本实用新型涉及岩石力学实验领域，尤其涉及一种岩石力学实验温湿度及酸性环境控制模拟装置。
背景技术：
岩石力学实验是岩石力学特征研究的主要方法之一，是岩石应用于工程和岩石力学理论研究所必须开展的一项工作，通过一定的测试方法和手段测定岩石的基本力学性质，为岩石力学数值计算和岩石工程的设计施工提供力学参数。
目前岩石力学实验主要是在室内进行，通过岩石试验机对岩石试件进行加载，得到岩石的力学性质及其在不同压力下的力学特性。岩石的力学性质受多种参数影响，其中温度和湿度是重要的影响因素，特别是对于深部地质环境下岩石强度特征、变形破坏规律等影响严重。当前的岩石力学试验机仅对岩石试件的实验压力、时间、加载方式、加载速度等因素进行了控制，而对加载环境的ph值、温湿度参数则没有较好的调节方法。当前的方法仅仅是在实验室内安装空调机和加湿器等对室内温湿度大环境进行一个大体的调控，由于实验室空间较大，这种方法不能精准的控制岩石试件自身的温湿度，进而无法保证试验结果的精确性及可靠性。
当前我国深部地下岩体工程，岩石所处的地质环境温度往往高达40-60摄氏度，相对湿度能够达到80％rh，而高温高湿以及强酸性的环境对岩石的抗压强度、弹性模量等参数具有非常大的影响。当前的岩石力学实验装置，无法有效拟合工程现场的酸、温湿度环境，使得测试得到的岩石力学参数无法精确指导工程现场应用。而仅靠在实验室大环境内的酸、温湿度调节无法完全满足实验要求，且实验成本较高，实验环境较差，会给实验人员的身体健康带来较大危害。
技术实现要素：
为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种结构简单，操作方便，能够研究不同温度和湿度状态下岩石的力学行为与特性，提高室内所测岩石力学性质的可靠性和真实性，使实验结果更加接近于现场实际的岩石力学实验温湿度及酸性环境控制模拟装置。
本实用新型采用的技术方案是：
一种岩石力学实验温湿度及酸性环境控制模拟装置，包括箱体、岩石试样支撑底座、加湿加酸系统、ph传感器、温湿度传感器、风扇、酸性加热气体传输风道、实时环境监测控制器及电脑，所述的箱体两端开口，上端开口处设有顶盖，下端开口处设有底座；箱体内设有温湿度传感器、加热系统和ph传感器，温湿度传感器、加热系统和ph传感器与实时环境监测控制器连接；所述的箱体侧壁上设有湿气进入孔，湿气进入孔通过酸湿性气体风道与加湿加酸系统连接，酸湿性气体风道上设有风扇；加湿加酸系统能够产生含酸湿气，加湿加酸系统与实时环境监测控制器连接；实时环境监测控制器与电脑连接。
上述的岩石力学实验温湿度及酸性环境控制模拟装置中，所述的箱体的侧壁上设有水平仪；箱体的内侧均匀敷设有一层隔热层；所述的顶盖包括多个套环及一个锥形堵塞，多个套环及一个锥形堵塞套接成一个圆形板状顶盖；所述的套环内孔和外侧面均为锥形，内孔和外侧面所呈锥形上大下小；相邻的两套环中内侧套环的外侧面与外侧套环的内孔配合；锥形堵塞上大下小，锥形堵塞与相邻的套环的内孔配合。
上述的岩石力学实验温湿度及酸性环境控制模拟装置中，所述的加热系统采用的是电加热丝，所述的电加热丝呈螺旋线形状设置在箱体的内侧壁上，电加热丝与实时环境监测控制器连接。
上述的岩石力学实验温湿度及酸性环境控制模拟装置中，所述的加湿加酸系统包括加热水箱、液位控制池及酸液配液池；加热水箱与液位控制池连接，加热水箱中的加热电丝，加热电丝与实时环境监测控制器连接；所述的酸液配液池与液位控制池连接；液位控制池内设有浮球止水阀，能够利用浮球止水阀自动保持液位恒定；加热水箱与酸湿性气体风道连接。
上述的岩石力学实验温湿度及酸性环境控制模拟装置中，酸湿性气体风道采用pvc材料制成。
