透明土合成及物理力学特性研究

发布时间：2019-09-04 10:57

【摘要】：岩土体变形等测量一般通过埋入传感器的方式来间接测量。由于岩土体力学性质的各向异性以及测量仪器本身数量的限制和力学性质的差异,通过埋入传感器的测量方式得到的数据具有非连续性特征,所测得的参数也与岩土体真实特性有所区别。透明土的研究正是基于以上背景开展的。借助于高速摄像机可以实现对透明土体内部变化的可视化,同时结合数字图像分析技术,就能够实现对于透明土体的连续性和非介入式的测量,从而弥补传统测量方式的缺陷。本文在总结国内外研究的基础上,主要进行了以下研究： (1)采用高纯度的熔融石英砂和与之折射率相匹配的孔隙流体人工合成了透明土。通过实验,研究了两种无机溶液(CaCl2.2(H2O)、CaBr2)和三种有机溶液(15#白矿物油和EI溶剂油、15#白矿物油和SI溶剂油的混合物、15#和3#白矿物油混合物)折射率随温度、浓度(无机溶液)和体积比(有机液体)的变化规律,同时测定了平均色散的变化规律,实验测定了部分配方流体的粘度值。通过比较选择15#油和溶剂油EI的混合物作为孔隙流体,与熔融石英砂混合配制出了透明土。 (2)对相同固体颗粒(熔融石英砂)不同折射率的孔隙流体的混合物进行了吸光度的测量。实验结果显示,固体颗粒形状和固液折射率匹配程度均对透明土的吸光度有影响,从而对透明的效果也有影响。 (3)针对孔隙流体是水的固液混合物进行了固结排水实验以及孔隙流体是水和配方孔隙流体(15#白矿物油和溶剂油EI)进行了相同加载下的不固结不排水实验。实验结果显示：固结排水条件下,熔融石英砂的应变特性比如剪胀性等与一般砂具有很大的相似性；不固结不排水实验表明,孔隙流体的性质对透明土的应变特性有较大的影响,孔隙流体为有机油的混合物时,透明土能更快达到剪切峰值而破坏,峰值强度也更高。
【图文】：

不定型,透明度,显微技术,低围压

等[25]利用Nafion颗粒和营养液合成的透明土，结合数字显微技术观察了根系在透明土中的生长过程，见图1.2。mmmmmn—图1.2透明土及其应用12511.3本文的研究内容和意义国内透明土研究由于起步较晚以及相关技术的不成熟、研究和应用成果并不多。本文认为透明土的研究目前尚存在以下不足之处：(1)不定型娃粉或者桂胶合成的透明土由于桂胶颗粒的吸湿性，很容易因为水分的吸收儿影响透明度；(2)低围压下，用不定型桂狡合成的透明土也表现出塑性变形特征，不存在弹性变形，这与实际砂土的变形特征并不一致；(3)不定型桂胶颗粒配置的透明土透明度有限，同时存在因体积增大而透明度降低的缺陷；(4)玻璃珠的价格相对昂贵，难以推广应用；4

熔融石英,矿物油

01120131#5]在2013年利用麓糖溶液和熔融石英砂合成了透明土，其三轴实验结果显示，随着轴向应变的增加，透明土的体积应变由正变为负，体现出明显的剪胀性（图3.1)，随着有效围压的增加，剪胀性更加明显。这些特征均与实际砂土的剪胀性等特征相一致。Ezzein, Bathurst【2q在2011年利用炼融石英砂和白矿物油合成了透明土，透明度良好（图3.2)。利用合成的透明土 Ezzein等进行了三轴压缩实验、渗透性试验、直接剪切试验等实验，详细分析了内摩擦角等参数。三轴实验中对比实验了孔隙流体分别是水、矿物油以及干燥的石英砂三种工况。实验结果显示，，在低围压下，孔隙流体为矿物油时尽管抗剪强度和剪胀性在绝对值上比孔隙流体为水时略低，但是整个应力应变曲线三种工况是非常相似的。国内河海大学Cao等[36]通过三轴对比分析了自然砂和擦融石英在排水和不排水条件下应力应变性能，实验表明，熔融石英砂的抗剪强度比所选自然砂的高，但是二者的应力应变曲线非常相似
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TU44;TU43

【参考文献】