl，75％-氯化钠NaCl，70％-碘化钾Kl，59％-溴化钠NaBr，43％-碳酸钾K2CO3，33％-氯化镁MgCl2，23％-醋酸钾CH3COOK，11％-氯化锂LiCl。

4、装置上部固定：装置上部与柱状不锈钢活塞镶嵌连接，为了避免试验中端面效应，活塞底部由不锈钢滚珠与顶部柱状不锈钢体相接，并用橡胶套筒连接固定，把装置上部与装置下部以镶嵌方式连接闭合，6个孔洞对齐，用密封圈加强密封效果，用固定螺杆拧紧固定并密封。手动按压活塞下移使得顶部柱状不锈钢体与岩样顶部接触。

5、岩样吸水/失水：事先取同样尺寸岩样置于不同饱和盐溶液环境中得出岩样吸水/失水后质量稳定所需时间，装置中岩样同样放置相应稳定的时间，使得岩样在饱和盐溶液环境中完成吸水/失水过程并质量稳定。

6、加卸载：装置置于压力试验仪，顶部活塞受力，加载速率为2MPa/分钟，达到6MPa后卸载至2MPa，重复以上加卸载过程三次。

7、计算弹性模量：取6MPa卸载至2MPa段两个应变片应变平均值Δε，计算弹性模量E＝Δσ/Δε，这里Δσ＝4MPa。取三次卸载段弹性模量平均值。

8、更换盐溶液：试验结束后，打开装置上部，用大体积注射器吸取盐溶液并用纯净水清洗干净，更换下一种盐溶液，并重复以上步骤3-7。

本装置借助不同饱和盐溶液创造的相对应的不同相对湿度环境下，对泥岩试样进行单轴压缩加卸载实验，得出相应应力应变值，计算得出相应的弹性模量，得出泥岩在不同相对湿度环境下的弹性模量演变规律，和在饱水/失水过程循环条件下的力学性能劣化情况。

以上所述仅是对本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本实用新型技术方案的范围内。