[发明专利]一种成层透明黏土的制备方法

说明书

本发明属于岩土工程可视化模型试验技术领域，尤其是一种成层透明黏土的制备方法，解决了现有技术中透明土模型试验尚无成层透明黏土模型，单层土模型无法模拟成层土的力学效应的问题，所述成层透明黏土的制备方法，包括以下步骤：S1、分别计算LaponiteRD、焦磷酸钠、去离子水和示踪粒子用量；S2、先加入去离子水，边搅拌边加入焦磷酸钠，待焦磷酸钠完全溶解后加入LaponiteRD，充分搅拌待LaponiteRD完全溶解后加入示踪粒子搅拌均匀配制LaponiteRD透明土；S3、成层土的装配。本发明配制得到的不同强度的透明土可以以任意顺序堆叠，在保证良好透明度的同时构建复杂的成层透明黏土试验模型。

技术领域

本发明涉及岩土工程可视化模型试验技术领域，尤其涉及一种成层透明黏土的制备方法。

背景技术

岩土工程是土木工程的重要分支，主要研究岩体与土体工程问题。物理模型试验是岩土工程领域一种发展较早、应用广泛的研究方法，物理模型试验能够比较直观，可定性或定量地反映与地下工程有关的天然岩体或土体的受力特性。物理模型试验不仅可以探索许多目前用数学、力学方法尚不易解决的问题，还能为建立新的理论和数学模型提供依据。随着新建地下工程规模越来越大，出现的问题越来越复杂，需要研究的内容越来越多，使得物理模型试验越来越具有实际的工程意义。

传统岩土工程模型试验采用的均为天然土体，由于天然土体不透明，所以不能直观观测到土体内部的变形情况，想要测量土体的运动和变形，通常需要在土中预埋应变片，但预埋应变片不仅会对土体进行扰动，而且应变片也无法展现出土体整体的连续变形特征，因而传统的预埋应变片方法存在较大的不足。为了解决预埋应变片方法的不足，许多学者开始尝试用各种透明材料代替天然土体。经过不断的研究，配制出了透明土。

透明土是由固相的透明颗粒材料和液相的透明孔隙流体组成，根据模拟天然土体的类型将透明土划分为透明砂土和透明黏土。透明土结合PIV数字图像技术，可以得到土体内任何切面的位移场和渗流场，因此透明土在岩土工程模型试验中得到了广泛的应用。

现实工程中经常会遇到复杂的成层黏土问题。但是现有技术中的透明土模型试验尚无成层透明黏土模型。传统的单层土模型无法模拟成层土的力学效应，因此亟需一种成层透明黏土的制备方法以解决实际工程中复杂工况的需要。基于上述陈述，本发明提出了一种成层透明黏土的制备方法。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中透明土模型试验尚无成层透明黏土模型，传统的单层土模型无法模拟成层土的力学效应的问题，而提出的一种成层透明黏土的制备方法。

一种成层透明黏土的制备方法，其试验材料为Laponite RD、焦磷酸钠、去离子水和示踪粒子；其使用的试验设备包括：搅拌机、真空泵、真空消泡桶、透明试验模型盒、若干特制试样盒和若干推板；所述特制试样盒内径与试验模型盒内径尺寸相同，其底板由螺钉固定可拆卸；推板尺寸与试样盒内径尺寸相同；所述成层透明黏土的制备方法，具体包括以下步骤：

S1、确定材料配比及用量：

Laponite RD透明土经试验证明了其物理及力学性能与天然黏土相似，可用于模拟天然黏土，本发明采用Laponite RD配制透明黏土，在制备透明黏土前确定各层透明土中Laponite RD的浓度以及各层透明土厚度，分别计算Laponite RD、焦磷酸钠、去离子水和示踪粒子用量，其中Laponite RD和去离子水为配制透明黏土的主要材料；焦磷酸钠主要起缓凝作用，延缓Laponite RD凝胶过程，提高去离子水中Laponite RD的浓度，使去离子水中能够溶解更多的Laponite RD；加入示踪粒子以形成散斑场，便于后期PIV试验分析；

S2、单层透明黏土的配制：

根据所设计成层透明黏土的层数选取相同数量特制的试样盒，所述试样盒底板与侧板通过螺钉连接，底板可拆卸；