[發明專利]用于測定石屑試樣空隙率及控制石屑試樣空隙率的試驗裝置及方法

在審

• 申請號: 201910361028.0
• 申請日: 2019-04-30
• 公開（公告）號: CN109975195A
• 公開（公告）日: 2019-07-05
• 發明（設計）人: 李清富;雷佳;龐冠洪;劉軍磊;閆亞倩;孫楊;項群華;李朝政
• 申請（專利權）人: 鄭州大學
• 主分類號: G01N15/08
• 分類號: G01N15/08;G01N5/00
• 代理公司: 鄭州銀河專利代理有限公司 41158
• 代理人: 陳玄

1.一種用于測定石屑試樣空隙率及控制石屑試樣空隙率的試驗裝置，其特征在于：包括固定架，固定架由底座和頂板及均勻固定在底座和頂板之間的三個豎向布置的導桿構成，底座中央固定有豎向伸縮的液壓缸，液壓缸的缸體與底座固定連接，液壓缸的活塞桿端固定有水平布置的下壓板，三個導桿中間于第一壓板上方安裝有透明的試樣筒，試樣筒的外周壁上設有測量高度的刻度線，試樣筒的下端通過螺紋安裝有密封端蓋，試樣筒的上下兩端外周壁上均固定有安裝板，兩個安裝板上均開設有分別與三個導桿滑動配合的滑孔，安裝板的底面上于三個滑孔處分別固定有與三個導桿滑動配合的定位環，定位環的周壁上沿徑向開設有定位螺孔，定位螺孔內安裝有定位螺栓，定位螺栓旋緊在定位螺孔內并壓緊在導桿上進而將定位環與導桿固定在一起，頂板的底面上于試樣筒上方安裝有水平布置的上壓板，上壓板通過豎向布置的連接桿與頂板固定連接，其中頂板上開設有螺孔，連接桿的頂部外周壁上設有與螺孔相配合的外螺紋，所述上壓板和下壓板均為圓形且上壓板和下壓板的外周壁均可與試樣筒的內周壁密封滑動配合，上壓板內分別開設有豎向貫穿于上壓板的注水孔和排氣孔。

2.根據權利要求1所述的用于測定石屑試樣空隙率及控制石屑試樣空隙率的的試驗裝置，其特征在于：所述試樣筒為PMMA筒。

3.根據權利要求1所述的用于測定石屑試樣空隙率及控制石屑試樣空隙率的的試驗裝置，其特征在于：所述底座上安裝有水平泡。

4.根據權利要求1所述的用于測定石屑試樣空隙率及控制石屑試樣空隙率的的試驗裝置，其特征在于：所述試樣筒與安裝板通過連接螺栓固定連接，其中在試樣筒的外周壁上開設有定位槽，安裝板上開設有與定位槽相對應的連接螺孔，連接螺孔內安裝有連接螺栓，連接螺栓旋緊在螺孔內并壓緊在定位槽內進而將試樣筒和安裝板固定在一起。

5.使用權利要求1-4任一所述的用于測定石屑試樣空隙率的試驗裝置的方法，其特征在于：包括如下步驟：

(1)對試驗石屑進行篩分，篩得不同粒徑的石屑試樣，稱取粒徑為r₁質量為m₁的石屑試樣，將試樣筒稱重記為m₂；

(2)將步驟(1)中的試樣筒進行安裝，并將兩個安裝板上的定位螺栓拆卸下來使得兩個安裝板可沿導桿上下滑動，首先稱取m₁/3的石屑試樣填筑于試樣筒內，控制液壓缸的活塞桿伸長，液壓缸驅動試樣筒上升使得上壓板相對于試樣筒向下移動進而擠壓試樣筒內的石屑試樣，使得石屑試樣壓密到預定高度h/3，靜置2min穩定后，控制液壓缸的活塞桿縮回，使得試樣筒與上壓板分離，再稱量m₁/3石屑試樣填筑于試樣筒內，控制液壓缸的活塞桿伸長，使得上壓板壓縮石屑試樣壓密到預定高度2h/3，靜置2min穩定后，控制液壓缸的活塞桿縮回，使得試樣筒與上壓板分離，再將剩余的m₁/3的石屑試樣填筑于試樣筒內，控制液壓缸的活塞桿伸長，使得上壓板壓密石屑試樣到預定高度h，已知試樣筒內壁的半徑r，計算石屑試樣的表觀體積Vs；

(3)將步驟(2)中的試樣筒靜置2min穩定后，通過注水孔向試樣筒中注水，注水的同時開啟聲波振動儀器，直至水剛好淹沒全部石屑，注入水的體積記為V_W，也就是試樣筒內空氣的體積，取下試樣筒，稱量加入水后的試樣筒質量記為m₃；

(4)計算石屑試樣的空隙率，按照公式(ⅰ)計算空隙率：

(ⅰ)式中：γ為空隙率，單位為％；

V_W為步驟3中所述注入水的體積，單位為mL；

V_S為步驟2中所述石屑試樣的表觀體積，單位為mL；

ρ_W為步驟3中所述注入水的密度；

r為步驟2中已知試樣筒內壁的半徑r，單位為mm；

h為步驟2中所述的預定高度，單位為mm；

m₃為步驟3中加水后的試樣筒的質量，單位為g；

m₂為步驟1中稱量的試樣筒的質量，單位為g；

m₁為步驟1中稱取的石屑試樣質量，單位為g；

(5)控制液壓缸的活塞桿縮回使得試樣筒與上壓板分離，然后在兩個安裝板上均安裝上定位螺栓使得兩個安裝板和導桿固定在一起進而將試樣筒固定，再將連接桿從頂板上拆卸下來，取下上壓板；

(6)控制液壓缸的活塞桿縮回使得下壓板與端蓋分離，然后拆下端蓋，再控制液壓缸的活塞桿伸長使得下壓板向上頂出試樣，使得試樣完全脫離試樣筒，然后將試樣取走，完成試樣脫模。