一种岩石试样分段冻结试验箱

1.本发明涉及岩石冻结试验设备技术领域，具体涉及一种岩石试样分段冻结试验箱。
2.本发明的《一种岩石试样分段冻结试验箱》是国家自然科学基金“西部富水区斜井解冻后洛河组砂岩力学特性试验研究(12102379)”项目成果。


背景技术：

3.受区域地质构造与地层岩性以及斜井掘进深度的影响，我国西部地区矿井施工时常会穿越地下水发育丰沛的白垩系洛河组砂岩地层，既有工程资料表明，洛河组砂岩含水层为影响煤层开采的主要含水层之一，井筒涌水量可达1000～1200m3/h左右，严重影响采掘进度及施工安全。因此，采用冻结法施工则成为穿越该地层主要的、甚至是唯一的有效工法。而在矿井冻结时岩石一部分处于冻结状态，另外一部分则置于流动的地下水流中的未冻结状态，导致岩石受力状态及应力边界条件复杂化。
4.目前，岩石试样冻结大多是将岩石试样饱和后放入冻结试验箱冻结，此方法无法在冻结过程中为岩石试样补水，且没有考虑到岩石试样处于分段冻结的状态，不能真实模拟人工冻结工程中岩石分段冻结的状态，导致得出的试验数据不准确。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种岩石试样分段冻结试验箱，以解决现有技术中岩石试样无法在冻结过程中补水的同时，实现分段冻结的技术问题。
6.为实现上述目的，本发明提供了一种岩石试样分段冻结试验箱，包括保温箱体、储水槽、分段架、透水网板、隔水板、供水系统和制冷系统；所述储水槽设置在所述保温箱体的底部，所述储水槽的其中一个侧壁上设有水槽舱门；所述分段架设置在所述储水槽内，所述分段架沿其高度方向上间隔地设置有多个水平卡槽；所述透水网板水平布置，所述透水网板左右两侧通过所述水平卡槽与所述分段架卡接；所述隔水板设置在所述分段架上方，所述隔水板上设有至少一个第一试样插装孔；所述供水系统包括供水管道，所述供水管道与所述储水槽连接；所述制冷系统包括制冷管，所述制冷管为设置在所述保温箱体的侧壁及顶板内的多根。
7.进一步的，所述隔水板的上表面铺设有隔热板，所述隔热板上设有至少一个第二试样插装孔，所述第二试样插装孔与所述第一试样插装孔的位置上下对应，且所述第一试样插装孔和所述第二试样插装孔的形状均与所述岩石试样的横截面相匹配。
8.进一步的，所述第一试样插装孔和所述第二试样插装孔均为圆孔，所述圆孔的直径为50mm。
9.进一步的，所述第一试样插装孔和所述第二试样插装孔内设置有密封圈。
10.进一步的，所述分段架包括一对竖向平行设置的支撑板，两个所述支撑板分别固定设置在所述储水槽的左右侧壁内侧，两所述支撑板的内侧对称设有多个水平卡槽。
11.进一步的，其特征在于，所述水槽舱门设置在所述储水槽的前侧或后侧。
12.进一步的，所述隔水板与所述储水槽的底板之间的距离为80～120mm。
13.相比于现有技术，本发明具有以下有益效果：
14.本发明的一种岩石试样分段冻结试验箱，冻结过程中将岩石试样放置于透水网板上，并可根据需要选择岩石试样冻结段的长度，岩石试样冻结段暴露在保温箱体中，岩石试样非冻结段处于水中，可实现岩石试样持续补水的同时，达到岩石试样分段冻结的目的。本发明的岩石试样分段冻结试验箱，在冻结过程中持续为岩石试样补水的同时，还能模拟岩石试样分段冻结的状态，更加贴近实际冻结工程，能有效的减少室内试验和现场冻结的差异。
15.除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
16.附图是用来提供对本发明实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施例，但并不构成对本发明实施例的限制。在附图中：
17.图1是本发明一种岩石试样分段冻结试验箱的水平截面结构示意图；
18.图2是本发明的岩石试样分段冻结试验箱的纵向剖面结构示意图；
19.图3是本发明的透水网板的结构示意图；
20.图4是本发明的分段架的纵向剖面结构示意图；
