[发明专利]一种悬挂网筛极软岩耐崩解性测试装置及操作方法

说明书

本发明开发了一种用于测试极软岩耐崩解性的测试装置和方法。所用到的关键设备为：悬挂网筛；隔离板；磁力搅拌器。发明的测试仪器按以下原理运作：1)网筛上一定质量岩块遇水崩解产生大量碎屑；2)磁力搅拌器产生旋转水流，旋转水流剥离岩块上的碎屑、推动网筛稳定运动；3)悬挂网筛发生自转和公转运动，使崩解物碎屑在筛面产生晃动，促进筛分；4)隔离板隔断水流运动，通过筛孔的崩解物可沉积在隔离板下，确保搅拌器转子稳定旋转；5)试验结束后，烘干并称量留在筛网上碎屑，除以原质量，可得耐崩解性评价指标。本发明开发的转轴倾斜悬挂网筛系统和隔离板，可确保系统持续稳定运行，崩解物充分筛分，实现对极软岩耐崩解性的准确评价。

技术领域

本发明涉及一种悬挂网筛极软岩耐崩解性测试装置及操作方法。

背景技术

岩石的坚硬程度根据岩块的饱和单轴抗压强度标准值f_rk可为坚硬岩、较硬岩、较软岩、软岩和极软岩5个等级^[1]。分类指标如表1所示：

表1岩石坚硬程度分级

各等级岩石均可能有一定崩解性，但是极软岩往往具有强烈的崩解性。所谓岩石的“崩解性”是指岩石与水环境(或自然环境)中解体的性质。岩石崩解和岩石破碎类似，都是解体。但是岩石的“崩解”与“破碎”的机理并不相同，因为“破碎”一般是指岩石在外力作用下解体。所以，“崩解”主要与岩石抗自然环境(水、温、光照)风化的性能有关；而“破碎”则与岩石抗力学破坏能力相关。

由于岩石往往处于复杂的水、温环境中，因此准确、定量评价岩石的耐崩解能力，对于涉及岩石的工程很重要。定量评价岩石抗风化能力的指标就是耐崩解指标。目前主流的岩石耐崩解性试验方法是美国材料与试验协会标准制定的《Standard Test Method forSlake Durability of Shales and Similar Weak Rocks》 ASTM D4644-04^[2]，该方法采用图1所示仪器进行试验。试验基本原理如下：

1)称量滚筒的质量C；

2)称量滚筒和烘干试样的总质量B；

3)开动设备，开始崩解试验，网筛滚筒旋转；

4)试验后，称量滚筒与剩余的总烘干质量W_F；

5)按下式计算得到页岩耐崩解指数

I_d2＝[W_F-C)/(B-C)]×100。

具体试验操作方法如下：

1)挑选10个形状接近且每个质量在40～60g的具有代表性的岩块。试样总体重量接近在450～550g，并尽可能去除试样的锐角。把试样放在滚筒中；

2)将滚筒安装在耐崩解仪的电机上，向水槽内加纯净水至滚筒轴线下20mm处。启动电机使滚筒以20转/分钟的速率转动10 分钟，记录试验开始和10分钟后的水温；

3)将试样移出滚筒，烘干并记录质量；

4)重复滚动，然后烘干试样并再次记录质量。

这种方法适用于力学强度较高的硬质岩。对于软质岩，这种方法有一个很大的缺陷，试验过程中，网筛滚筒的滚动对岩石产生较大的的机械碰撞，由于软岩强度较低，这种碰撞在试验过程中“破碎”软岩，这样，实验结果就包含了崩解和破碎两种作用的，从而导致崩解测试结果失真。由于一直没有更好的方法，这种方法在全世界得到广泛应用，我国交通部《公路岩石试验规程》 (JTGE41-2005)T0207-2005^[3]中测试岩石耐崩解性的试验方法就来源这种方法，所用设备也基本一致。

分析上述方法中，滚动的网筛(滚筒网筛)是核心部件，它的作用如下：