[发明专利]一种弱胶结岩体吸水试验装置及试验方法

说明书

本发明公开了一种泥质弱胶结岩体吸水试验装置及试验方法，包括试样筒、试样筒支座、升降螺杆、称重传感器、称重传感器记录仪、供水槽、恒温水槽、调平支座、温度控制器、加热模块、温度传感器、水位控制阀等。该试验装置通过温度控制器和水位控制阀可精确控制水温及水位，既可消除试验过程中水温和水位变化对试样矿物吸水活化及吸水质量监测结果的影响，又可开展不同温度条件下弱胶结岩体试样的吸水试验；通过高精度称重传感器可连续监测试样吸水质量的变化，可得到不同温度条件下试样吸水量的变化规律；通过CCD照相模块可实时记录试样表面的宏细观裂纹(裂隙)结构的演化规律。本发明科学可行、操作便利，可显著提高试验效率和试验结果的精度。

技术领域

本发明涉及一种泥质弱胶结岩体吸水试验装置及试验方法，尤其是一种适用于黏土矿物含量较高的弱胶结岩体试样在不同温度条件下开展吸水量、水分扩散及试样表面的宏细观裂纹(裂隙)结构演化过程实时监测的试验装置及试验方法。

背景技术

泥质弱胶结岩体属于多孔介质材料，包括大量的蒙脱石、伊利石、高岭石等亲水性黏土矿物，与水接触后，在毛细力作用下，水分会沿着孔隙通道在岩体内发生运移。黏土矿物较高的岩体，与水发生作用后，胶结性降低，强度参数弱化，在工程应力作用下极易发生失稳。水岩相互作用是边坡工程、隧道工程、地基加固、采矿工程和水利工程等一系列岩体工程结构稳定性的最基础性研究课题之一，具有十分重要的科学价值和工程意义。水岩相互作用是影响岩体结构长期稳定的主要因素之一，特别是对于泥岩、泥质砂岩等弱胶结岩体，由于这类岩体中含有大量亲水性黏土矿物，比表面积大，孔隙、裂隙发育，吸水性强，与水接触后在毛细力作用下极易发生吸水运移，造成岩体细观结构不断演化，产生宏观裂隙，随着时间的累积，发生崩解，严重影响岩体的物理力学特性，从而带来相应的工程问题。因此，岩体吸水运移过程是值得深入研究和探索的科学问题，要开展岩体吸水试验研究的首要条件是保证恒定的水温和稳定的接触水面，同时在试验过程中要能实现自动记录岩体的吸水量、浸润线和试样表面的宏细观裂纹(裂隙)结构随时间变化的累积演化过程。

一般而言，若要进行岩体吸水过程中水分扩散的定量分析，对试验环境和试样状态要求较高，一方面要保证水温、水位线等试验环境的稳定，另一方面要保证试样吸水后应不发生整体崩解破坏。然而，目前已有的岩体吸水试验装置(如：一种岩土体吸水试验装置，专利申请号：201410337508.0)没有水温控制系统、称重系统和调平系统，这会对试验结果产生影响使得试验结果的精度不高；并且由于试样与试样筒之间的空隙过大，造成试样筒未能对试样崩解起到抑制作用，不适用于具有一定膨胀性和遇水易泥化崩解的弱胶结岩体；另外，该吸水试验装置没有观测(量测)系统，不能实现岩体试样吸水过程中的实时监测，试验精度不够。此外，部分具有称重功能的吸水试验装置(如：一种岩棉吸水试验装置，专利申请号：201710608261.5)通过在伸缩杆底端固接有电子秤，电子秤输出端固接有称重支杆，称重支杆底端固接有顶盖，并且在顶盖下表面通过固定螺母固接有框架，框架外围皆镶嵌有过滤网，在使用时将岩棉放入框架中，先用电子秤称其质量，而后通过气泵将伸缩杆推出到水箱内，使得岩棉充分吸水，再将伸缩杆收起进行称重，对比前后重量确定其吸水量。虽然可采用该试验装置获得岩样的吸水量，但此称重系统操作过程复杂、功能单一，不能实现试样吸水量的连续动态监测；另外，该试验装置没有设计水温与水位控制系统，使得试验过程中的水温、水位线等试验环境不稳定(水温高低变化，水位线波动起伏)，存在因水温变化而改变试样矿物吸水活化的问题，造成试验结果的精度不高；此外，该试验装置未考虑如何防止试样遇水崩解的问题，对于具有一定膨胀性和遇水易泥化崩解的弱胶结岩体不适用。