申请/专利权人：三峡大学

申请日：2018-07-16

公开（公告）日：2021-02-19

公开（公告）号：CN109030340B

主分类号：G01N19/00(20060101)

分类号：G01N19/00(20060101)

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2021.02.19#授权;2019.01.11#实质审查的生效;2018.12.18#公开

摘要：本发明公开了一种自膨胀加、卸载装置及方法，它包括带有隔层的长方体容器；所述长方体容器包括底部木板，所述底部木板的顶部通过竖向木板和侧向木板拼装围成长方体结构；所述底部木板上加工有多条槽口，所述槽口上限位安装有隔板，并将长方体结构分隔成加载隔层、卸载隔层和岩样隔层。通过膨胀剂含量的不同模拟加载力的不同，通过卸压阀和压力表，控制不同卸载力大小，配合CT扫描可实时监测，在加、卸载各个阶段受力情况下的岩石内部损伤变化，为以后工程实践应用中对不同地应力作用造成的岩石损伤变化提供了简单实用的方法。

主权项：1.一种自膨胀加、卸载装置，其特征在于：它包括带有隔层的长方体容器；所述长方体容器包括底部木板（9），所述底部木板（9）的顶部通过竖向木板（4）和侧向木板（6）拼装围成长方体结构；所述底部木板（9）上加工有多条槽口（8），所述槽口（8）上限位安装有隔板（5），并将长方体结构分隔成加载隔层（1）、卸载隔层（2）和岩样隔层（3）；所述加载隔层（1）共有多个，在加载隔层（1）上安装有水阀，所述水阀与加载隔层（1）连接处涂抹有硅酮密封胶，在水阀的出水口管上设置有阀芯（11），在水阀的出水口内部设置了控制其封闭的水阀开关（10），在水阀的出水口末端设置有出水口封闭片（13）；所述水阀内部配置流量计和电磁阀，所述流量计和电磁阀与单片机控制器相连，并控制水量进入的多少；所述加载隔层（1）内分别装载了掺有不同膨胀剂含量的膨胀水泥。

