一種尾礦材料的三軸流變實(shí)驗(yàn)自動(dòng)制樣飽和裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種尾礦材料的三軸流變實(shí)驗(yàn)自動(dòng)制樣飽和裝置，屬于礦山設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)前，土力學(xué)是以下列基本原理為基礎(chǔ)的:1)壓力與體積(即孔隙)變化之間以及剪應(yīng)力和形狀變化之間成正比例關(guān)系；2) 土隨時(shí)間的壓密(固結(jié))是由于水沿土中孔隙運(yùn)動(dòng)的結(jié)果，并且這個(gè)運(yùn)動(dòng)服從于滲透定律；3)屬于分散介質(zhì)的土，不僅具有顆粒間的粘聚力，而且具有內(nèi)摩擦力，這些特性決定了土的抗破壞強(qiáng)度?；谝陨线@些原理及假設(shè)才可能建立土的線性變形理論、滲透固結(jié)理論和極限平衡理論。但與此同時(shí)，這些原理及假設(shè)在一定程度上將土的特性理想化。實(shí)際上，土的性狀在加荷時(shí)是十分復(fù)雜的，例如土變形的時(shí)間效應(yīng)，如蠕變、松弛和荷載長(zhǎng)期作用下強(qiáng)度降低等，換句話說(shuō)，土能夠隨時(shí)間的增長(zhǎng)而改變本身的應(yīng)力、應(yīng)變狀態(tài)。而土的另一個(gè)特點(diǎn)是應(yīng)力和應(yīng)變關(guān)系的非線性，尤其是隨時(shí)間而變化的變形。此外，還應(yīng)考慮到土的基本特性，即它的內(nèi)摩擦力不僅在極限狀態(tài)時(shí)出現(xiàn)，而且在極限狀態(tài)之前也出現(xiàn)，從而對(duì)變形發(fā)展的特點(diǎn)產(chǎn)生影響，土的這種特點(diǎn)是由于它的抗壓和抗剪強(qiáng)度不同所形成的，導(dǎo)致了諸如剪應(yīng)力引起體積變形(剪脹)及均圍壓力引起剪切變形等等這樣一些畸形現(xiàn)象。因此，荷載作用下土的實(shí)際性狀與理想的概念有重大區(qū)別。雖然在一些情況下土特性的理想化對(duì)實(shí)際計(jì)算是可行的，但若忽視土的上述特點(diǎn)，則會(huì)導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)情況嚴(yán)重不符；有許多這樣的實(shí)例:如長(zhǎng)期蠕變的結(jié)果會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)物的變形；計(jì)算中采用的瞬時(shí)強(qiáng)度而不是長(zhǎng)期強(qiáng)度會(huì)導(dǎo)致邊坡和擋土墻破壞；由于沒(méi)有考慮非線性，會(huì)導(dǎo)致沉降的計(jì)算值與實(shí)際值有很大差別?？紤]了土的變形特點(diǎn)，就有可能較精確地研究土的實(shí)際特性，從而可使理論接近于土的實(shí)際情況。
[0003]同時(shí)，中國(guó)是一個(gè)礦業(yè)大國(guó)，每年選礦產(chǎn)生尾礦約3億噸，除小部分作為礦山充填或綜合利用外，絕大部分要以尾礦壩的形式堆存。然而，由于我國(guó)在尾礦壩方面的科研投入少，科研滯后，科技水平低，導(dǎo)致頻頻發(fā)生尾礦壩潰壩等重大安全事故，如2008年9月8日，山西襄汾縣新塔礦業(yè)有限公司發(fā)生特大尾礦壩潰壩事故，270人死亡，此次事故造成了極其惡劣的社會(huì)影響及環(huán)境災(zāi)害。被安監(jiān)總局稱為“迄今為止全世界最大的尾礦壩事故”，據(jù)統(tǒng)計(jì)，僅2007年就發(fā)生了 14起尾礦壩安全事故。然而，礦山尾礦壩的滑坡及潰壩過(guò)程一個(gè)長(zhǎng)期的過(guò)程(量變一質(zhì)變)，這個(gè)過(guò)程是尾礦發(fā)生流變的一個(gè)過(guò)程。