本發(fā)明涉及巖石物理性能試驗(yàn)，特別涉及一種集成式自動(dòng)巖石物理性能試驗(yàn)機(jī)及試驗(yàn)方法。

背景技術(shù)：

1、巖石物理性能測(cè)試在地質(zhì)工程領(lǐng)域具有重要的意義，通過物理性能測(cè)試，可以深入了解巖石的密度、孔隙度、吸水率等物理特性，這些特性能夠反映巖石的形成環(huán)境、歷史以及其所經(jīng)歷的地質(zhì)過程。這些信息對(duì)于理解地質(zhì)構(gòu)造、預(yù)測(cè)地質(zhì)災(zāi)害以及進(jìn)行地質(zhì)資源勘探都具有重要意義。

2、目前現(xiàn)有巖石物理性能測(cè)試的方式是，從現(xiàn)場(chǎng)采集巖石樣本，然后將其送至實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行專門的物理性能測(cè)試，以獲取相關(guān)參數(shù)。然而，這一過程包括巖石樣本的運(yùn)輸和實(shí)驗(yàn)室測(cè)試，通常需要3到4天的時(shí)間。鑒于一些工程項(xiàng)目急需了解巖石的物理性能參數(shù)以便進(jìn)行工程建設(shè)，現(xiàn)有的測(cè)試方法因其耗時(shí)較長(zhǎng)而無法滿足這一需求。因此，亟需開發(fā)一種能夠迅速獲取巖石物理性能參數(shù)的新方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中所存在的巖石物理性能測(cè)試耗時(shí)較長(zhǎng)，無法滿足一些工程項(xiàng)目急需了解巖石的物理性能參數(shù)的不足，提供一種集成式自動(dòng)巖石物理性能試驗(yàn)機(jī)及試驗(yàn)方法。

2、在第一方面，本發(fā)明提供一種集成式自動(dòng)巖石物理性能試驗(yàn)機(jī)，包括

3、烘干箱，所述烘干箱用于烘干巖石試樣；

4、冷卻箱，所述冷卻箱用于降低所述巖石試樣的溫度；

5、飽水部件，所述飽水部件用于對(duì)所述巖石試樣進(jìn)行飽水；

6、移位器，所述移位器設(shè)有托盤架，所述托盤架用于放置試樣托盤，所述移位器能將所述試樣托盤在所述烘干箱、所述冷卻箱和飽水部件之間相互轉(zhuǎn)移；

7、稱量部件，所述稱量部件用于測(cè)量所述巖石試樣的質(zhì)量；

8、控制器，所述控制器用于控制所述移位器的移動(dòng)，所述控制器還用于控制所述烘干箱、所述冷卻箱和所述飽水部件的開啟或關(guān)閉。

9、本發(fā)明提供一種集成式自動(dòng)巖石物理性能試驗(yàn)機(jī)，該試驗(yàn)機(jī)集合有烘干箱、冷卻箱、飽水部件和稱量部件，便于整體移動(dòng)，能放置在工程項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)，對(duì)所述巖石試樣的物理性能參數(shù)進(jìn)行測(cè)試，節(jié)省所述巖石試樣的運(yùn)輸時(shí)間，達(dá)到快速了解巖石的物理性能參數(shù)的目的。所述冷卻箱用于在所述巖石試樣完成烘干后，進(jìn)行快速冷卻操作，相比于自然冷卻的時(shí)間更短，提高試驗(yàn)效率。所述控制器控制所述移位器，將所述巖石試樣在所述烘干箱、所述冷卻箱和飽水部件之間相互轉(zhuǎn)移，通過所述控制器的控制，可以形成自動(dòng)化的試驗(yàn)流程，進(jìn)一步縮短試驗(yàn)時(shí)間。通過該試驗(yàn)機(jī)，節(jié)省了所述巖石試樣的運(yùn)輸時(shí)間，并能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的試驗(yàn)流程，解決了一些工程項(xiàng)目急需了解巖石的物理性能參數(shù)的問題，例如巖石的天然密度、干密度、飽和密度、含水量以及飽和吸水率。

10、所述烘干箱的烘干方式可以有多種，例如微波加熱結(jié)合鼓風(fēng)器、電阻熱加熱結(jié)合鼓風(fēng)器或紅外線加熱結(jié)合鼓風(fēng)器。

11、所述冷卻箱的冷卻方式可以有多種，例如風(fēng)冷或液冷。采用所述液冷方式時(shí)，冷卻液不得與所述巖石試樣直接接觸。

12、所述控制器控制所述移位器，在預(yù)設(shè)的時(shí)間點(diǎn)，將載有所述巖石試樣的托盤架送入所述烘干箱、所述冷卻箱或所述飽水部件中，并在另一預(yù)設(shè)時(shí)間點(diǎn)，將載有所述巖石試樣的托盤架，從所述烘干箱、所述冷卻箱或所述飽水部件中取出。所述移位器的形式可以多樣，既可以是多個(gè)滑軌的組合，也可以是機(jī)械臂。

