一種尾礦材料的三軸流變實驗自動制樣飽和裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種尾礦材料的三軸流變實驗自動制樣飽和裝置，屬于礦山設備技術領域。
【背景技術】
[0002]當前，土力學是以下列基本原理為基礎的:1)壓力與體積(即孔隙)變化之間以及剪應力和形狀變化之間成正比例關系；2) 土隨時間的壓密(固結)是由于水沿土中孔隙運動的結果，并且這個運動服從于滲透定律；3)屬于分散介質的土，不僅具有顆粒間的粘聚力，而且具有內摩擦力，這些特性決定了土的抗破壞強度。基于以上這些原理及假設才可能建立土的線性變形理論、滲透固結理論和極限平衡理論。但與此同時，這些原理及假設在一定程度上將土的特性理想化。實際上，土的性狀在加荷時是十分復雜的，例如土變形的時間效應，如蠕變、松弛和荷載長期作用下強度降低等，換句話說，土能夠隨時間的增長而改變本身的應力、應變狀態。而土的另一個特點是應力和應變關系的非線性，尤其是隨時間而變化的變形。此外，還應考慮到土的基本特性，即它的內摩擦力不僅在極限狀態時出現，而且在極限狀態之前也出現，從而對變形發展的特點產生影響，土的這種特點是由于它的抗壓和抗剪強度不同所形成的，導致了諸如剪應力引起體積變形(剪脹)及均圍壓力引起剪切變形等等這樣一些畸形現象。因此，荷載作用下土的實際性狀與理想的概念有重大區別。雖然在一些情況下土特性的理想化對實際計算是可行的，但若忽視土的上述特點，則會導致計算結果與現場情況嚴重不符；有許多這樣的實例:如長期蠕變的結果會導致結構物的變形；計算中采用的瞬時強度而不是長期強度會導致邊坡和擋土墻破壞；由于沒有考慮非線性，會導致沉降的計算值與實際值有很大差別。考慮了土的變形特點，就有可能較精確地研究土的實際特性，從而可使理論接近于土的實際情況。
[0003]同時，中國是一個礦業大國，每年選礦產生尾礦約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，由于我國在尾礦壩方面的科研投入少，科研滯后，科技水平低，導致頻頻發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有限公司發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影響及環境災害。被安監總局稱為“迄今為止全世界最大的尾礦壩事故”，據統計，僅2007年就發生了 14起尾礦壩安全事故。然而，礦山尾礦壩的滑坡及潰壩過程一個長期的過程(量變一質變)，這個過程是尾礦發生流變的一個過程。因此，開展尾礦材料的三軸流變實驗的重要性不言而喻，而在進行尾礦材料的三軸流變實驗時，試樣的制備又是實驗的基本步驟和成功與否的關鍵步驟。盡管如此，當前的三軸流變實驗的土樣制備多是擊實器與飽和筒等工具配合使用，人工將散土裝進模具并擊實，這樣制作出來的試樣中經常會含有氣泡，而且每一個制作出來的試樣的飽和度、硬度等物理性質都存在不同程度的差異，這些都會對實驗數據有較大的影響；這種人工制樣方法還需要較長的飽和時間。所以本實用新型設計了一種尾礦材料的三軸流變實驗自動制樣飽和裝置，本裝置運用了真空飽和法、熱脹冷縮原理以及靜態加壓等思想，可用于制備尾礦材料、砂類土等的試樣土模型。使得制樣過程更加簡便、高效、快捷。本實用新型裝置節省了人力和物力，制備出來的試樣的各性質具有統一性，大大提高了所測尾礦材料流變實驗的成功率、可靠性和準確性。有利于礦山尾礦壩壩體的穩定性研究。
【發明內容】
[0004]針對上述現有技術存在的問題及不足，本實用新型提供一種尾礦材料的三軸流變實驗自動制樣飽和裝置。本裝置在節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驗獲得的數據較為準確，本實用新型通過以下技術方案實現。
[0005]—種尾礦材料的三軸流變實驗自動制樣飽和裝置，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；
[0006]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 ；
