透明土配置及实验技术VIP免费

透明土配置及实验技术周肖贝(浙江大学，建筑工程学院，土木0805，,380103904)一、课题目的和意义在岩土工程实验中，如何测定土体内部变形问题一直是一项重要内容。传统测量方法通常利用在土体内部预埋应变片或传感器来进行测量。但在实际工程技术日益发展，工程实际对实验室实验结果的要求也逐步提高的当今，传统测量方法已经无法满足研究者的需要。对于土体内部连续变形和三维变形等问题，固有的测量方法难以得出合适的解决途径。为此，研究者们提出利用透明土来模拟自然土壤，从而另辟蹊径，对土壤内部应变和径流等问题进行直观观测。透明土试样通常利用无定型硅或熔融石英砂混合相应的孔隙流体制备而成。由于这些材料本身呈现出透明状态，且选择的透明土材料与对应的孔隙流体有相同或相近的折射率，光线不经折射就可穿过土体。这样一来，从土体外部就可以实现对内部的观测，通过透明土实验中常用的激光散斑技术和数字图像处理技术就可以观测到土体内部的连续变形、渗流等问题。透明土的这种性质，可以应用到涉及实际工程的许多领域，但多需建立实验室规模的模型。如对浅基础地基变形和承载能力的探究[30]，就可采集具体土体数据，建立相应的透明土模型进行试验。同样的，在深基础和结构-土体相互作用等的工程应用问题，也可以通过构建透明土模型来解决[31]。二、国内外现状和技术应用领域2.1国内外现状自上个世纪八十年代初开始，研究者在透明土领域做了许多实验研究。其中Iskander，Sadek和Liu[6-13]等人对于透明土研究做出了重大贡献，他们针对透明土的材料和简单土力学特性做了大量实验，将模拟实验材料限定在一个较小的范围内，初步确定了熔融石英砂和无定形硅作为透明土体模拟材料，并将溴化钙溶液和两种白矿油的混合物确立为透明土的孔隙流体材料。期间，Welker等人试验了透明土的水力特性[31]，对此做了初步的研究和总结。而Gill等人则对透明土的光学观测技术进行研究，探究了相关的光学观测方法[32]。相对于国外透明土技术的蓬勃发展而言，国内实验技术尚处于起步阶段。近年来，佘跃心对透明土和相应图像技术在变形测量方面的研究作了相关报告[33]，吴明喜利用熔融石英砂和相应有相近折射率的溴化钙溶液成功制备了透明土试样，并利用试样进行基本的土力学试验和三轴试验，研究了透明土的工程性质[3]。孙吉主和肖文辉等人则利用透明土进行盾构隧道模型的试验设计和研究[1]，将透明土应用到工程实际中。2.2技术应用领域透明土实验技术在实际工程领域中的应用主要通过采集相应工程问题的相关数据，利用透明土模拟天然土体，用光学观测系统和数字图像处理技术对土体作出观测，再根据所得实验结果来分析处理工程问题。通过这样的手段，透明土技术的实际应用主要有以下几类：（1）针对地基基础等问题，研究透明土的变形和承载力等力学性质[30]；（2）针对桩基础等问题，利用透明土研究土体和结构的相互作用[31]；（3）针对土体内水和污染物等的运载等问题，用透明土研究土体内部的渗流[30]。三、预计成果本课题需配置透明土试样并对其进行简单的土力学试验，以便从实验数据中得出结论，寻求最优配置比例，验证透明土的工程性质，并将其与天然土试样进行对比，得出一些基本结论，以便于后来者的研究。预计课题成果主要有以下三条：（1）利用溴化钙溶液和一定级配的熔融石英砂制备得到透明土试样；（2）对选定的天然土和透明土试样分别展开土力学基本实验研究，测定土体的颗粒级配、比重、干密度、孔隙比、相对密实度等。（3）将两者的实验数据进行对比，分析透明土与天然土性质的同异，以便于未来研究者进一步的工程试验。四、实验内容4.1透明土配置透明土试样的配置主要有以下几个步骤：选取熔融石英砂、配置相同折射率的溴化钙溶液、将石英砂浸入溶液中直至饱和（即最透明）。接下来将简要描述以上步骤。4.1.1根据颗粒级配配置石英砂为了方便实验之后进行天然土和透明土的性质对比，我们选择与天然土样颗粒级配相近的石英砂。具体做法是先用筛分法测定天然土样的颗粒级配，绘制级配曲线。然后将各级石英砂颗粒按级配曲线混合。这里，为了确保石英砂的颗粒级配尽量与天然砂保...