[發明專利]一種多場耦合下的軟巖崩解試驗儀及崩解試驗方法

在審

• 申請號: 202010772621.7
• 申請日: 2020-08-04
• 公開（公告）號: CN111812303A
• 公開（公告）日: 2020-10-23
• 發明（設計）人: 陳濤;舒繼森;韓流;尚濤
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: G01N33/24
• 分類號: G01N33/24;G01N5/04;G01N17/00
• 代理公司: 徐州創榮知識產權代理事務所(普通合伙) 32353
• 代理人: 陳俊杰

1.一種多場耦合下的軟巖崩解試驗儀，其特征在于，包括支撐框架、測試系統、壓力系統、加水-接水系統、制熱-制冷系統和攝像分析系統；

支撐框架包括上下兩塊鋼板（2）和多根立柱（3），上下兩塊鋼板（2）通過螺母（1）分別固定在立柱（3）的上部和下部；

測試系統包括加壓板（5）、上下兩塊透水石（6）、透明環腔（8）和底座（9），底座（9）設置在下鋼板（2）上表面，透明環腔（8）底部嵌入在底座（9）中，透明環腔（8）中由下至上設有兩塊透水石（6）和加壓板（5）；

壓力系統包括液壓油缸（4）、液壓電動泵（25）、液壓油箱（26）和電動機（27），液壓油缸（4）缸座固定在上鋼板（2）下表面，液壓油缸（4）通過油管（23）與液壓電動泵（25）連通，液壓電動泵（25）與電動機（27）連接，液壓電動泵（25）通過電動機（27）實現對液壓油箱（26）內的液壓油進行泵油和回油，千分表（24）安裝在液壓電動泵（25）上；

加水-接水系統包括加水箱（10）和接水箱（15），加水箱（10）通過加水管（12）與透明環腔（8）上部連通，接水箱（15）通過接水管（14）與底座（9）內部的接水口連通，加水管（12）上、接水管（14）上分別設有加水箱止水夾（11）、接水箱止水夾（13）；

制熱-制冷系統包括抽風管（18）、抽風機（19）、制冷-制熱器（20）、制冷-制熱管（21）和崩解環境試驗箱（22），崩解環境試驗箱（22）罩在透明環腔（8）外部，崩解環境試驗箱（22）側壁的內部設有制冷-制熱管（21），制冷-制熱管（21）與制冷-制熱器（20）連接，崩解環境試驗箱（22）側壁上設有抽風管（18），抽風機（19）與抽風管（18）連接；崩解環境試驗箱（22）頂壁開設有供液壓油缸（4）穿過的孔；

攝像分析系統包括防護罩（16）、高速攝像機（17）和計算機（29），高速攝像機（17）鏡頭穿過崩解環境試驗箱（22），高速攝像機（17）與計算機（29）連接。

2.根據權利要求1所述的一種多場耦合下的軟巖崩解試驗儀，其特征在于：所述的加壓板（5）上布置有多個透水孔（30）。

3.根據權利要求1所述的一種多場耦合下的軟巖崩解試驗儀，其特征在于：所述加水管（12）與透明環腔（8）的接口處位于透明環腔（8）上端面往下2cm處，防止加水速度過快濺出透明環腔（8）。

4.根據權利要求1所述的一種多場耦合下的軟巖崩解試驗儀，其特征在于：所述底座（9）內部是弧形碗狀結構且在中心位置設有接水口。

5.根據權利要求4所述的一種多場耦合下的軟巖崩解試驗儀，其特征在于：所述制熱-制冷管（21）呈螺旋盤繞式設置在崩解環境試驗箱（22）側壁的內部。

6.根據權利要求1所述的一種多場耦合下的軟巖崩解試驗儀，其特征在于：所述高速攝像機（17）的鏡頭上套有防護罩（16）。

7.一種利用上述任一權利要求所述的一種多場耦合下的軟巖崩解試驗方法，其特征在于：

恒定壓力下的干濕循環軟巖崩解宏微觀試驗：先稱量試樣（7）的質量記為M₀，然后將試樣（7）放置在兩塊透水石（6）之間；確定所取軟巖試樣（7）的上覆巖層應力記為F₀，液壓油缸（4）活塞桿伸出，對試樣（7）施加壓力，按照千分表（24）的示數達到設定值F₀時，鎖定壓力；記錄千分表（24）的初始讀數L₀，啟動液壓電動泵（25），當千分表（24）達到設定的壓力后進行壓力鎖定，記錄千分表（24）的讀數變化量ΔL，往加水箱（10）加入水，打開加水箱止水閥（11），水通過加水管（12）流入到透明環腔（8）內部，同時打開高速攝像機（17）和計算機（29），水與試樣（7）發生崩解等物理化學反應，高速攝像機（17）將崩解過程中試樣（7）的變化攝像傳輸到計算機（29）進行分析；待水與試樣（7）反應后，打開接水箱止水夾（13），待水流干后，關閉接水箱止水夾（13），然后打開制冷-制熱器（20）和抽風機（19），并將溫度調到110℃烘干24h，烘干之后取出試樣（7）進行稱重和篩分；將粒徑大于5mm的試樣（7）重新放入透明環腔（8）之后，循環進行上述重復試驗，第n次試樣（7）烘干稱重的質量記為M_n，計算試樣（7）的耐崩解指數：；

恒定壓力下的凍融循環軟巖崩解宏微觀試驗：先稱量試樣（7）的質量記為M₀，然后將試樣（7）放置在兩塊透水石（6）之間；確定所取軟巖試樣（7）的上覆巖層應力記為F₀，液壓油缸（4）活塞桿伸出，對試樣（7）施加壓力，按照千分表（24）的示數達到設定值F₀時，鎖定壓力；記錄千分表（24）的初始讀數L₀，啟動液壓電動泵（25），當千分表（24）達到設定的壓力后進行壓力鎖定，記錄千分表（24）的讀數變化量ΔL，往加水箱（10）加入水，打開加水箱止水閥（11），水通過加水管（12）流入到透明環腔（8）內部，同時打開高速攝像機（17）和計算機（29），然后打開制冷-制熱器（20）設置凍結溫度為-30℃，4小時之后，設置制冷-制熱器（20）的融化溫度為15℃并融化2小時；打開接水箱止水夾（13），待水流干后，關閉接水箱止水夾（13），然后打開制冷-制熱器（20）和抽風機（19），并將溫度調到110℃烘干24小時，烘干之后取出試樣（7）進行稱重和篩分；將粒徑大于5mm的試樣（7）重新放入透明環腔（8）之后，循環進行上述重復試驗，第n次試樣（7）凍融循環后烘干稱重的質量記為，計算試樣（7）的耐崩解指數：。