13、所述控制器具體可以用于控制所述烘干箱、所述冷卻箱和所述飽水部件的啟動(dòng)或停止操作，并且還可以控制所述烘干箱、所述冷卻箱和所述飽水部件對(duì)應(yīng)箱門或蓋子的開啟或關(guān)閉狀態(tài)。

14、優(yōu)選地，所述烘干箱內(nèi)設(shè)有紅外加熱器、鼓風(fēng)器和第一支架，所述第一支架用于放置所述試樣托盤。所述移位器能帶動(dòng)所述托盤架，將所述試樣托盤放置在所述第一支架上，或者從所述第一支架上將所述試樣托盤取下。所述第一支架設(shè)有兩個(gè)水平并排設(shè)置的支臂，兩個(gè)所述支臂之間的間隙可以容納所述托盤架。所述托盤架在托住所述試樣托盤時(shí)，所述托盤架與所述試樣托盤的底面接觸，但所述試樣托盤的底面會(huì)預(yù)留出左右兩個(gè)區(qū)域不與所述托盤架接觸，兩個(gè)預(yù)留的區(qū)域是為了讓所述試樣托盤能夠與所述第一支架的兩個(gè)支臂直接接觸。這樣的設(shè)計(jì)使得可以通過所述托盤架輕松地將所述試樣托盤放置在所述第一支架上，或者從所述第一支架上將其取下。

15、所述紅外加熱器用于對(duì)所述巖石試樣進(jìn)行加熱，所述紅外線加熱器發(fā)射的遠(yuǎn)紅外線對(duì)所述巖石試樣進(jìn)行加溫，所述巖石試樣內(nèi)部的水分會(huì)受熱蒸發(fā)，從而達(dá)到烘干的目的。由于紅外線加熱方式具有高效的能量轉(zhuǎn)化率和穿透力，因此可以迅速提高巖石的溫度，加速水分的蒸發(fā)，從而縮短烘干時(shí)間。由于紅外線具有一定的穿透力，可以在巖石表面及內(nèi)部同時(shí)加熱，因此加熱效果更加均勻。相比傳統(tǒng)的熱風(fēng)烘干方式，紅外線加熱方式能夠減少能源的浪費(fèi)，提高烘干效率，降低生產(chǎn)成本。所述鼓風(fēng)器在烘干過程中起到加速空氣流動(dòng)的作用。通過所述鼓風(fēng)器吹出的氣流，可以帶走巖石表面及內(nèi)部受熱蒸發(fā)出的水分，加速烘干過程。該方案進(jìn)一步的縮短了獲取巖石的物理性能參數(shù)的時(shí)間。

16、優(yōu)選地，所述冷卻箱的外壁設(shè)有風(fēng)扇，所述冷卻箱內(nèi)部設(shè)有第二支架，所述第二支架用于放置所述試樣托盤。所述第二支架設(shè)有兩個(gè)水平并排設(shè)置的支臂，兩個(gè)所述支臂之間的間隙可以容納所述托盤架。所述托盤架在托住所述試樣托盤時(shí)，所述托盤架與所述試樣托盤的底面接觸，但所述試樣托盤的底面會(huì)預(yù)留出左右兩個(gè)區(qū)域不與所述托盤架接觸，兩個(gè)預(yù)留的區(qū)域是為了讓所述試樣托盤能夠與所述第二支架的兩個(gè)支臂直接接觸。這樣的設(shè)計(jì)使得可以通過所述托盤架輕松地將所述試樣托盤放置在所述第二支架上，或者從所述第二支架上將其取下。

17、所述風(fēng)扇設(shè)置在所述冷卻箱的外壁上，將外部的空氣吹進(jìn)所述冷卻箱內(nèi)部，所述風(fēng)扇的數(shù)量可以是一個(gè)或多個(gè)。所述風(fēng)扇能加速所述巖石試樣周圍的空氣流動(dòng)，通過風(fēng)扇吹出的氣流，可以帶走巖石表面的熱量，加速冷卻過程，提高試驗(yàn)效率。

18、優(yōu)選地，所述風(fēng)扇設(shè)有風(fēng)管，所述風(fēng)管用于將所述風(fēng)扇產(chǎn)生的氣流直接導(dǎo)向位于所述第二支架上的試樣托盤，所述風(fēng)管的內(nèi)壁設(shè)有干燥劑。該方案能將所述風(fēng)扇形成的氣流直接的作用于所述巖石試樣，同時(shí)，所述風(fēng)管內(nèi)壁的干燥劑，能使得吹向所述巖石試樣的氣流為干燥的氣流，避免濕潤(rùn)的空氣影響已被烘干后的所述巖石試樣。該方案進(jìn)一步提高了冷卻的效率，同時(shí)也避免了所述巖石試樣在冷卻過程中受潮，進(jìn)而影響巖石的物理性能參數(shù)的測(cè)定。

