多因素石膏岩膨胀试验装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种石膏岩膨胀试验装置，尤其涉及一种考虑水压、温度、浓度作用的 石膏岩试验装置。
【背景技术】
[0002] 膨胀岩是指与水发生物理化学反应，引起岩石含水量随时间而增高且体积发生膨 胀的一类岩石，属于易风化和软化的软弱岩石。当膨胀岩受到扰动，特别是当湿度条件变化 时，膨胀岩的性状常发生巨大变化，产生体积膨胀，对其中的构筑物产生膨胀压力，影响工 程的稳定性，如边坡岩体吸水膨胀而失稳；建筑物地基不均匀胀缩变形造成开裂；隧洞围 岩向洞内塑性挤出或底板隆起而导致洞室支护破坏等。因此，研宄膨胀岩的膨胀特性对指 导工程具有重要意义。
[0003] 石膏岩是一类特殊的膨胀岩，在隧道工程中经常遇到，其膨胀机理为石膏岩中的 硫酸钙在水的作用下，通过化学反应生成二水硫酸钙造成体积增大。石膏岩较其它膨胀岩， 其膨胀机理更加复杂，影响其膨胀的因素更多。
[0004] 目前，石膏岩膨胀性试验研宄存在如下问题：⑴由于其水化反应时间长且其膨 胀机理复杂，造成相关试验较少。（2)由于其膨胀涉及化学变化，传统的膨胀岩试验方法不 适合。（3)石膏岩中溶出的硫酸钙溶液对试验仪器具有腐蚀性。（4)石膏岩的膨胀性与岩 石中硫酸钙含量有关，现有试验方法没有考虑该因素。（5)试验中考虑的因素较单一，没有 考虑温度和水压对石膏岩膨胀性的影响。（6)试验无法建立考虑时间因素的石膏岩膨胀本 构方程。
【发明内容】
[0005] 针对现有技术中存在的上述不足，本发明提供了一种多因素石膏岩膨胀试验装 置。该装置能够很好地结合工程实际，能拟合出多种因素共同作用下石膏岩的膨胀过程，能 够指导石膏岩工程施工。
[0006] 为了解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案：
[0007] 多因素石膏岩膨胀试验装置，包括底座、密封圈、压紧环、螺母帽、恒温水浴箱、氮 气瓶、支撑外壳、动件和位移计；
[0008] 所述底座的中部在竖直方向设置一上端敞口的试件安装腔体，所述试件安装腔体 由上部直径大且下部直径小的两孔组成，大直径的孔与小直径的孔的连接部位形成一锥形 台阶，大直径的孔的孔壁上设置内螺纹；所述底座的底部设置一与试件安装腔体内相通的 排水口；所述恒温水浴箱沿底座的外圆周设置；
[0009] 所述密封圈卡在试件安装腔体的锥形台阶上，所述压紧环旋合在试件安装腔体的 上部孔内，压紧环的底端压紧密封圈；
[0010] 所述螺母帽旋合在底座的顶部并与底座密封配合，在底座的顶端与螺母帽内的顶 部之间形成一环形腔体；所述螺母帽的顶部设置一进气口，所述氮气瓶的出气口通过管路 与进气口连接；
[0011] 支撑外壳竖直穿过螺母帽的顶部并固定在螺母帽上，所述位移计固定在支撑外壳 内的上部，所述动件设置在支撑外壳的下部并与支撑外壳滑动配合，动件的底部与圆柱型 试件的顶部接触，位移计底部的探头与动件的顶部接触。
[0012] 作为本发明的一种优选方案，所述密封圈的外圆端部设置成与锥形台阶相匹配的 锥形。
[0013] 作为本发明的另一种优选方案，所述氮气瓶的出气口与进气口连接的管路上安装 减压阀。
[0014] 与现有技术相比，本发明的多因素石膏岩膨胀试验装置具有如下优点：
[0015] 1、该试验装置能够很好地结合工程实际，能拟合出多种因素共同作用下石膏岩的 膨胀过程，能够指导石膏岩工程施工。
[0016] 2、试验装置简单考虑因素全面，能够缩短试验时间，对现场施工具有指导意义。
【附图说明】
[0017] 图1为多因素石膏岩膨胀试验装置的结构示意图；
[0018] 图2为底座的剖面视图；
[0019] 图3为密封圈的剖面视图；
[0020] 图4为压紧环的剖面视图；
[0021] 图5为压紧环的俯视图；
[0022] 图6为螺母帽的剖面视图。
[0023] 附图中一底座；2-密封圈；3-压紧环；4一螺母帽；5-排水口；6-圆柱型试 件；7-环形腔体；8-支撑外壳；9 一动件；10-位移计；11 一恒温水浴箱；12-氮气瓶； 13-减压阀；14 一试件安装腔体；15-进气口；16-孔；17-支撑外壳安装孔。
【具体实施方式】
[0024] 下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步详细地描述。
[0025] 如图1所示，多因素石膏岩膨胀试验装置，包括底座1、密封圈2、压紧环3、螺母帽 4、恒温水浴箱11、氮气瓶12、支撑外壳8、动件9和位移计10。
[0026] 底座的结构如图2所示，底座1的中部在竖直方向设置一上端敞口的试件安装腔 体14,试件安装腔体14由上部直径大且下部直径小的两孔组成，大直径的孔与小直径的孔 的连接部位形成一锥形台阶，大直径的孔的孔壁上设置内螺纹，底座1的外圆上部设置外 螺纹。底座1的底部设置一与试件安装腔体内相通的排水口 5,恒温水浴箱11沿底座1的 外圆周设置，通过该恒温水浴箱11可以使试件安装腔体14内的圆柱型试件6保持在设置 温度。
