一种软岩风化破碎实验装置及其试验方法
【专利说明】
【技术领域】
[0001]本发明涉及工程建设技术领域，具体一种软岩风化破碎实验装置及其实验方法。【【背景技术】】
[0002]软岩风化破碎指的是软质岩石在外界环境条件(光照、温差、降水、风速等)下发生的一系列物理化学变化，使软质岩石由整体变成粒径大小不同的残积土体的一种现象。
[0003]随着社会的发展，越来越多的工程建设不可避免要接触到各种各样的软岩地质环境，尤其是高速公路、铁路、水利、边坡治理等。由于软质岩石在不断变化的外界条件下，易发生崩解破碎，并逐渐变成碎石土，导致坡体整体稳定性降低，容易造成道路边坡、山体护坡等发生泥石流、滑坡等地质灾害。所以研究软岩风化破碎特性对今后软岩地区的工程建设有着重大的意义。
[0004]目前国内外对软岩的风化破碎研究主要集中在野外调查，由于外界因素多是不可控，许多指标需要借助不可操控的自然环境的变化，使得这方面的研究相对粗放，精度不够，以致长久以来室内研究属于空白。
[0005]目前，在室内软岩风化崩解破碎研究尚有许多需要完善、细化、精化，所以设计一种即可模拟外界自然环境又可以精确控制不同的影响因素且又能自动筛分风化残物的仪器装置显得十分必要。
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【发明内容】
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[0006]为解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供一种软岩风化破碎实验装置及其实验方法，该实验装置是涉及一种可用于研究道路、边坡、基坑、土垦、水利等领域的软岩在不同外界条件下其风化崩解速率、破碎程度和主要影响因素等的实验研究装置，该实验能高效且准确选择外部环境，分析在变化的自然条件下软岩的风化崩解过程，并分析主要影响因素以及耦合作用下最佳的软岩风化崩解环境，且可以通过振动台自动筛分风化残积岩土体，可真实的反映软岩风化破碎后粒径变化情况，为道路建设、边坡处理等工程建设提供可靠技术参数。
[0007]本发明采用的技术方案如下。
[0008]—种软岩风化破碎实验装置，包括实验筒和用于模拟降水的筒盖8，所述的实验筒用于保温使筒内保持一定温度，所述的筒盖8用于实验筒相适配并设置在实验筒的上端口，所述的实验筒内沿轴向自上至下间隔设置有若干个筛板，筛板的边缘与验筒的内壁接触设置，自上至下，所述的筛板的筛孔依次减小;最下层的筛板与实验筒的筒底之间设置有水工布10，水工布10用于隔土和滤水;所述的水工布10与实验筒的筒底之间设置有出水口 5，所述的出水口 5用于将水工布10与实验筒的筒底之间的水排出；所述的水工布10与最下层的筛板之间设置有输气口 2，所述的输气口 2用于向实验筒内进行输气;所述的实验装置上设置有日光灯3和监控探头14，所述的日光灯3用于模拟日光照射筛板，所述的监控探头14用于观察筛板，每层筛板的上方均设置有一组日光灯3和监控探头14且日光灯3的灯头和监控探头14均朝向该层筛板设置。
[0009]所述的实验筒为透明的，包括内筒17和外筒18，内筒17和外筒18同轴设置且内筒17的外壁与外筒18的内壁之间设置有间隙，该间隙设置为绝热密闭的结构，所述的筛板和水工布10均设置在内筒17内，所述的筛板和水工布10均水平设置，所述的日光灯3和监控探头4设置在内筒17与外筒18之间形成的间隙内。
[0010]所述的日光灯3和监控探头4设置在实验筒的内壁。
[0011]所述的同一组日光灯3和监控探头4设置在同一水平的正对位置。