19、優(yōu)選地，所述飽水部件包括缸體、密封蓋和升降軌，所述升降軌的升降能夠帶動(dòng)所述密封蓋的打開或關(guān)閉。所述密封蓋用于將所述缸體的開口密封住，使得所述缸體內(nèi)部形成密閉的空間，有利于快速對(duì)所述巖石試驗(yàn)進(jìn)行飽水。所述飽水是指將巖石置于特定的條件下，使其吸收水分直至達(dá)到一種飽和狀態(tài)。具體來說，飽水狀態(tài)下的巖石，其內(nèi)部的孔隙和裂隙中充滿了水分，無法再吸收更多的水分。

20、優(yōu)選地，所述密封蓋下方連接有第三支架，所述第三支架用于放置所述試樣托盤，當(dāng)所述密封蓋從關(guān)閉切換到打開時(shí)，所述第三支架會(huì)隨著所述密封蓋的移動(dòng)而從缸體中被提升出來，當(dāng)所述密封蓋從打開切換到關(guān)閉時(shí)，所述第三支架則會(huì)被帶動(dòng)下降，回到所述缸體內(nèi)部。所述第三支架設(shè)有兩個(gè)水平并排設(shè)置的吊臂，兩個(gè)所述吊臂之間的間隙可以容納所述托盤架。所述托盤架在托住所述試樣托盤時(shí)，所述托盤架與所述試樣托盤的底面接觸，但所述試樣托盤的底面會(huì)預(yù)留出左右兩個(gè)區(qū)域不與所述托盤架接觸，兩個(gè)預(yù)留的區(qū)域是為了讓所述試樣托盤能夠與所述第三支架的兩個(gè)吊臂直接接觸。這樣的設(shè)計(jì)使得可以通過所述托盤架輕松地將所述試樣托盤放置在所述第三支架上，或者從所述第三支架上將其取下。

21、優(yōu)選地，所述移位器包括第一滑軌、第二滑軌和第三滑軌，所述第一滑軌、所述第二滑軌和所述第三滑軌兩兩相互垂直，所述第二滑軌能沿所述第一滑軌軸向移動(dòng)，所述第三滑軌能沿所述第二滑軌軸向移動(dòng)，所述托盤架滑動(dòng)連接于所述第三滑軌。該方案使得所述移位器能帶動(dòng)所述托盤架在三維空間的各個(gè)方向上移動(dòng)，并且可以通過所述控制器進(jìn)行精確地控制，提高了使用的靈活性。

22、優(yōu)選地，所述巖石物理性能試驗(yàn)機(jī)還包括框架，所述烘干箱、所述冷卻箱、所述飽水部件、所述稱量部件和所述控制器均與所述框架連接，所述第一滑軌的兩端與所述框架連接。所述框架更好地將各個(gè)部件連接成為一個(gè)整體，便于整體試驗(yàn)機(jī)在不同的工程項(xiàng)目場(chǎng)地之間進(jìn)行轉(zhuǎn)移。所述框架的桿件可以是鍍鋅鋼管、不銹鋼管或鋁合金型材。

23、優(yōu)選地，所述飽水部件設(shè)有真空泵。巖石內(nèi)部存在許多微小的孔隙和裂縫，這些孔隙中往往充滿了空氣或其他氣體。所述真空泵的作用是通過產(chǎn)生負(fù)壓，將這些孔隙中的氣體抽出，為后續(xù)的飽水過程做準(zhǔn)備。當(dāng)巖石孔隙中的氣體被真空泵抽出后，孔隙內(nèi)部形成負(fù)壓，外部的水就會(huì)因?yàn)閴毫Σ疃菀椎貪B入巖石內(nèi)部，從而加速飽水過程。該方案進(jìn)一步地提高了獲取巖石的物理性能參數(shù)的試驗(yàn)效率。

24、在第二方面，本發(fā)明提供一種測(cè)試巖石物理性能的試驗(yàn)方法，包括以下步驟：

25、s1：通過稱量部件，獲取巖石試樣的天然狀態(tài)質(zhì)量m0；

26、s2：采用所述巖石物理性能試驗(yàn)機(jī)，對(duì)所述巖石試樣進(jìn)行烘干處理，再通過所述稱量部件獲取所述巖石試樣的烘干狀態(tài)質(zhì)量m1；采用所述巖石物理性能試驗(yàn)機(jī)，對(duì)所述巖石試樣進(jìn)行冷卻和飽水處理，再通過所述稱量部件獲取所述巖石試樣的飽水狀態(tài)質(zhì)量m2；在飽水處理后，通過排水法獲取飽水后的巖石試樣的排開水的質(zhì)量m3；

