[发明专利]一种观测黄土湿陷过程中细观结构演化的试验方法

说明书

本发明公开了一种观测黄土湿陷过程中细观结构演化的试验方法，涉及细观观测技术领域，包括：同一状态黄土试样湿陷细观演化试样制备；采用单线浸水饱和压缩法确定原状黄土试样的湿陷变形；对与其他平行试样试验结果差异较大的试样进行加做；原状黄土的湿陷阶段依照等差值等分为M个阶段；取N个同一状态的演化试样，进行单线浸水饱和压缩试验，分阶段取出环刀试样；对取出的试样液氮冷冻和干燥处理，切割制成观测试样；对观测试样分别进行扫描电子显微镜观测试验与压汞试验；基于统计学原理，获取黄土湿陷过程的演化特征。本发明通过获取黄土湿陷试验全过程的完整细观演化特征，可刻画湿陷演化过程，预测黄土宏观湿陷变形，更好地服务黄土工程。

技术领域

本发明涉及细观观测技术领域，尤其涉及一种观测黄土湿陷过程中细观结构演化的试验方法。

背景技术

微观过程决定宏观行为，深入认识黄土材料的微结构特征，对揭示黄土体宏观性能内在机理起到至关重要的作用。随着材料学科中细观观测技术的不断发展进步，由最初的光学显微镜到扫描电子显微镜(SEM)，环境扫描电子显微镜(ESEM)，再到X射线计算机断层扫描技术(CT)，核磁共振技术(NMR)，加之压汞试验(MIP)，能谱分析(EDS)，X射线衍射法(XRD)以及氮吸附等技术。基于上述观测方法，学者进行了大量的黄土湿陷细观演化试验。

依据演化观测方法，观测黄土湿陷过程中细观结构演化主要分为两大类：始末观测演化试验与动态观测演化试验(如图2所示)。始末观测演化试验，通过细观观测技术获取黄土湿陷试验开始与终止阶段的细观特征。始末观测演化试验仅对黄土湿陷试验开始与终止2个阶段进行观测，无法获取湿陷过程的细观结构演化特征，而材料的动态演化过程对揭示宏观内在机理以及准确构建演化模型至关重要。动态观测演化试验很好地弥补了始末观测演化试验的缺陷，该方法需要获取试样在不同湿陷阶段的微结构特征的同时进行细观结构动态观测。

三维、无损、动态的计算机断层扫描(CT)技术完美地契合了湿陷动态观测法。CT的扫描分辨率与试样尺寸成反比，即CT分辨率越高，试样尺寸越小。医用与工业CT可对室内标准尺寸试样进行扫描，其分辨率为毫米尺度，不能满足黄土细观结构观测的微米尺度。例如，专利号为CN201822150413.4的中国实用新型专利，公开了一种工业CT机配套便携式岩土力学实时加载试验装置。该发明所需试样尺寸为φ50×100mm的圆柱试样，该装置仅能观测到岩土样加载破坏时内部的裂纹动态演化特征，不能获取加载过程中岩土试验的细观特征。微米CT扫描机虽然可观测到黄土细观结构，但试样尺寸仅为毫米尺度。例如，专利号为CN201811062544.5的中国发明专利，公开了一种微型土样水力固结加载系统，该装置结合了微米CT扫描机，所需试样尺寸直径仅为2～6mm。黄土的湿陷变形与边界条件密切相关，湿陷变形与应力之间存在交叉效应。试样的尺寸效应对黄土湿陷性评价影响明显。《湿陷性黄土地区建筑标准》GB 50025-2018明确提出进行室内单、双线压缩湿陷试验的试样直径不小于79.8mm。且尺寸越小，试样包含的区域性岩土特征越少，获取的试验结果对岩土材料不具备代表性。因此，毫米级别尺寸试样所获得的黄土湿陷性评价难以直接应用到实际工程中。现阶段动态观测演化试验无法兼顾消除尺寸效应与提高观测精细度。因此，针对现阶段试验方法的缺陷，亟需提出一种新的观测黄土湿陷过程中细观结构演化的试验方法。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种观测黄土湿陷过程中细观结构演化的试验方法。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是在始末观测演化试验中无法获取湿陷过程的细观结构演化特征，以及动态观测演化试验无法兼顾消除尺寸效应与提高观测精细度。

为实现上述目的，本发明提供了一种观测黄土湿陷过程中细观结构演化的试验方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

S101：同一状态黄土试样湿陷细观演化试样制备，所述试样制备完成后用保鲜膜严密包裹，放置于保湿缸；