[0012]所述的筒盖8与实验筒铰接，筒盖8上设置有进水口1、淋浴喷头9和排气口，所述的进水口 I与淋浴喷头9连接，淋浴喷头9设置在筒盖8的内表面上，所述的排气孔用于将实验筒内的气体排出，在该排气孔处还设置有第一控制阀门7，第一控制阀门7用于控制排气孔的排气。
[0013]所述的实验筒上设置有支架21，所述的支架21与实验筒的内壁连接，支架21用于支撑筛板和水工布10，所述的支架21包括第一合页板23、弹簧22和第二合页板24，所述的第一合页板23设置在所述第二合页板24开合方向的内侧，并且第一合页板23与第二合页板24对称设置，第一合页板23的两个合页片的端部分别与第二和叶片24的两个合页片铰接，在第一合页板23与第二合页板24之间还设置有弹簧22，所述的弹簧22的两端分别与第二合页板的两片合页连接，通过第一合页板23和弹簧22，所述的第二合页板24的一个合页片与所述的实验筒的内壁固定连接，所述的第二合页板24打开后通过另一片合页来放置筛板或水工布10，当取出筛板或水工布10后，通过弹簧22的回复力使第一合页板23和第二合页板24合拢。
[0014]所述的实验筒内设置有温度计20，所述的温度计20设置在实验筒的内壁上且位于最上层筛板的上方。
[0015]所述的水工布10的边缘紧贴实验筒的内壁设置，水工布10的下方设置有用于支撑水工布10的钢丝网，所述的钢丝网与实验筒的内壁连接。
[0016]所述的输气管2和出水口5上均设置有控制阀门。
[0017]所述的实验筒的外壁上还对称设置有用于移动实验筒时使用的把手19。
[0018]所述的日光灯3为强度可调节日光灯。
[0019]所述的实验筒设置在振动台6上。
[0020]一种软岩风化破碎实验方法，包括如下步骤:
[0021 ]步骤一:将输气口 2与冷热空气交换机相连接，将进水口 I与水源连接，在出水口 5上连接上排水管，将日光灯3与电源连接，将监控探头4与显示器相连接，将实验筒放置在振动台6上；
[0022]步骤二:现场选取颗粒直径分布较均匀的原状软岩并对原状软岩进行筛分，筛分结束后取适当质量软岩分别置于相对应的各层级的筛板上，并记录各筛板上放置的软岩质量；
[0023]步骤三:对软岩进行风化，水源通过进水口I为淋浴喷头9供水形成模拟降雨，根据需要打开日光灯3或调节日光灯3使日光灯3达到预设的照射强度，冷热空气交换机通过输气口 2向实验筒内输入一定温度及风速的空气；
[0024]步骤四:筛分，开启振动台6使实验筒内风化后的软岩颗粒通过筛板进行充分的筛分；
[0025]步骤五:取出各层筛板，对各层筛板上的软岩颗粒进行称量并记录质量数据；
[0026]步骤六:重复步骤二至步骤五，在所述的步骤三中，通过控制输气口 2输出的空气的温度及风速、进水口 I的进水流量和日光灯3的照射强度和振动台6的振动频率及振幅来对实验筒内的软岩进行不同条件下的风化，通过记录的各层筛板上的软岩颗粒的质量来绘制级配分布曲线，对比原始级配分布曲线，分析软岩在不同影响因素下的风化强度大小。
[0027]所述的步骤三中，依据软岩风化规律，通过用冷热空气交换机从输气口2向实验筒内输入一定风速以及温度的空气，持续一定的时间，多次循环，使软岩风干完全。
[0028]本发明的一种软岩风化破碎实验装置及其实验方法具有如下有益效果:
[0029]本发明的实验装置能够精确模拟外界环境的影响因子，包括光照、雨水、震动、温差和风速，该实验装置在实验筒的上端口设置能够模拟降水的桶盖来模拟雨水因子，通过冷热空气交换机从输气口向实验筒内输送一定温度和速度的空气来模拟温差和风速影响因子，通过日光灯模拟日光对软岩进行照射来模拟光照影响因子，通过将实验筒设置在振动台6上来模拟震动影响因子。
[0030]本发明的实验装置在实验筒内设置用于筛分软岩