上述的岩石力学实验温湿度及酸性环境控制模拟装置中，所述的箱体为圆筒形，其直径×高度为φ300mm×300mm，箱体的壁厚3mm，箱体采用铜制作而成。
上述的岩石力学实验温湿度及酸性环境控制模拟装置中，所述箱体上部的侧壁上设有一个的窗口，窗口的上沿与挡板采用合页连接，挡板落下时能贴合箱体的外侧壁；加热水箱侧壁外设有加热水箱进风口。
上述的岩石力学实验温湿度及酸性环境控制模拟装置中，所述的底座为铜制底座，由两个直径不等、同轴设置的圆柱体组成，上圆柱体的直径×高度为φ295mm×15mm，下圆柱体的直径×高度为φ310mm×15mm，底座与岩石试样连接处设有密封圈。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：
本实用新型在岩石试件周围一定小范围内创造了一个相对密闭的空间，使用箱体结构包裹岩石试件，通过精确调控该箱体内的相对ph值和温湿度，可进行恒定ph值和温湿度双向耦合状态下的基础岩石力学实验；本实用新型可以针对大尺寸的岩石试样进行实验，安装简易快捷，能够实现ph值和温湿度的精确调控，能够使实验环境有效拟合深部岩体工程所处的现场环境；同时箱体采用铜制，防止实验过程中因岩爆产生碎石崩溅对周围设备和人身造成伤害；本实用新型测试得到的ph值以及温湿度双向耦合下的岩石力学参数结果更具可靠性和精确性。
附图说明
图1是本实用新型的岩石力学实验温湿度及酸性环境控制模拟装置的立体图。
图2是本实用新型的岩石力学实验温湿度及酸性环境控制模拟装置的主视图。
图3是本实用新型的岩石力学实验装置复合式顶盖的立体图。
图4是本实用新型的岩石力学实验温湿度及酸性环境控制模拟方法的流程图。
图中：1.顶盖，2、挡板，3、温湿度传感器，4、ph传感器，5、电加热丝，6、水平仪，7、风扇，8、底座，9、酸湿性气体风道，10、实时环境监测控制器，11、目标ph值显示器，12、目标温度显示器，13、目标湿度显示器，14、当前ph值显示器，15、当前温度显示器，16、当前湿度显示器，17、加热电阻丝，18、加热水箱进风口，19、液位控制池，20、液位水平面，21、浮球式止水阀，22、pvc连接管，23、酸液配制池，24、电脑。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型做进一步的说明。
如图1和图2所示，本实用新型的岩石力学实验温湿度及酸性环境控制模拟装置，包括箱体25、加热系统、加湿加酸系统、岩石试样支撑底座、实时环境监测控制器10及电脑。
所述的箱体25为两端开口的圆筒状结构，直径×高度为φ300mm×300mm，箱体的壁厚3mm，箱体25采用铜制作而成。箱体25自身具有刚性，岩石在加压过程中的变形甚至破碎飞溅，箱体25能防止岩石飞溅对对实验人员以及实验器材造成伤害。箱体25上端开口处设有顶盖1，下端开口处设有底座8。如图3所示，所述的顶盖1包括两个套环26、27及一个锥形堵塞28，两套环26、27及锥形堵塞塞28套接成一个圆形板状顶盖。所述的套环内孔和外侧面均为锥形，内孔和外侧面所呈锥形上大下小；两套环26、27中内侧套环27的外侧面与外侧套环26的内孔配合；锥形堵塞28上大下小，锥形堵塞28与相邻的套环27的内孔配合。
顶盖1和底座8用来夹持固定岩石试件，底座8由两个直径不等、同轴设置的圆柱体组成，上圆柱体的直径×高度为φ295mm×15mm，下圆柱体的直径×高度为φ310mm×15mm，底座8与岩石试样连接处设有密封圈。所述的箱体25的侧壁上设有水平仪6，用来进行实验室进行水平校准，用来确保岩石试样的轴向受力处于垂直状态。箱体的内侧均匀敷设有一层隔热层，隔热层材质为隔热防火耐高温材料，用于实验过程中箱体内的保温保湿保酸性环境。所述箱体上部的侧壁上设有一个能够自动开闭的窗口，窗口的上沿与挡板2采用合页连接，挡板2落下时能贴合箱体的外侧壁，关闭窗口。
