[发明专利]一种围压作用下裂隙水冻结过程中挤出冰体积测量装置

说明书

本发明公开了一种围压作用下裂隙水冻结过程中挤出冰体积测量装置，包括隔热箱、隔热顶板，岩石试样的两侧分别设置有加压装置，岩石试样的顶面的岩石裂隙上方扣设有无底面的矩形底座，矩形底座顶面设置有注射孔，矩形底座一侧底部开设有排气孔，矩形底座另一对侧顶部开设有进气孔，矩形底座上设置有气压传感器以及温度传感器。本发明可以精确实时测量裂隙水在冻结过程中挤出冰的体积，为计算裂隙冻胀力和进行寒区工程裂隙岩体冻胀开裂过程数值计算提供试验依据，精确度高、实用性强、模拟性好、操作方便。

技术领域

本发明涉及低温裂隙岩体冻结试验技术领域，更具体涉及一种围压作用下裂隙水冻结过程中挤出冰体积测量装置，适用于不同冻结温度下半开口裂隙水冻结挤出冰体积的实时动态测量。

背景技术

在寒区岩体工程中经常发生裂隙冻融扩展与裂隙挂冰现象，裂隙岩体冻融损伤与破坏主要是由于裂隙水冰相变产生冻胀力引起裂隙扩展演化的结果，对寒区岩体工程安全与稳定构成了极大威胁。为了研究冻胀力驱动裂隙扩展演化机制，常常借助于数值模拟方法，一种可行的方法是采用等效热膨胀系数方法模拟裂隙水冰相变过程中的冻胀力演化规律，从而可进一步对裂隙冻融扩展过程进行数值仿真。然而，等效热膨胀系数由裂隙冻结过程中的裂隙冰挤出体积决定，为了进行裂隙岩体冻融稳定性数值分析，首先需要确定裂隙水冻结过程中挤出的裂隙冰体积。

研究不同冻结温度和裂隙宽度下的挤出裂隙冰体积的变化规律是揭示裂隙岩体冻融损伤演化机理的关键，可为进行裂隙岩体冻融扩展数值计算并揭示冻融损伤机理提供参数支撑。

裂隙水冻结过程中挤出的裂隙冰会无规则的分布在裂隙周围，无法将挤出的裂隙冰分离且裂隙冰体积的测量过程需在相应的低温条件下进行。目前，关于冻结条件下裂隙冰挤出体积的确定尚无法通过实验测得，缺少相应的测量装置。此外，裂隙冰挤出体积受围压影响较大，而岩体一般也处于地应力环境之中，在进行裂隙冰挤出体积测量时需考虑围压的影响。因此，急需研发一种能够实时、准确测量考虑围压作用下冻结过程中裂隙冰挤出体积的试验装置，为理论分析和数值计算提供数据支撑。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的上述问题，提供一种围压作用下裂隙水冻结过程中挤出冰体积测量装置。该装置原理明确、操作简单、可快速准确实时地测量不同几何尺寸裂隙在不同冻结温度下裂隙水冻结中挤出冰体积，为进行裂隙岩体冻胀力数值计算与揭示裂隙岩体冻融损伤演化机理提供试验依据。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术措施：

一种围压作用下裂隙水冻结过程中挤出冰体积测量装置，包括放置有岩石试样的隔热箱以及盖设在隔热箱上的隔热顶板，岩石试样的两侧分别设置有加压装置，岩石试样的顶面的岩石裂隙上方扣设有无底面的矩形底座，矩形底座的底部边沿与固定侧板连接，固定侧板与岩石试样的顶面粘接，固定侧板的底面与岩石试样的顶面之间设置有橡胶密封垫圈，矩形底座顶面设置有注射孔，矩形底座一侧底部开设有排气孔，矩形底座另一对侧顶部开设有进气孔，矩形底座上设置有用于监测矩形底座内部气压的气压传感器以及用于监测矩形底座内部温度的温度传感器，排气孔通过排气管与真空抽气泵的抽气端连接，真空抽气泵的出气端与排气支管连接，真空抽气泵的出气端还通过进气支管与储气瓶连接，储气瓶通过进气管与进气孔连接，排气支管上设置有第一控制阀，进气支管上设置有第二控制阀。

如上所述的加压装置包括设置在岩石试样侧部的夹层钢板，以及与夹层钢板相抵的千斤顶，夹层钢板内设置有保温隔热层，夹层钢板内自上至下设置有若干个板内温度传感器，夹层钢板内自上至下还设置有若干个板内压力传感器。

如上所述的隔热顶板沿千斤顶加压的方向设置有顶部滑槽，隔热箱的底面沿千斤顶加压的方向设置有底部滑槽，顶部固定螺栓穿过顶部滑槽与夹层钢板的顶部通过螺纹连接，底部固定螺栓穿过底部滑槽与夹层钢板的底部通过螺纹连接。

如上所述的进气管上设置有第三控制阀，排气管上设置有第四控制阀。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：