全文数据：一种自膨胀加、卸载装置及方法技术领域[0001]本发明涉及一种既可以在实验室试验又可以在无电无力的野外施工的一种设备，尤其涉及一种应用于CT扫描的自膨胀加、卸载装置及方法。’背景技术[0002]现有的加载设备如重力加载荷载量不能很大，操作笨重而费工;液压加载的投资大，维护费用较高，使用受到一定限制;气压模拟加载中岩样内表面无法直接观测；电磁加载的激振力不大等，均不能很好的适用于岩石内部损伤变化的检测。且现有的CT扫描需要解除附在岩样上的约束否则会产生伪影。现在还没有既不会产生伪影又不需要解除约束的加载设备出现。发明内容[0003]本发明所要解决的一种技术问题是应用于CT扫描的自膨胀加、卸载装置及方法，通过膨胀剂含量的不同模拟加载力的不同，通过卸压阀和压力表，控制不同卸载力大小，配合CT扫描可实时监测，在加、卸载各个阶段受力情况下的岩石内部损伤变化，为以后工程实践应用中对不同地应力作用造成的岩石损伤变化提供了简单实用的方法。[0004]为了实现上述的技术特征，本发明的目的是这样实现的：一种自膨胀加、卸载装置，它包括带有隔层的长方体容器;所述长方体容器包括底部木板，所述底部木板的顶部通过竖向木板和侧向木板拼装围成长方体结构;所述底部木板上加工有多条槽口，所述槽口上限位安装有隔板，并将长方体结构分隔成加载隔层、卸载隔层和岩样隔层。[0005]所述隔板与侧向木板相配合的位置加工有槽口，在隔板与槽口相配合的位置涂抹有硅酮密封胶。~[0006]所述竖向木板和侧向木板之间通过榫卯连接结构相连。[0007]所述底部木板、竖向木板和侧向木板都采用木板材料，并做防腐处理，在木板的外表面都采用多层碳纤维布配合AB胶将其包裹。[0008]所述隔板采用木板或PVC板，在隔板的外部包裹有碳纤维布。[0009]所述隔板上设置有隔热层，在隔热层内部和隔板之间设置有压力传感器，所述隔热层、压力传感器和隔板整体包裹在碳纤维布中。’[0010]所述加载隔层共有多个，在加载隔层上安装有水阀，所述水阀与加载隔层连接处涂抹有硅酮密封胶，在水阀的出水口管上设置有阀芯，在水阀的出水口内部设置了控制其封闭的水阀开关，在水阀的出水口末端设置有出水口封闭片;所述水阀内部配置流量计和电磁阀，所述流量计和电磁阀与单片机控制器相连，并控制水量进入的多少。[0011]所述加载隔层内分别装载了掺有不同膨胀剂含量的膨胀水泥。。[0012]所述卸载隔层内部安装有卸压阀和压力表，通过卸载隔层的卸压阀和压力表，来fe制卸载力大小，并以此观察石样卸力后内部的损伤变化，且隔层与其接口处用桂酮逾封胶封严保证其气密性。'"[0013]采用任意一项所述自膨胀加、卸载装置的操作方法，包括以下步骤：1制作带有槽口的底部木板和侧向木板、并制作竖向木板，然后将其通过榫卯连接结构拼接成木制长方体容器；Z2将隔板采用碳纤维布进行包裹，并在其内部设置隔热层和压力传感器，并将其与底部木板上的槽口对接，形成多个加载隔层以及卸载隔层和岩样隔层；3在加载隔层内部放入已掺入膨胀剂的水泥，在卸载隔层内部放入液压油或水，在岩样隔层内部放入岩样；4通过加载隔层中的膨胀水泥衆自膨胀作用，对岩样施加加载力，并通过改变膨胀水泥浆中的膨胀剂含量，模拟不同等级的加载力；5加载完成后，通过卸载隔层的卸压阀和压力表，来控制卸载力大小，形成自膨胀加、卸载装置。[0014]本发明与现有的技术相比，具有的有益效果为：1、对于金属设备，在CT扫描时，显示出来的CT图像在成像过程中会产生伪影，这些伪影会降低图像质量，甚至影响了对岩石内部损伤变化的分析诊断，而本装置不使用金属部件，可以消除在CT扫描中出现的伪影。[0015]2、本发明是通过加载隔层里装有不同膨胀剂含量的膨胀水泥浆，利用其自膨胀作用，并利用膨胀水泥浆中膨胀剂含量的不同，提供不同级别加载力，配合CT扫描，可得到不同加载力状态下的岩石内部损伤变化情况。[0016]3、本发明通过卸压阀和压力表来观察卸载状态下的岩石内部损伤变化，操作简单，成本低。[0017]4、本发明在CT扫描时，无需解除应力，这样保证岩样在扫描过程中始终处于受力状态，进而实时监测岩样在受力状态下的内部损伤变化。[0018]5、本发明无需电力和油压，因此在野外情况下，可作为加载设备使用，操作简单，成本低。[0019]6、本发明利用膨胀剂在硬化后期，形态趋于稳定，能长期保持状态不变，可将加载装置直接放置与岩体中，以此开展岩体原位蠕变试验，并研究其蠕变规律，无需另外的加载设备，操作简单方便，节约成本，而且非常适合野外操作。