[发明专利]冻土边坡模型制作及冻土边坡模型定向爆破试验装置和试验方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种土体的定向爆破试验装置和试验方法，具体地说是一种冻土边坡模型制作及冻土边坡模型定向爆破试验装置和试验方法，特别是涉及一种可视化冻土边坡模型制作及冻土边坡模型定向爆破试验装置和试验方法。

背景技术

在岩土工程方面的模型试验中，研究土体内部变形规律和机理，如控制爆破、沉桩施工过程、基坑开挖过程等，对探索岩土工程问题本质具有重要意义。特别是地球上多年冻土、季节冻土和短时冻土区的面积约占陆地面积的50﹪，其中，多年冻土分布面积3500万㎞²，约占陆地面积的25﹪。而冻土的工程特性与常规土的工程特性相差较大，因此，开展对冻土的工程特性以及构建物在冻土区域的特性研究显得非常重要。

控制爆破是指对工程爆破过程中由于炸药在被爆破对象的爆炸而产生的飞散物、地震、空气冲击波、烟尘、噪音等公害通过一定的技术手段加以控制的一种的爆破技术，在工程施工中得到广泛应用。如：定向爆破、预裂爆破、光面爆破、岩塞爆破、微差控制爆破、拆除爆破、静态爆破、抛填爆破、弱松动爆破、燃烧剂爆破等。定向爆破是利用炸药爆炸的作用，把某一地区的土石方抛掷到指定的地区，并大致堆积成所需形状的一种爆破技术,主要用于修坝(水坝或尾矿坝)、筑路（路堤和路基）、平整土地（工业场地和农田建设）等，对于劳力缺乏，交通不便以及无施工场地的工点尤为适宜。

专利号为201110074794.2，发明名称为一种用于高含冰冻土试样的制备方法的专利公开了一种利用常规设备制备高含冰冻土试样的技术方法，该法可以根据实际需要的尺寸制作高含冰人工冻土试样，基于制配完成的冻土试样，利用土工测试仪器对冻土的工程特性进行测试。

文献1《冻土爆破漏斗及冻土爆破性的模型试验研究》（马芹永. 煤炭学报，1997，22(3): 288-293.）公开了一套不同温度下冻结黏土、砂土的爆破漏斗模型试验方案；文献2《立井冻土钻爆法施工爆破参数初探》（宗琦，杨吕俊. 工程爆破，1999，5(2): 25-29.）、文献3《立井冻土光面爆破的模型试验研究》（姜玉松. 淮南工业学院学报，2001，21(4): 31-34.）公开了一套冻结砂土掏槽爆破和光面爆破模型试验方案；文献4《多年冻土和人工冻土的爆破试验与方法研究》（马芹永.  土木工程学报，2004，37(9): 75-78.）综合介绍了冻土爆破漏斗、掏槽爆破和光面爆破试验的研究进展和成果。这些模型试验方案均是基于常规试验手段，无法有效获得爆破试验后冻土的具体破裂形态。而传统的土体变形测量方法是在土体内部埋设一系列传感器，得到某些离散点的位移，但是传感器容易受外界环境扰动的影响，测量结果往往不够准确，同时不能给出土体内部连续变形的整个位移场。现代数字图像技术也只局限于测量土体的宏观或边界变形，不能实现对土体内部变形的可视化；X-射线、γ-射线、计算机层析扫描（CAT扫描）及磁共振成像技术（MRI）虽然可以用来测量土体内部的连续变形，但昂贵的费用限制了这些技术的广泛应用。

利用人工合成透明土结合光学观测和图像处理技术可以实现土体内部变形的可视化，其费用低廉，操作简便，可以广泛应用在岩土工程方面的模型试验中，研究土体内部规律和机理，对探索岩土工程问题本质具有重要意义。其前提是获得透明度较高，且性质与天然土体相似的人工合成透明土。目前，已有采用不同材料来制配透明土，并得到了一些成果。但是，现有技术资料表明，配制透明土的固体颗粒主要选用石英类材料，其固体颗粒本身的折射率在1.44～1.46之间，选用硼硅玻璃材料，其固体颗粒本身的折射率在1.46～1.48之间，远大于水的1.33折射率和冰的1.31折射率。因此，利用现有的配制透明土的固体颗粒无法配制出饱和透明冻土试样。

含氟聚合物为美国杜邦公司生产的Teflon AF 1600，折射率1.31，密度2.1g/㎝³～2.3g/㎝³；具有耐高温、耐低温、耐化学腐蚀、无粘性、无毒、无污染、高透明度、低折射率的特性，还具有气体渗透性结构、疏水性、化学惰性等特性，与天然土体性质的相似性好。Teflon AF 1600可溶解于氟系溶剂中，可以形成薄膜或熔融压缩成型；目前，其主要用在涂层、浸渍或制成纤维，制成的液芯波导在吸收、荧光、拉曼光谱分析、气体传感器等诸多领域也有运用。由于含氟聚合物具有高透明度，折射率与冰相同，因此，可以在配制透明冻土中用作透明固体材料。

发明内容

本发明的目的是提供一种冻土边坡模型制作及冻土边坡模型定向爆破试验装置和试验方法，特别是一种可视化冻土边坡模型制作及冻土边坡模型定向爆破试验装置和试验方法。