多因素石膏岩膨胀试验方法

摘要

本发明公开了一种多因素石膏岩膨胀试验方法，步骤如下：1)确定石膏岩中二水硫酸钙和硫酸钙的比例；2)取石膏岩，加工成圆柱型试件；3)烘干除去岩石中水分；4)脱水得到含不同质量的硫酸钙试件；5)把试件置于试验装置中；6)设置温度和水压；7)在水溶液中添加硫酸钠；8)当膨胀变形稳定后，试件取出，对比试验前后质量变化计算出水化率；9)建立石膏岩膨胀应力应变关系。该方法能够很好地结合工程实际，能拟合出多种因素共同作用下石膏岩膨胀本构方程，通过该方程进行数值计算，能够指导石膏岩施工；试验方法简单考虑因素全面，能够缩短试验时间，对现场施工具有指导意义。

主权项

多因素石膏岩膨胀试验方法，其特征在于，在该方法中采用了一种试验装置，该试验装置包括底座(1)、密封圈(2)、压紧环(3)、螺母帽(4)、支撑外壳(8)、动件(9)和位移计(10)；所述底座(1)的中部在竖直方向设置一上端敞口的圆柱形腔体，所述底座(1)的底部设置一与圆柱形腔体内相通的排水口(5)；该试验方法包括如下步骤：1)对石膏岩进行X‑衍射分析，确定石膏岩中二水硫酸钙和硫酸钙的含量分别为a％和b％；2)取石膏岩，加工成直径50mm高100mm的圆柱型试件；3)烘干除去石膏岩中水分：先称取圆柱型试件质量m₁，把圆柱型试件放置于40摄氏度的烘干箱中烘干至恒重，再称取质量m₂，得圆柱型试件的天然含水率；m_w＝m₁‑m₂$w=\frac{m_w}{m_2}\times 100\%$m₁为烘干前圆柱型试件的质量，m₂烘干后圆柱型试件的质量，m_w为圆柱型试件中自由水的质量，w为天然含水率；4)脱水得到含不同质量的硫酸钙的石膏岩试件：把圆柱型试件放置于220度烘干箱中，使二水硫酸钙脱水变成硫酸钙；分别保持10小时、20小时、30小时、40小时，取出称质量m₃，通过前后质量差换算出脱水后石膏岩中硫酸钙的含量；m_j＝m₃‑m₂$m_z=(m_3-m_2)\times \frac{136}{36}$m_s＝m_z+m₁×b％m_j为高温脱去的结晶水的质量，m_z为200度高温后新生成的硫酸钙质量，m_s为200度高温后圆柱型试件中所含硫酸钙的总质量；5)把圆柱型试件(6)置于圆柱形腔体中，将密封圈(2)套在该圆柱型试件(6)的上部，并将压紧环(3)套在该圆柱型试件(6)的上部并旋合在圆柱形腔体内的上部，压紧环(3)的底端压紧密封圈(2)；所述螺母帽(4)旋合在底座(1)的顶部并与底座(1)密封配合，在底座(1)的顶端与螺母帽(4)内的顶部之间形成一环形腔体(7)，支撑外壳(8)竖直穿过螺母帽(4)的顶部并固定在螺母帽(4)上，所述位移计(10)固定在支撑外壳(8)内的上部，所述动件(9)设置在支撑外壳(8)的下部并与支撑外壳(8)滑动配合，动件(9)的底部与圆柱型试件(6)的顶部接触，位移计(10)底部的探头与动件(9)的顶部接触；6)向环形腔体(7)内注入水溶液，并在水溶液中添加硫酸钠；7)把试验装置置于恒温水浴箱中并设置温度，通过气瓶向环形腔体(7)内通入含压氮气对加入了硫酸钠的水溶液加压；8)当膨胀变形稳定后，取出圆柱型试件(6)，记录膨胀变形量，把圆柱型试件(6)擦干，得质量m₄在40度恒温箱中烘干至质量不变m₅，得吸水率，并通过对比试验前后质量变化计算出水化率；m_w2＝m₅‑m₄M＝m₅‑m₄‑m₃$d=\left(\frac{136}{36}M\right)/m_s$m_w2为膨胀试验后，吸收自由水的质量；M为参与水化反应的水的质量；d为硫酸钙的水化率；9)建立石膏岩膨胀应力应变关系：膨胀后的圆柱型试件(6)置于岩石膨胀压力试验仪，采用逐级加压法把圆柱型试件(6)压回原长度，并记录膨胀力与膨胀变形值。