[0027] 密封圈的结构如图3所示，密封圈2的外圆端部设置成与锥形台阶相匹配的锥形， 密封圈2卡在试件安装腔体14的锥形台阶上，能与试件安装腔体14的锥形台阶形成更好 的密封。压紧环的结构如图4、5所示，压紧环3旋合在试件安装腔体14的上部孔内，压紧 环3的底端压紧密封圈2。在压紧环3的顶端面上沿圆周方向均布设置四个用于旋转该压 紧环3的孔16,旋转该压紧环3时，只需选用扳手，将扳手上的四个销插入压紧环3上对应 的四个孔16内，便可驱动该压紧环3转动。
[0028] 螺母帽的结构如图6所示，螺母帽4旋合在底座1的顶部并与底座1密封配合，在 底座1的顶端与螺母帽4内的顶部之间形成一环形腔体7。在螺母帽4的顶部中间位置设 置支撑外壳安装孔17,支撑外壳8竖直穿过螺母帽4顶部的支撑外壳安装孔17并固定在螺 母帽4上，位移计10固定在支撑外壳8内的上部，动件9设置在支撑外壳8的下部并与支 撑外壳8滑动配合，动件9的底部与圆柱型试件6的顶部接触，位移计10底部的探头与动 件9的顶部接触，在圆柱型试件6受力变形过程中，该圆柱型试件6驱动动件9上下移动， 进而驱动位移计10底部的探头作上下移动，通过该位移计10测出圆柱型试件6的膨胀变 形量。螺母帽4的顶部还设置一进气口 15,氮气瓶12的出气口通过管路与进气口 15连接。 氮气瓶12的出气口与进气口 15连接的管路上安装减压阀13。
[0029] 使用该装置进行试验的步骤如下：
[0030] 1)首先对石膏岩进行X-衍射分析，确定石膏岩中二水硫酸钙（CaSO4 · 2H20)和硫 酸钙（CaSO4)的含量分别为a%和b%，即确定石膏岩中二水硫酸钙和硫酸钙的比例。
[0031] 2)取石膏岩，加工成直径50mm高IOOmm的圆柱型试件。
[0032] 3)烘干除去石膏岩中水分：先称取圆柱型试件质量Hi1，把圆柱型试件放置于40摄 氏度的烘干箱中烘干至恒重，再称取质量Hl 2，得圆柱型试件的天然含水率；
【主权项】
1. 多因素石膏岩膨胀试验装置，其特征在于，包括底座（1)、密封圈（2)、压紧环（3)、螺 母帽（4)、恒温水浴箱（11)、氮气瓶（12)、支撑外壳（8)、动件（9)和位移计（10); 所述底座（1)的中部在竖直方向设置一上端敞口的试件安装腔体（14)，所述试件安装 腔体（14)由上部直径大且下部直径小的两孔组成，大直径的孔与小直径的孔的连接部位 形成一锥形台阶，大直径的孔的孔壁上设置内螺纹；所述底座（1)的底部设置一与试件安 装腔体内相通的排水口（5);所述恒温水浴箱（11)沿底座（1)的外圆周设置； 所述密封圈（2)卡在试件安装腔体（14)的锥形台阶上，所述压紧环（3)旋合在试件安 装腔体（14)的上部孔内，压紧环（3)的底端压紧密封圈（2); 所述螺母帽（4)旋合在底座（1)的顶部并与底座（1)密封配合，在底座（1)的顶端与 螺母帽（4)内的顶部之间形成一环形腔体（7);所述螺母帽（4)的顶部设置一进气口（15)， 所述氮气瓶（12)的出气口通过管路与进气口（15)连接； 支撑外壳（8)竖直穿过螺母帽（4)的顶部并固定在螺母帽（4)上，所述位移计（10)固 定在支撑外壳（8)内的上部，所述动件（9)设置在支撑外壳（8)的下部并与支撑外壳（8) 滑动配合，动件（9)的底部与圆柱型试件（6)的顶部接触，位移计（10)底部的探头与动件 (9)的顶部接触。
2. 根据权利要求1所述的多因素石膏岩膨胀试验装置，其特征在于，所述密封圈（2)的 外圆端部设置成与锥形台阶相匹配的锥形。
3. 根据权利要求1所述的多因素石膏岩膨胀试验装置，其特征在于，所述氮气瓶（12) 的出气口与进气口（15)连接的管路上安装减压阀（13)。
【专利摘要】本发明公开了一种多因素石膏岩膨胀试验装置，包括底座、密封圈、压紧环、螺母帽、恒温水浴箱、氮气瓶、支撑外壳、动件和位移计；底座设置试件安装腔体，恒温水浴箱沿底座的外圆周设置，密封圈卡在试件安装腔体内，压紧环的底端压紧密封圈；螺母帽旋合在底座的顶部，螺母帽的顶部设置一与氮气瓶连接的进气口，支撑外壳竖直穿过螺母帽的顶部，位移计固定在支撑外壳内的上部，动件设置在支撑外壳的下部，动件的底部与圆柱型试件的顶部接触。该装置能够很好地结合工程实际，能拟合出多种因素共同作用下石膏岩的膨胀过程，能够指导石膏岩施工；试验装置简单考虑因素全面，能够缩短试验时间，对现场施工具有指导意义。
【IPC分类】G01N3-00
【公开号】CN104677720
【申请号】CN201510058741
【发明人】陈钒, 成子桥, 沈亮, 蒲文明, 潘家奇, 韩大勇, 王红娟, 任松, 吴建勋
【申请人】中电建路桥集团有限公司, 重庆大学
【公开日】2015年6月3日
【申请日】2015年2月4日