[0007]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通過鍋蓋接口 11與鍋蓋27連接，電加熱鍋12上設有電加熱鍋外接線4，鍋蓋27頂部設有排氣口 10，攪拌裝置中的攪拌軸2通過鍋蓋軸接口 28插入鍋蓋27 ；
[0008]所述攪拌裝置中攪拌軸2頂端和底端分別設有旋轉器9和攪拌爪3 ;
[0009]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螺紋而連接。鍋蓋27—個是起支撐作用，支撐攪拌裝置和支撐加壓裝置；其另一個作用是減少熱量的散失，可以有效縮短尾礦材料的加熱時間)中，加壓桿21與卡盤35為一個整體，呈十字架型，砝碼20通過中間的圓孔套在卡盤35上，加壓桿21通過承壓桿接口 23依次與承壓桿24和傳壓板36連接，加壓桿21上設有刻度線，可測量試樣加壓時的沉降高度，傳壓板36直徑與承模器18內徑直徑相等；
[0010]所述承模飽和裝置中飽和筒19為圓筒狀，飽和筒19內部設有可拆卸的承模器18，飽和筒19頂端一側設有注水孔6，另一側設有抽氣孔16，飽和筒19底部設有排水孔7，注水孔6、排水孔7上分別設有注水孔蓋5和排水孔蓋8，抽氣孔16上設有橡皮塞15，管道穿過橡皮塞15依次與二通閥30、抽氣機14連接；在攪拌過程中，所述電加熱鍋12與承模器18交接處從上至下依次設有透水石I 13和活塞17 ;在加壓過程中，電加熱鍋12與承模器18交接處傳壓板36接觸透水石II 25。
[0011]所述承壓桿接口 23內設有有橡皮套22，橡皮套22保證了加壓桿21與承壓桿24緊密連接，不會滑脫。
[0012]所述鍋蓋軸接口 28內設有滾珠1，其作用是減小攪拌軸2穿過鍋蓋軸接口 28旋轉時的摩擦阻力。
[0013]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內部與飽和筒19連通，當抽氣機14向飽和筒19中抽氣時，承模器18內的活塞17下滑，使電加熱鍋12內的土樣受到負壓而被吸入承模器18中；活塞17到達承模器18的底部后，攔條29擋住活塞17，以阻止活塞17脫落。
[0014]該尾礦材料的三軸流變實驗自動制樣飽和裝置的操作步驟:
[0015]第一步:此時用到的是加熱裝置、攪拌裝置和承模飽和裝置，首先將三個裝置按圖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之間無縫隙。打開鍋蓋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通過電加熱鍋外接線4接通電源，使電加熱鍋12處于加熱狀態，打開旋轉器9，對尾礦材料進行攪拌，使尾礦材料和水混合均勻，并縮短其加熱時間。
[0016]第二步:當加熱到尾礦材料沸騰后，在繼續加熱一段時間，待到除盡尾礦材料中的氣泡，斷開電加熱鍋12的電源，擰緊注水孔蓋5和排水孔蓋8，打開二通閥30，開啟抽氣機14，使飽和筒19內的壓力為負，從而活塞17帶動透水石13從承模器18的上部緩緩下移，將加熱鍋12中已經加熱好的尾礦材料吸入承模器18內，然后關閉二通閥30，關閉抽氣機14ο
[0017]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，以使測量出的試樣沉降量更為準確)。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。打開注水孔蓋5，向飽和筒19內注滿冷水，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。
[0018]第四步:靜置一段時間，當承模器18內的試樣完全冷卻后，將承模器18從加熱鍋12與飽和筒19上拆下，向上推動承模器18底部的活塞17，即可取出試樣用于實驗。
[0019]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，按照圖2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。關管夾32，開二通閥30，開動抽氣機，抽除飽和筒19及試樣中氣體，當飽和筒19內的氣壓達到約1個大氣負壓力值后，繼續抽氣(粘質土約lh，粉質土約
0.5h)，然后稍微開啟管夾32，使清水由引水管33徐