因此，開(kāi)展尾礦材料的三軸流變實(shí)驗(yàn)的重要性不言而喻，而在進(jìn)行尾礦材料的三軸流變實(shí)驗(yàn)時(shí)，試樣的制備又是實(shí)驗(yàn)的基本步驟和成功與否的關(guān)鍵步驟。盡管如此，當(dāng)前的三軸流變實(shí)驗(yàn)的土樣制備多是擊實(shí)器與飽和筒等工具配合使用，人工將散土裝進(jìn)模具并擊實(shí)，這樣制作出來(lái)的試樣中經(jīng)常會(huì)含有氣泡，而且每一個(gè)制作出來(lái)的試樣的飽和度、硬度等物理性質(zhì)都存在不同程度的差異，這些都會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)有較大的影響；這種人工制樣方法還需要較長(zhǎng)的飽和時(shí)間。所以本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種尾礦材料的三軸流變實(shí)驗(yàn)自動(dòng)制樣飽和裝置，本裝置運(yùn)用了真空飽和法、熱脹冷縮原理以及靜態(tài)加壓等思想，可用于制備尾礦材料、砂類土等的試樣土模型。使得制樣過(guò)程更加簡(jiǎn)便、高效、快捷。本發(fā)明裝置節(jié)省了人力和物力，制備出來(lái)的試樣的各性質(zhì)具有統(tǒng)一性，大大提高了所測(cè)尾礦材料流變實(shí)驗(yàn)的成功率、可靠性和準(zhǔn)確性。有利于礦山尾礦壩壩體的穩(wěn)定性研究。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題及不足，本發(fā)明提供一種尾礦材料的三軸流變實(shí)驗(yàn)自動(dòng)制樣飽和裝置。本裝置在節(jié)省大量人力的情況下，所獲得的試樣能使尾礦材料的三軸流變實(shí)驗(yàn)獲得的數(shù)據(jù)較為準(zhǔn)確，本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)。
[0005]—種尾礦材料的三軸流變實(shí)驗(yàn)自動(dòng)制樣飽和裝置，該裝置包括加熱裝置、攪拌裝置、加壓裝置和承模飽和裝置，加熱裝置與承模飽和裝置上下連接，攪拌裝置、加壓裝置可拆卸的輪流置于加熱裝置中；
所述加熱裝置包括電加熱鍋外接線4、排氣口 10、鍋蓋接口 11、電加熱鍋12、鍋蓋27和鍋蓋軸接口 28，攪拌裝置包括攪拌軸2、攪拌爪3和旋轉(zhuǎn)器9，加壓裝置包括砝碼20、加壓桿21、承壓桿接口 23、承壓桿24、卡盤35和傳壓板36，承模飽和裝置包括注水孔蓋5、注水孔6、排水孔7、排水孔蓋8、抽氣機(jī)14、橡皮塞15、抽氣孔16、活塞17、承模器18、飽和筒19、攔條29、二通閥30、橡皮塞31和管夾32 ；
所述加熱裝置中的電加熱鍋12可拆卸與承模飽和裝置中的承模器18旋緊連接并相通，電加熱鍋12通過(guò)鍋蓋接口 11與鍋蓋27連接，電加熱鍋12上設(shè)有電加熱鍋外接線4，鍋蓋27頂部設(shè)有排氣口 10，攪拌裝置中的攪拌軸2通過(guò)鍋蓋軸接口 28插入鍋蓋27 ；
所述攪拌裝置中攪拌軸2頂端和底端分別設(shè)有旋轉(zhuǎn)器9和攪拌爪3 ;
所述加壓裝置中砝碼20呈中間有孔的圓餅狀，孔的直徑與加壓桿21的桿直徑相等，加壓桿21取代攪拌軸2插入鍋蓋27 (鍋蓋27也可與電加熱鍋通過(guò)螺紋而連接。鍋蓋27 —個(gè)是起支撐作用，支撐攪拌裝置和支撐加壓裝置；其另一個(gè)作用是減少熱量的散失，可以有效縮短尾礦材料的加熱時(shí)間)中，加壓桿21與卡盤35為一個(gè)整體，呈十字架型，砝碼20通過(guò)中間的圓孔套在卡盤35上，加壓桿21通過(guò)承壓桿接口 23依次與承壓桿24和傳壓板36連接，加壓桿21上設(shè)有刻度線，可測(cè)量試樣加壓時(shí)的沉降高度，傳壓板36直徑與承模器18內(nèi)徑直徑相等；