27、s3：計(jì)算所述巖石試樣的天然密度、干密度、飽和密度和飽和吸水率，計(jì)算公式如下：

28、

29、其中，ρ0表示天然密度(g/cm3)；

30、ρ1表示干密度(g/cm3)；

31、ρ2表示飽和密度(g/cm3)；

32、ω表示飽和吸水率(％)；

33、m0表示巖石試樣的天然狀態(tài)質(zhì)量(g)；

34、m1表示巖石試樣的烘干狀態(tài)質(zhì)量(g)；

35、m2表示巖石試樣的飽和狀態(tài)質(zhì)量(g)；

36、m3表示飽水后的巖石試樣的排開水的質(zhì)量(g)；

37、ρwt表示與試驗(yàn)同溫度的水的密度(g/cm3)；

38、計(jì)算結(jié)果滿足預(yù)定精度要求，以兩個(gè)試樣的試驗(yàn)結(jié)果的算術(shù)平均值作為測(cè)定值，兩次結(jié)果之差滿足預(yù)定要求。

39、本發(fā)明提供一種測(cè)試巖石物理性能的試驗(yàn)方法，通過使用所述巖石物理性能試驗(yàn)機(jī)，獲取所述巖石試樣的天然狀態(tài)質(zhì)量、烘干狀態(tài)質(zhì)量、飽和狀態(tài)質(zhì)量以及排開水的質(zhì)量，能快速計(jì)算出所述巖石試樣對(duì)應(yīng)的物理性能參數(shù)，進(jìn)而滿足工程項(xiàng)目急需了解巖石的物理性能參數(shù)的要求。

40、為獲取飽水后的巖石試樣的排開水的質(zhì)量m3，可以采取以下方式：首先，將盛有水的盛水容器放在所述稱量部件上。接著，將一個(gè)吊起的金屬網(wǎng)框浸沒在所述盛水容器的水中，然后，把所述稱量部件的讀數(shù)歸零。隨后，將飽水后的所述巖石試樣緩慢地放入所述金屬網(wǎng)框中。最后，讀取所述稱量部件的讀數(shù)，所述讀數(shù)即代表了巖石試樣的排開水的質(zhì)量m3。

41、ρ0、ρ1和ρ2的計(jì)算結(jié)果可以精確到小數(shù)點(diǎn)后兩位(0.01g/cm3)或小數(shù)點(diǎn)后三位(0.001g/cm3)。最終測(cè)定值取兩個(gè)試樣試驗(yàn)結(jié)果的算術(shù)平均值。兩次試驗(yàn)結(jié)果的差值，可以是滿足不超過0.05g/cm3的要求，也可以是滿足不超過0.005g/cm3的要求。如果兩次試驗(yàn)結(jié)果的差值滿足要求時(shí)，則視為有效，否則，需要重新進(jìn)行試驗(yàn)。

42、ω的計(jì)算結(jié)果可以精確到小數(shù)點(diǎn)后兩位(0.01％)或小數(shù)點(diǎn)后三位(0.001％)。最終測(cè)定值取兩個(gè)試樣試驗(yàn)結(jié)果的算術(shù)平均值。兩次試驗(yàn)結(jié)果的差值，可以是滿足不超過0.05％的要求，也可以是滿足不超過0.005％的要求。如果兩次試驗(yàn)結(jié)果的差值滿足要求時(shí)，則視為有效，否則，需要重新進(jìn)行試驗(yàn)。

43、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果：

44、1.本發(fā)明提供一種集成式自動(dòng)巖石物理性能試驗(yàn)機(jī)，通過該試驗(yàn)機(jī)集合有烘干箱、冷卻箱、飽水部件、稱量部件以及移位器和控制器，便于整體移動(dòng)，能放置在工程項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)，節(jié)省了所述巖石試樣的運(yùn)輸時(shí)間，并能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的試驗(yàn)流程，解決了一些工程項(xiàng)目急需了解巖石的物理性能參數(shù)的問題。

45、2.本發(fā)明提供一種測(cè)試巖石物理性能的試驗(yàn)方法，通過使用所述巖石物理性能試驗(yàn)機(jī)，獲取所述巖石試樣的天然狀態(tài)質(zhì)量、烘干狀態(tài)質(zhì)量、飽和狀態(tài)質(zhì)量以及排開水的質(zhì)量，能快速計(jì)算出所述巖石試樣對(duì)應(yīng)的物理性能參數(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)工程項(xiàng)目急需了解巖石的物理性能參數(shù)的需求。