附图说明[0020]下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。[0021]图1为本发明装置俯视图。[0022]图2为本发明装置开槽木板大样图。[0023]图3为本发明装置木板垂直榫卯连接结构示意图。[0024]图4为本发明装置小木盒之间水平榫卯连接结构示意图。[0025]图5为本发明装置水阀示意图。[0026]图6为本发明装置水阀出水口设置大样图。[0027]图中：加载隔层1、卸载隔层2、岩样隔层3、竖向木板4、隔板5、侧向木板6、榫卯连接结构7、槽口8、底部木板9、水阀开关10、阀芯11、出水口封闭片13。具体实施方式[0028]下面结合附图对本发明的实施方式做进一步的说明。[0029]实施例1:参照图1-6，一种自膨胀加、卸载装置，它包括带有隔层的长方体容器;所述长方体容器包括底部木板9,所述底部木板9的顶部通过竖向木板4和侧向木板6拼装围成长方体结构；所述底部木板9上加工有多条槽口8，所述槽口8上限位安装有隔板5，并将长方体结构分隔成加载隔层1、卸载隔层2和岩样隔层3。通过采用上述装置，其主要利用膨胀水泥浆的自膨胀作用，提供加载力，解决了CT扫描观察岩样内部损伤时，可在不解除其应力状态下，实时监测不同等级加、卸载力下岩样的内部损伤变化的问题;此外本发明无需电力和油压，可在野外情况下操作，且膨胀剂在硬化后期，形态趋于稳定，可长期保持状态不变，以此开展岩体原位蠕变试验，并研宄其规律。[0030]进一步的，所述隔板5与侧向木板6相配合的位置加工有槽口8,在隔板5与槽口相配合的位置涂抹有硅酮密封胶。通过硅酮密封胶加以密封，使其形成隔层。[0031]进一步的，所述竖向木板4和侧向木板6之间通过榫卯连接结构7相连。采用榫卯连接结构7简化了其连接过程。而且保证了其连接稳定性。[0032]进一步的，所述底部木板9、竖向木板4和侧向木板6都采用木板材料，并做防腐处理，在木板的外表面都采用多层碳纤维布配合AB胶将其包裹。将木板包裹，目的在于加强木板的强度和对其做防水处理。装置所用木材均已做防腐处理，保证其耐久性。[0033]进一步的，所述隔板5采用木板或PVC板，在隔板5的外部包裹有碳纤维布。[0034]进一步的，所述隔板5上设置有隔热层，在隔热层内部和隔板5之间设置有压力传感器，所述隔热层、压力传感器和隔板5整体包裹在碳纤维布中。隔板是由碳纤维布包裹的PVC板，目的在于通过膨胀作用使隔板产生塑性变形，然后将其所受的压力传递给岩样，完成对岩样的加载。目的在于防止压力传感器受热损坏，并通过压力传感器表征其加载力大小。[0035]进一步的，所述加载隔层1共有多个，在加载隔层1上安装有水阀，所述水阀与加载隔层1连接处涂抹有硅酮密封胶，在水阀的出水口管上设置有阀芯11，在水阀的出水口内部设置了控制其封闭的水阀开关10，在水阀的出水口末端设置有出水口封闭片13;所述水阀内部配置流量计和电磁阀，所述流量计和电磁阀与单片机控制器相连，并控制水量进入的多少。通过水阀开关10目的在于供水完成可关闭，防止其应膨胀水泥浆的膨胀作用而堵塞，影响下次供水。水阀的出水口插入每个装有掺入膨胀剂的水泥隔层中心处，目的在于保证膨胀水泥加水后反应均匀。[0036]进一步的，所述加载隔层1内分别装载了掺有不同膨胀剂含量的膨胀水泥。目的在于通过改变膨胀水泥浆中的膨胀剂含量，模拟不同等级的加载力，至此达到一个加载峰值。可将已拌合均匀的膨胀水泥浆浇筑于小长方体容器内，以此提供压力，待其膨胀稳定后，拼接装有不同膨胀剂含量水泥浆的小长方体容器，以此提供不同级别的压力。[0037]进一步的，所述卸载隔层2内部安装有卸压阀和压力表，通过卸载隔层的卸压阀和压力表，来控制卸载力大小，并以此观察岩样卸力后内部的损伤变化，且隔层与其接口处用硅酮密封胶封严保证其气密性。[0038]进一步的，该装置可将其加载应力锁死，以此开展岩体原位懦变试验，并研究其蠕变规律。[0039]实施例2:采用任意一项所述自膨胀加、卸载装置的操作方法，包括以下步骤：1制作带有槽口8的底部木板9和侧向木板6、并制作竖向木板4,然后将其通过榫卯连接结构7拼接成木制长方体容器；2将隔板5采用碳纤维布进行包裹，并在其内部设置隔热层和压力传感器，并将其与底部木板9上的槽口S对接，形成多个加载隔层1以及卸载隔层2和岩样隔层3;3在加载隔层1内部放入已掺入膨胀剂的水泥，在卸载隔层2内部放入液压油或水，在岩样隔层3内部放入岩样；4通过加载隔层1中的膨胀水泥浆自膨胀作用，对岩样施加加载力，并通过改变膨胀水泥浆中的膨胀剂含量，模拟不同等级的加载力；5加载芫成后，通过卸载隔层2的卸压阀和压力表，来控制卸载力大小，形成自膨胀加、卸载装置。