箱体25内设有温湿度传感器3、加热系统和ph传感器4，加热系统采用的是电加热丝5，所述的电加热丝5呈螺旋线形状设置在箱体的内侧壁上。温湿度传感器3、加热系统和ph传感器4与实时环境监测控制器10连接。箱体25的侧壁上设有多个过线孔，用于温湿度传感器3、加热系统和ph传感器4线缆伸出箱体与实时环境监测控制器10连接。实时环境监测控制器10与电脑24连接，实时环境监测控制器10为电子控制设备，温控范围为0～99.9℃，精度为±0.5℃，温度自动调节时间间隔为10min。通过其精确调节，可为箱体25内创造预先设定的温度环境，进而可进行不同温度值下的岩石力学实验。设备调控精确，使用简便，能够准确控制整个实验装置的内部温度。所述的箱体25的侧壁上设有湿气进入孔，湿气进入孔通过酸湿性气体风道9与加湿加酸系统连接，酸湿性气体风道9的出风口处设有风扇7，酸湿性气体风道9采用pvc材料制成。
所述的加湿加酸系统包括加热水箱26、液位控制池19及酸液配液池23；加热水箱26中的加热电丝17，加热电丝17与实时环境监测控制器10连接。加热水箱26与液位控制池19连接，所述的酸液配液池23与液位控制池19连接。液位控制池19能够利用浮球止水阀21自动保持液位恒定，从而为加热水箱26自动补充酸性液体。加热水箱26与酸湿性气体风道9连接。酸液配液池23由防腐蚀材料制成，由人工提前配置好ph值为2的草酸液体存放其内，实时环境监测控制器10为主要的湿度控制设备，能够对实验箱体内进行恒湿调节，湿度调节范围10-90％rh，湿度及ph值自动调节时间间隔为10min，风扇7能够使得加热水箱26中雾化的水气经过酸湿性气体风道9进入箱体25，实现对箱体25内的环境进行恒湿和恒定ph值调节；加热水箱26侧壁上开设有一个边长5mm正方形加热水箱进风口18，当风扇7工作时，用作箱体内部与外部环境的气体交换孔，防止箱体内部形成真空结构。
所述的实时环境监测控制器10主要由温湿度传感器3、ph传感器4，数据处理器及独立电子显示器等组成。实时环境监测控制器10具有六个独立电子显示器，分别是目标温度值显示器10、目标湿度值显示器11、目标ph值显示器12；当前温度值显示器13、当前湿度值显示器14、当前ph值显示器15。其中温湿度传感器3和ph传感器4放置于箱体25内，其监测的实时数据通过连接导线连接到箱体25外的实时环境监测控制器10内，并由当前温度值显示器13、当前湿度值显示器14、当前ph值显示器15将当前箱体25内的参数显示出来，实时监控箱体25内部的温湿度和ph值。本实用新型的控制程序为现有技术，这里不再赘述。
箱体25为单侧可打开结构，实验完成后，通过向上提拉箱体25可实现与底座8分离。
如图3所示，以岩石单轴压缩力学实验为例，本实用新型岩石力学实验加载过程中的温湿度控制装置的具体使用方法如下：
步骤1.准备试验所需的岩石试件，在岩石试件上粘贴试验参数测量部件,试验参数测量部件采用的是应变片；
步骤2.将步骤1备好的岩石试件放入箱体25内，放到底座8上，并在连接处用密封圈进行密封，岩石试件的顶部采用顶盖1固定，使得顶盖1、岩石试件、箱体25与底座8形成一个整体；在岩石试件与底座和顶盖的接触面上涂抹润滑剂，并铺设有保鲜膜；
步骤3.将步骤2得到的顶盖、岩石试件、箱体与底座形成的整体结构安装于常规岩石力学剪切流变仪上，底座安置在试验机下承压板上，顶盖安置于实验机上承压板下方，取出复合式顶盖中心处的盖板；