所述承模飽和裝置中飽和筒19為圓筒狀，飽和筒19內(nèi)部設(shè)有可拆卸的承模器18，飽和筒19頂端一側(cè)設(shè)有注水孔6，另一側(cè)設(shè)有抽氣孔16，飽和筒19底部設(shè)有排水孔7，注水孔6、排水孔7上分別設(shè)有注水孔蓋5和排水孔蓋8，抽氣孔16上設(shè)有橡皮塞15，管道穿過(guò)橡皮塞15依次與二通閥30、抽氣機(jī)14連接；在攪拌過(guò)程中，所述電加熱鍋12與承模器18交接處從上至下依次設(shè)有透水石I 13和活塞17 ;在加壓過(guò)程中，電加熱鍋12與承模器18交接處傳壓板36接觸透水石II 25。
[0006]所述承壓桿接口 23內(nèi)設(shè)有有橡皮套22，橡皮套22保證了加壓桿21與承壓桿24緊密連接，不會(huì)滑脫。
[0007]所述鍋蓋軸接口 28內(nèi)設(shè)有滾珠I，其作用是減小攪拌軸2穿過(guò)鍋蓋軸接口 28旋轉(zhuǎn)時(shí)的摩擦阻力。
[0008]上述攔條29與承模器18為一體，其目的是為了使承模器18的底部有孔，使承模器18內(nèi)部與飽和筒19連通，當(dāng)抽氣機(jī)14向飽和筒19中抽氣時(shí)，承模器18內(nèi)的活塞17下滑，使電加熱鍋12內(nèi)的土樣受到負(fù)壓而被吸入承模器18中；活塞17到達(dá)承模器18的底部后，攔條29擋住活塞17，以阻止活塞17脫落。
[0009]該尾礦材料的三軸流變實(shí)驗(yàn)自動(dòng)制樣飽和裝置的操作步驟:
第一步:此時(shí)用到的是加熱裝置、攪拌裝置和承模飽和裝置，首先將三個(gè)裝置按圖1所示安裝好:將承模器18擰緊于飽和筒19上，在將電加熱鍋12與承模器18擰緊。需要注意的是透水石I 13和活塞17置于承模器18頂部，透水石I 13與電加熱鍋12的底部平齊，透水石I 13和與活塞17之間無(wú)縫隙。打開(kāi)鍋蓋27，向電加熱鍋12中加入適量的水和尾礦材料，蓋上鍋蓋27，將電加熱鍋12通過(guò)電加熱鍋外接線4接通電源，使電加熱鍋12處于加熱狀態(tài)，打開(kāi)旋轉(zhuǎn)器9，對(duì)尾礦材料進(jìn)行攪拌，使尾礦材料和水混合均勻，并縮短其加熱時(shí)間。
[0010]第二步:當(dāng)加熱到尾礦材料沸騰后，在繼續(xù)加熱一段時(shí)間，待到除盡尾礦材料中的氣泡，斷開(kāi)電加熱鍋12的電源，擰緊注水孔蓋5和排水孔蓋8，打開(kāi)二通閥30，開(kāi)啟抽氣機(jī)14，使飽和筒19內(nèi)的壓力為負(fù)，從而活塞17帶動(dòng)透水石13從承模器18的上部緩緩下移，將加熱鍋12中已經(jīng)加熱好的尾礦材料吸入承模器18內(nèi)，然后關(guān)閉二通閥30，關(guān)閉抽氣機(jī)14ο
[0011]第三步:將攪拌裝置拆下，換上加壓裝置(需注意要把加壓桿21插到承壓桿接口23的底部，以使測(cè)量出的試樣沉降量更為準(zhǔn)確)。在吸入承模器18頂部的尾礦材料上放上透水石25，加壓裝置的傳壓板36與透水石25接觸傳遞壓力。打開(kāi)注水孔蓋5，向飽和筒19內(nèi)注滿冷水，蓋上注水孔蓋5。在加壓桿21上不斷添加砝碼20，直至卡盤35與鍋蓋27接觸為止。
[0012]第四步:靜置一段時(shí)間，當(dāng)承模器18內(nèi)的試樣完全冷卻后，將承模器18從加熱鍋12與飽和筒19上拆下，向上推動(dòng)承模器18底部的活塞17，即可取出試樣用于實(shí)驗(yàn)。
[0013]第五步:若是需要用到真空飽和，則在攪拌裝置拆下，換上加壓裝置后，只需將注水孔蓋5取下，按照?qǐng)D2將橡皮塞31、引水管33和管夾32、水缸34等裝置連接好，在縫隙處涂上凡士林以防漏氣。關(guān)管夾32，開(kāi)二通閥30，開(kāi)動(dòng)抽氣機(jī)，抽除飽和筒19及試樣中氣體，當(dāng)飽和筒19內(nèi)的氣壓達(dá)到約I個(gè)大氣負(fù)壓力值后，繼續(xù)抽氣(粘質(zhì)土約lh，粉質(zhì)土約
0.5h)，然后稍微