[0040]实施例3:将制作好的木板及PVC隔板组装成带有隔层的长方体容器，形成若干隔层，分为加载隔层、卸载隔层和放置岩样隔层三部分，并在隔层板上粘贴压力传感器，且对加层纳米隔热板做隔热处理。[0041]木板容器内，每个加载小隔层的长为5cm，宽和高均为20cm;卸载隔层长为15cm，宽和高均为20cm，装载岩样的隔层长、宽和高均为20cm。[OO42]在加载隔层内放置膨胀水泥，不同含量的膨胀剂水泥浆，配制方法如下：配制膨胀剂含量为10%，15%，20%，25%，30%的膨胀剂水泥浆，即取普通硅酸盐水泥180^、170^、160^，150^，140^共5组。再取膨胀剂20^、30^、40^，50^，60^并将组号依次标记为△12^3，八4,45将所称取的水泥、膨胀剂倒入搅拌桶搅拌均匀，再将其从靠近卸载隔层那端算起，按照膨胀剂含量大小的顺序，分别依次倒入对应的加载隔层内。[0043]在卸载隔层内装满液压油，并把岩样放入装载岩样的隔层内，然后将整个长方体容器上部用木质盖板封闭，且配合AB胶包裹多层碳纤维布。[0044]将整个装置放置在CT扫描机上，观察并记录无加载力下岩样内部构造，然后将卸压阀门关闭，将第A1组水阀的阀门打开，供水一定量后，观测压力传感器的压力数据，并用CT扫描仪扫描岩样在受力状态下，其内部损伤变化，记录数据。[0045]关闭A1组水阀的阀门，依次将第A2组、第A3组、第A4组、第A5组的A1组水阀的阀门打开，观察并记录不同膨胀剂含量下的压力传感器数据，以此表征在不同加载力状态下，岩样内部损伤变化。[0046]加载达到峰值并记录好加载状态下的相关试验数据后，记录此时压力表数据并以此压力值划分卸载等级，然后打开卸压阀，依据压力表来控制卸载力大小，观察并记录岩样在卸载状态下，其内部损伤变化。[0047]整理所得数据，得到岩样在加载和卸载过程中所反映的岩样内部损伤变化的分析表。[0048]实施例4:将制作好的木板及PVC板组装成带有隔层的长方体容器，形成卸载隔层和放置岩样隔层两部分，并在隔层板上粘贴压力传感器，且对加层纳米隔热板做隔热处理;加载隔层这是独立的小长方体盒子拼接而成。[0049]木板容器内，加载隔层是由长宽高分别为5cm、20cm、20cm的独立盒子，采用垂直榫卯结构的连接方式拼接而成，连接处用娃酮密封胶密封；卸载隔层长为15cm，宽和高均为20cm，装载岩样的隔层长、宽和高均为20cm。设置装载细沙的隔层长为15cm，装载岩样的隔层长为20cm;所有隔层的宽和高均为20cm。[0050]在配制不同含量的膨胀剂水泥浆，配制方法如下：配制膨胀剂含量为10%，15%，20%，25%，30%的膨胀剂水泥浆，即取普通硅酸盐水泥1800g、1700g、1600g，l5〇Og，1400g共5组。再取膨胀剂20^、30^、40^，50^，60^，将所称取的水泥、膨胀剂对应倒入搅拌桶搅拌均匀，再称出5组温水50摄氏度左右，每组7〇〇g，并将其倒入膨胀水泥中搅拌均匀；然后倒入对应的盒子中，并将其组号依次标记为B1、B2、B3，B4，B5〇[0051]B1组填满膨胀剂水泥浆后，用多层碳纤维布包裹的盖板封闭小长方体盒子上部，再将此盒子与有卸载隔层和岩样隔层的长方体容器连接，连接方式为水平榫卯结构连接，再观测压力传感器的压力数据，并用CT扫描仪扫描岩样内部损伤变化，记录数据；依次将第B2组、第B3组、第B4组、第B5组的膨胀剂水泥浆填满，观测每一组操作过程中压力传感器的压力数据，并依次记录压力数据，依次CT扫描岩样内部损伤变化；加载达到峰值并记录好加载状态下的相关试验数据后，记录此时压力表数据并以此压力值划分卸载等级，然后打开卸压阀，依据压力表来控制卸载力大小，观察并记录岩样在卸载状态下，其内部损伤变化。[0052]整理所得数据，得到岩样在加载和卸载过程中所反映的岩样内部损伤变化的分析表。[0053]上述实施例用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明做出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

