一种干湿循环侧限约束膨胀率自动采集试验仪及方法技术

本发明专利技术涉及一种干湿循环侧限约束膨胀率自动采集试验仪及方法，包括试验室、膨胀量自动采集装置、波速测量装置和干湿循环系统，试验室包括底座、空心筒和金属筒，金属筒设置在底座中心，用于放置岩石试样，空心筒同轴套设在金属筒外周的底座上，膨胀量自动采集装置能测量金属筒中岩石试样的轴向位移，波速测量装置能测试超声波在岩石试样中的横向波速和纵向波速，干湿循环系统包括湿组件和干组件，湿组件用于将岩石试样整体浸泡在水体中，干组件包括排水组件和加热温控装置，其中，排水组件用于排出试验室中的水体，加热温控装置用于控制试验室内的温度，本发明专利技术可测量弱膨胀岩的膨胀系数，能得到更准确的膨胀率。能得到更准确的膨胀率。能得到更准确的膨胀率。

【技术实现步骤摘要】
一种干湿循环侧限约束膨胀率自动采集试验仪及方法


[0001]本专利技术涉及岩石膨胀试验仪器
，特别是一种干湿循环侧限约束膨胀率自动采集试验仪及方法。

技术介绍

[0002]自然界中所采集到的膨胀岩石均是经历过长时间的干湿循环作用后的产物，开挖出露时间越长，膨胀性岩石的干湿循环次数越多，其膨胀率越大。干湿循环是天然岩石常遭受的一种干燥和湿润环境交替一段时间的自然工况，受到干湿循环后的岩石会和水发生了复杂的物理化学反应，进而导致岩石的膨胀特性发生变化。
[0003]目前已有学者针对干湿循环后岩石的膨胀率展开了一定研究，主要集中于在同一种岩性岩石在不同干湿循环下的膨胀率等方面，这些成果对于认识膨胀性岩在干湿循环后的膨胀特性认识具有重要的理论和实际意义。然而目前的研究仍然存在以下不足：
[0004]1、室内干湿循环中的干燥和湿润两部分是分开的，在不同环境下进行处置，这与实际工程岩石所处的环境是不一致的，在这种环境切换中，岩石试样发生了一定的扰动，导致结果与实际相差甚远。
[0005]2、室内干湿循环后采集膨胀率变化大多数是依靠人工完成的，结果不够精准，费事费力。
[0006]3、当岩石膨胀量小于3％，这时量测的岩石膨胀量就非常小，如果采用位移计监测会使其误差较大，影响膨胀率的精确性。