步骤4.将岩石力学剪切流变仪上承压板缓慢以控制位移方式放下，直至完全贴合岩石试件；
步骤5.将箱体25通过酸湿性气体风道9与加湿加酸系统连接，将ph传感器4、温湿度传感器3、加热系统、加湿加酸系统与实时环境监测控制器10连接，将实时环境监测控制器10与电脑24连接；
步骤6.开始岩石单轴压缩力学实验，首先开启实时环境监测控制器10，并在电脑24设定一预设温度，待箱体25内加热系统调节温度达到预设温度后，在电脑24设定实验所需ph值和湿度，开启加湿加酸系统进行调节，使得箱体25内始终保持一恒温恒湿且ph值恒定的状态；同时利用实时环境监测控制器10对箱体25内的ph值和温湿度进行实时监控，随时调节箱体25内的ph值和温湿度；
步骤7.实验结束后，将岩石力学剪切流变仪上承压板以控制位移方式上拉，关闭实时环境监测控制器10、加热系统和加湿加酸系统，待箱体25内待温度冷却至常温后，将箱体25向上提出，取出底座8上的岩石试件。
1.一种岩石力学实验温湿度及酸性环境控制模拟装置，其特征是：包括箱体、岩石试样支撑底座、加湿加酸系统、ph传感器、温湿度传感器、风扇、酸性加热气体传输风道、实时环境监测控制器及电脑，所述的箱体两端开口，上端开口处设有顶盖，下端开口处设有底座；箱体内设有温湿度传感器、加热系统和ph传感器，温湿度传感器、加热系统和ph传感器与实时环境监测控制器连接；所述的箱体侧壁上设有湿气进入孔，湿气进入孔通过酸湿性气体风道与加湿加酸系统连接，酸湿性气体风道上设有风扇；加湿加酸系统能够产生含酸湿气，加湿加酸系统与实时环境监测控制器连接；实时环境监测控制器与电脑连接。
2.根据权利要求1所述的岩石力学实验温湿度及酸性环境控制模拟装置，其特征是：所述的箱体的侧壁上设有水平仪；箱体的内侧均匀敷设有一层隔热层；所述的顶盖包括多个套环及一个锥形堵塞，多个套环及一个锥形堵塞套接成一个圆形板状顶盖；所述的套环内孔和外侧面均为锥形，内孔和外侧面所呈锥形上大下小；相邻的两套环中内侧套环的外侧面与外侧套环的内孔配合；锥形堵塞上大下小，锥形堵塞与相邻的套环的内孔配合。
3.根据权利要求1所述的岩石力学实验温湿度及酸性环境控制模拟装置，其特征是：所述的加热系统采用的是电加热丝，所述的电加热丝呈螺旋线形状设置在箱体的内侧壁上，电加热丝与实时环境监测控制器连接。
4.根据权利要求1所述的岩石力学实验温湿度及酸性环境控制模拟装置，其特征是：所述的加湿加酸系统包括加热水箱、液位控制池及酸液配液池；加热水箱与液位控制池连接，加热水箱中的加热电丝，加热电丝与实时环境监测控制器连接；所述的酸液配液池与液位控制池连接；液位控制池内设有浮球止水阀，能够利用浮球止水阀自动保持液位恒定；加热水箱与酸湿性气体风道连接。
5.根据权利要求1所述的岩石力学实验温湿度及酸性环境控制模拟装置，其特征是：酸湿性气体风道采用pvc材料制成。
6.根据权利要求1所述的岩石力学实验温湿度及酸性环境控制模拟装置，其特征是：所述的箱体为圆筒形，其直径×高度为φ300mm×300mm，箱体的壁厚3mm，箱体采用铜制作而成；所述的底座为铜制底座，底座由两个直径不等、同轴设置的圆柱体组成，上圆柱体的直径×高度为φ295mm×15mm，下圆柱体的直径×高度为φ310mm×15mm，底座与岩石试样连接处设有密封圈。
7.根据权利要求1所述的岩石力学实验温湿度及酸性环境控制模拟装置，其特征是：所述箱体上部的侧壁上设有一个的窗口，窗口的上沿与挡板采用合页连接，挡板落下时能贴合箱体的外侧壁；加热水箱侧壁外设有加热水箱进风口。
技术总结