权利要求：1.一种自膨胀加、卸载装置，其特征在于：它包括带有隔层的长方体容器;所述长方体容器包括底部木板9，所述底部木板9的顶部通过竖向木板4和侧向木板6拼装围成长方体结构;所述底部木板9上加工有多条槽口（8，所述槽口（8上限位安装有隔板5，并将长方体结构分隔成加载隔层1、卸载隔层2和岩样隔层3。2.根据权利要求1所述的一种自膨胀加、卸载装置，其特征在于:所述隔板5与侧向木板6相配合的位置加工有槽口（8，在隔板5与槽口相配合的位置涂抹有硅酮密封胶。3.根据权利要求1所述的一种自膨胀加、卸载装置，其特征在于:所述竖向木板4和侧向木板⑹之间通过榫卯连接结构⑺相连。4.根据权利要求1所述的一种自膨胀加、卸载装置，其特征在于:所述底部木板9、竖向木板4和侧向木板6都采用木板材料，并做防腐处理，在木板的外表面都采用多层碳纤维布配合AB胶将其包裹。5.根据权利要求1所述的一种自膨胀加、卸载装置，其特征在于:所述隔板5采用木板或PVC板，在隔板⑸的外部包裹有碳纤维布。6.根据权利要求1所述的一种自膨胀加、卸载装置，其特征在于:所述隔板5上设置有隔热层，在隔热层内部和隔板5之间设置有压力传感器，所述隔热层、压力传感器和隔板5整体包裹在碳纤维布中。7.根据权利要求1所述的一种自膨胀加、卸载装置，其特征在于:所述加载隔层（1共有多个，在加载隔层1上安装有水阀，所述水阀与加载隔层1连接处涂抹有硅酮密封胶，在水阀的出水口管上设置有阀芯（11，在水阀的出水口内部设置了控制其封闭的水阀开关10，在水阀的出水口末端设置有出水口封闭片（13;所述水阀内部配置流量计和电磁阀，所述流量计和电磁阀与单片机控制器相连，并控制水量进入的多少。8.根据权利要求1所述的一种自膨胀加、卸载装置，其特征在于:所述加载隔层（1内分别装载了掺有不同膨胀剂含量的膨胀水泥。9.根据权利要求1所述的一种自膨胀加、卸载装置，其特征在于:所述卸载隔层2内部安装有卸压阀和压力表，通过卸载隔层的卸压阀和压力表，来控制卸载力大小，并以此观察岩样卸力后内部的损伤变化，且隔层与其接口处用硅酮密封胶封严保证其气密性。10.采用权利要求1-9任意一项所述自膨胀加、卸载装置的操作方法，其特征在于包括以下步骤：1制作带有槽口（8的底部木板9和侧向木板6、并制作竖向木板4，然后将其通过榫卯连接结构7拼接成木制长方体容器；2将隔板5采用碳纤维布进行包裹，并在其内部设置隔热层和压力传感器，并将其与底部木板9上的槽口（8对接，形成多个加载隔层（1以及卸载隔层2和岩样隔层3;3在加载隔层（1内部放入己掺入膨胀剂的水泥，在卸载隔层（2内部放入液压油或水，在岩样隔层3内部放入岩样；4通过加载隔层（1中的膨胀水泥浆自膨胀作用，对岩样施加加载力，并通过改变膨胀水泥楽中的膨胀剂含量，模拟不同等级的加载力；5加载完成后，通过卸载隔层⑵的卸压阀和压力表，来控制卸载力大小，形成自膨胀力口、卸载装置。

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