技术实现思路

[0007]本专利技术要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种干湿循环侧限约束膨胀率自动采集试验仪及方法，该干湿循环侧限约束膨胀率自动采集试验仪及方法提供了波速测量装置来检测岩石内部的完整性，以及通过多次实验构建纵横波速与膨胀量公式，更准确地测量岩石的膨胀系数。
[0008]为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：
[0009]一种干湿循环侧限约束膨胀率自动采集试验仪包括试验室、膨胀量自动采集装置、波速测量装置和干湿循环系统；试验室包括底座、空心筒和金属筒。
[0010]金属筒设置在底座中心，能用于放置岩石试样；金属筒底部四周开设有透水孔。
[0011]空心筒同轴套设在金属筒外周的底座上。
[0012]膨胀量自动采集装置包括轴向位移计和与轴向位移计相连接的膨胀量自动采集仪；轴向位移计能测量金属筒中岩石试样的轴向位移。
[0013]波速测量装置能测试超声波在岩石试样中的横向波速和纵向波速。
[0014]干湿循环系统包括湿组件和干组件；湿组件用于将岩石试样整体浸泡在水体中；干组件包括排水组件和加热温控装置；其中，排水组件用于排出试验室中的水体；加热温控装置用于控制试验室内的温度。
[0015]优选地，上述波速测量装置包括超声波控制器和与超声波控制器相连接的纵横波测试通道；纵横波测试通道包括设置在金属筒外周且位于同一高度的超声波发生器和超声波接收器。
[0016]优选地，上述纵横波测试通道为两套，布设在金属筒的不同轴向高度上。
[0017]优选地，上述加热温控装置包括加热套和鼓风系统；加热套布设在空心筒内壁上，鼓风系统用于使试验室内的温度均匀分布。
[0018]优选地，上述湿组件包括隔水筒和进水装置；隔水筒同轴布设在加热套和金属筒之间的试验室内，并将试验室分隔为外侧空腔和内侧空腔；隔水筒的底部与试验室底部密封连接，隔水筒顶部高度高于加热套的顶部高度；进水装置用于向内侧空腔内加水。
[0019]一种干湿循环侧限约束膨胀率自动采集试验方法，其特征在于：
[0020]步骤1、试样安装：将岩石试样放置于金属筒内，并在金属筒底部和顶部依次放置滤纸和透水石。
[0021]步骤2、测定轴向位移计初始值：将轴向位移计竖直布设，轴向位移计的测量端与岩石试样顶面相接触，轴向位移计的非测量端与膨胀量自动采集仪相连；膨胀量自动采集仪能自动采集轴向位移计的轴向位移测量值，并将此时所采集的轴向位移测量值记录为轴向位移计初始值H1。
[0022]步骤3、泡水状态膨胀率测定，具体包括以下步骤：
[0023]步骤31、泡水：采用湿组件将岩石试样整体浸泡在水体中。
[0024]步骤32、测定轴向位移计的变形值
△
H：膨胀量自动采集仪按照设定时间间隔采集并记录一次轴向位移测量值，在实验时间超过48h后，当膨胀量自动采集仪连续3次采集的轴向位移测量值之间的差值均不大于0.001mm时，膨胀量自动采集仪暂停采集，并将最后一次采集的轴向位移测量值记录为泡水状态轴向位移计结束值H2；则
△
H＝H1
‑
H2。
[0025]步骤33、计算膨胀率V
HP
，具体计算公式为：
[0026][0027]当计算得到的膨胀率V
HP
不小于设定膨胀率阈值时，岩土试样称为强膨胀性岩土试样，采用式(1)计算的膨胀率V
HP
作为待测定的泡水状态膨胀率；否则，岩土试样称为弱膨胀性岩土试样，进入步骤34。
[0028]步骤34、测定泡水状态波速值：当步骤32的膨胀量自动采集仪暂停采集时，纵横波测试通道启动，根据岩土试样的高度和宽度，测得超声波在岩石试样中的横向波速V
S
和纵向波速V
P
。
[0029]步骤35、计算弱膨胀性岩土试样的膨胀率V
HP
′
，具体计算公式为：
[0030]V
HP
′
＝K(V
S
/V
P
)+C
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0031]式(2)中，K为相关系数，C为拟合常数；K和C值通过强膨胀性岩土试样的膨胀率V
HP
、横向波速V
S
和纵向波速V
P
之间的关系拟合得到。
[0032]步骤4、第一次干湿循环后膨胀率测定，具体包括如下步骤：
[0033]步骤41、排水：排水组件将试验室中浸泡岩石试样的水体进行排出。
[0034]步骤42、升温：当步骤41中水体全部排出后，加热温控装置启动，使试验室内的温度控制在设定温度，并保持设定温度不低于24小时。
[0035]步骤43、重复步骤31至35，得到对应的第一次干湿循环后岩土试样的膨胀率。
[0036]步骤5、重复步骤4，得到多次干湿循环后岩土试样的膨胀率。
[0037]优选地，上述步骤32中的设定时间间隔为在第1小时内，每隔10min测读变形1次，之后每隔一小时测读变形1次。
[0038]优选地，上述步骤34中的纵横波测试通道为两套；超声波在岩石试样中的横向波速V
S
和纵向波速V
P
取两套纵横波测试通道对应横向波速或纵向波速的测试均值。
[0039]优选地，上述步骤33中膨胀率阈值为3％。
[0040]优选地，上述岩石的高度小于金属筒高度，且金属筒的内径和岩石试样的直径相一致。
[0041]本专利技术具有如下有益效果：
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种干湿循环侧限约束膨胀率自动采集试验仪，其特征在于：包括试验室、膨胀量自动采集装置、波速测量装置和干湿循环系统；试验室包括底座、空心筒和金属筒；金属筒设置在底座中心，能用于放置岩石试样；金属筒底部四周开设有透水孔；空心筒同轴套设在金属筒外周的底座上；膨胀量自动采集装置包括轴向位移计和与轴向位移计相连接的膨胀量自动采集仪；轴向位移计能测量金属筒中岩石试样的轴向位移；波速测量装置能测试超声波在岩石试样中的横向波速和纵向波速；干湿循环系统包括湿组件和干组件；湿组件用于将岩石试样整体浸泡在水体中；干组件包括排水组件和加热温控装置；其中，排水组件用于排出试验室中的水体；加热温控装置用于控制试验室内的温度。2.根据权利要求1所述的一种干湿循环侧限约束膨胀率自动采集试验仪，其特征在于：所述波速测量装置包括超声波控制器和与超声波控制器相连接的纵横波测试通道；纵横波测试通道包括设置在金属筒外周且位于同一高度的超声波发生器和超声波接收器。3.根据权利要求2所述的一种干湿循环侧限约束膨胀率自动采集试验仪，其特征在于：所述纵横波测试通道为两套，布设在金属筒的不同轴向高度上。4.根据权利要求1所述的一种干湿循环侧限约束膨胀率自动采集试验仪，其特征在于：所述加热温控装置包括加热套和鼓风系统；加热套布设在空心筒内壁上，鼓风系统用于使试验室内的温度均匀分布。5.根据权利要求4所述的一种干湿循环侧限约束膨胀率自动采集试验仪，其特征在于：湿组件包括隔水筒和进水装置；隔水筒同轴布设在加热套和金属筒之间的试验室内，并将试验室分隔为外侧空腔和内侧空腔；隔水筒的底部与试验室底部密封连接，隔水筒顶部高度高于加热套的顶部高度；进水装置用于向内侧空腔内加水。6.一种干湿循环侧限约束膨胀率自动采集试验方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1、试样安装：将岩石试样放置于金属筒内，并在金属筒底部和顶部依次放置滤纸和透水石；步骤2、测定轴向位移计初始值：将轴向位移计竖直布设，轴向位移计的测量端与岩石试样顶面相接触，轴向位移计的非测量端与膨胀量自动采集仪相连；膨胀量自动采集仪能自动采集轴向位移计的轴向位移测量值，并将此时所采集的轴向位移测量值记录为轴向位移计初始值H1；步骤3、泡水状态膨胀率测定，具体包括以下步骤：步骤31、泡水：采用湿组件将岩石试样整体浸泡在水体中；步骤32、测定轴向位移计的变形值
△
H：膨胀量自动采集仪按照设定时间间隔采集并记录一次轴向位移测量值，在实验时间超过48h后，当膨胀量自动采集仪连续3次采集的轴向位移测量值之间的差值均不大于0.001mm时，膨胀量自动采集仪暂停采集，并将最后一次采集的轴向位移测量值记录为泡水状态轴向位移计结束...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔培强，韦立德，叶琼瑶，周利明，林志南，邵羽，黄波，耿文胜，袁国栋，黎盟，皮鹤，郭建，
申请(专利权)人：广西交通设计集团有限公司广西葛洲坝田西高速公路有限公司中国科学院武汉岩土力学研究所广西科技大学，
类型：发明
国别省市：