21.图5是本发明的储水槽的右视图；
22.其中，1-保温箱体，2-储水槽，2.1-水槽舱门，3-分段架，3.1-水平卡槽，3.2-支撑板，4-透水网板，5-隔水板，6-供水系统，6.1-供水管道，7-制冷系统，7.1-制冷管，8-隔热板，9-岩石试样。
具体实施方式
23.以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以根据权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
24.请参见图1至图5，本实施例提供一种岩石试样分段冻结试验箱，岩石试样9采用国际标准岩样，岩石试样分段冻结试验箱包括保温箱体1、储水槽2、分段架3、透水网板4、隔水板5、供水系统6和制冷系统7；具体结构如下：
25.储水槽2设置在保温箱体1内腔的底部，分段架3设置在储水槽2内，分段架3沿其高度方向上间隔地设置有多个水平卡槽3.1。优选的，分段架3包括两块竖向平行设置的支撑板3.2，两块支撑板分别固定设置在储水槽2的左右侧壁内侧，两块支撑板的内侧对称设有多个水平卡槽3.1。透水网板4水平布置，透水网板4左右两侧通过水平卡槽3.1与分段架3卡接。隔水板5固定设置在分段架3上方，隔水板的四侧均与保温箱体的内侧壁密封相连，隔水板5上设有多个第一试样插装孔。隔水板5的上表面铺设有隔热板8，隔热板8上设有多个第二试样插装孔；多个第二试样插装孔与多个第一试样插装孔的位置上下一一对应，且第一试样插装孔和第二试样插装孔的形状均与岩石试样9的横截面相匹配。供水系统6包括供水
管道6.1，供水管道6.1与储水槽2连接，供水系统提供的水通过供水管道进入储水槽内。制冷系统7包括制冷管7.1，制冷管7.1为设置在保温箱体的侧壁及顶板内的多根。岩石试样冻结所需冷量由制冷系统提供，并通过制冷管道给保温箱体提供冷量。该结构设置中，分段架淹没于储水槽中，透水网板置于分段架上，试验时可根据需要设置岩石试样冻结段长度，岩石试样非冻结段则处于水中。冻结过程中将岩石试样贯穿第二试样插装孔和第一试样插装孔后放置于透水网板上，并根据需要选择岩石试样冻结段的长度，岩石试样冻结段暴露在保温箱中，岩石试样非冻结段处于水中，可实现岩石试样持续补水的同时，达到岩石试样分段冻结的目的。透水网板的强度满足放置多个岩石试样而不会产生明显的变形。
26.在一种具体的实施方式中，储水槽2的前侧壁或后侧壁上设有水槽舱门2.1，该结构设置方便根据需求调整透水网板4的高度位置。即通过打开水槽舱门来调整透水网板与不同的水平卡槽3.1相配合，进而达到调整透水网板高度的目的。
27.在一种具体的实施方式中，将岩石试样沿高度方向分为10段，每段10mm。隔水板与储水槽的底板之间的距离为100mm。第一试样插装孔和第二试样插装孔均为圆孔，圆孔的直径为50mm。第一试样插装孔和第二试样插装孔内设置有密封圈。设置密封圈能够防止储水槽中的水进入保温隔水板上方，且设置隔热板能有效保证保温箱体内的温度，提高数据准确性。
28.本发明的岩石试样分段冻结试验箱，岩石试样冻结过程中下半部分在水中，上半部分在冻结试验箱内，在持续补水的同时可实现岩石试样分段冻结。冻结试验箱的保温箱内底部设有一侧可打开的水槽，水槽中设有分段架(共分十段，每段10mm)，分段架完全淹没在水槽内，透水网放置于分段架上(可根据需要选择合适位置)，水槽内为供水系统提供的流动水，在冻结时可将岩石试样置于透水网上；在距水槽底部100mm的位置设有隔水板，隔水板上为保温层；制冷系统向保温箱内持续提供冷量，确保岩石试样在设定的冻结温度(冻结温度范围-45℃～-5℃)下岩石试样分段冻结。本发发明的岩石试样分段冻结试验箱，是试验过程中在为岩石试样持续补水的同时，可实现岩石试样分段冻结，与实际冻结工程中岩石冻结过程更加接近。
29.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。