一种砂土压缩过程微观结构提取方法
【专利摘要】一种砂土压缩过程微观结构提取方法,基于如下砂样采样盒，砂样采集盒的上平面与底面均为透水石，圆柱筒为环刀，底面透水石结构如下，底面透水石中央设有直径约4mm的圆孔，圆孔处连接L型管状接头的一端；L型管状接头的另一端接直径4mm的塑料软管；塑料软管为环氧注入装置输至砂样采集盒的输出管口在上、下透水石的紧贴砂样面贴塑料薄膜，并在整个砂样采集盒装置上套橡胶薄膜以防止注入环氧时发生渗漏。利用该装置能够实现粒径0.05mm以上的砂土压缩过程中环氧树脂的注入，对进一步研究砂土压缩过程中微观结构的变化及相关参数的量化等具有重要意义。
【专利说明】
一种砂土压缩过程微观结构提取方法
一、技术领域
[0001]本发明涉及土体微观结构定量化研究领域，具体目的为实现砂土压缩固结过程中微观结构固定、提取和量化。
二、【背景技术】
[0002]地质灾害严重影响国民生命财产安全与社会经济发展。目前，地质灾害频发，对地质灾害的成因机理和预测研究尤为重要。土体的宏观力学性质与其微观颗粒和孔隙系统结构是紧密联系的。通过定量化土体微观孔隙、颗粒和裂隙系统，可以结合微观结构更好地理解其整体力学特性，为地质工程和岩土工程设计提供重要参考，并减少地质灾害发生。目前，对砂土在受力压缩固结过程中微观结构变化的观察还难以实现，缺乏行之有效的方法，难以直接量化砂性土地面在压缩沉降过程中微观结构变化，这为精确了解砂性土地面压缩沉降的成因和预测带来了极大的困难。
三、
【发明内容】
[0003]本发明目的是，为实现对砂性土在压缩变形和破坏过程中，微观结构中颗粒和孔隙系统的固定、提取和量化，本发明通过设计特定的砂样采集盒、环氧树脂注入装置和相关技术，从而实现在极微小的扰动情况下，在砂土样品受压固结过程中注入环氧树脂，待环氧硬化后取出，并制作铸体显微薄片和进行砂土微观结构量化分析等。
[0004]本发明为解决砂土压缩过程中环氧树脂注入问题，所采用的技术方案是:一种砂土压缩过程微观结构提取方法，在砂样采集盒的上平面与底面均为透水石，圆柱筒为环刀，底面透水石结构如下，底面透水石中央设有直径约4mm的圆孔，圆孔处连接L型管状接头的一端;L型管状接头的另一端接直径4mm的塑料软管;塑料软管为环氧注入装置输至砂样采集盒的输出管口在上、下透水石的紧贴砂样面贴塑料薄膜，并在整个砂样采集盒装置1(包括上下透水石、环刀、上护环的整体)上套橡胶薄膜以防止注入环氧时发生渗漏。所述环氧树脂注入装置固定于电动直线滑台，使注射器能固定在滑台上，由调速器和电源以控制电动直线滑台上注射器推进筒推进速度和力度。
[0005]推进筒的进动使注射器内环氧材料注入至砂样采集盒内。其中，所采用的环刀体积为60m3，下透水石直径为83mm，上透水石直径为61.8mm(见图1)。对于环氧注入装置的设计，是通过以推进距离约120mm的电动直线滑台为主体进行设计，加入步进电机、调速器以及电源，使其能固定并能按指定速度推进环氧注射器，利用注射器接设计的砂样采集盒中的塑料软管以注入环氧树脂。其中，开关能控制推进方向(见图2)。该装置能够实现粒径为
0.05mm以上的砂土在压缩过程中的环氧注入。
[0006]本发明的有益效果是:实现了在砂土压缩过程中从试样底部注入环氧树脂，并可根据需要在砂土压缩的任一阶段注入环氧树脂以及能方便地控制注入量和注入速度。由注入环氧树脂时采集的数据表明，注入环氧树脂时所产生的渗流力对整个砂土压缩过程中的扰动极其微小，保证了试验结果的精度。取样后制作铸体显微薄片分析表明，对于粒径0.1mm及以上的砂土试样，其孔隙基本被环氧树脂填充，便于量化。
[0007]通过在砂土压缩过程中注入环氧以固定砂土结构，解决了目前无法观察砂土在压缩过程中微观结构变形和破坏的难题，为砂土压缩过程中微观结构各参数的量化以及对砂土压缩数值模拟结果的验证奠定了基础，且实验装置简单易操作，在现有的固结仪基础上进行改进即可。下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
四、【附图说明】
[0008]图1是设计的砂样采集盒剖面图。
[0009]图2是环氧树脂注入装置图。
五、具体实施方案
[0010]以粒径范围为0.38?0.6mm的石英砂样品试验为例，说明本发明的具体实施方案和技术细节，但本发明的应用并不限于此种砂。
[0011]如图所示，内固定环1、塑料薄膜2、顶盖3、橡胶薄膜4、环刀5、注入环氧6、塑料软管
7、透水石8、外盒9、外固定环10、砂土 11、电源12、调速器13、步进电机电源14、直线滑台15、注射器16、步进电机17。
[0012]1、砂样采集
[0013]砂样采集后的采集盒剖面图如图1所示。为防止采集盒组装和取样困难，在砂样采集盒中的所有零件的接触面上涂抹凡士林;为防止环氧树脂渗漏，在下透水石正中的圆孔和插入的塑料软管的接触面上涂抹凡士林和注入胶水密封，并在两块透水石与砂土的接触面间各贴一层塑料薄膜以及在护环和下透水石外套一层橡胶薄膜;为防止在塑料软管与下透水石正中圆孔相接的90°弯角处挤压软管阻塞环氧树脂注入，采用L型硬质塑料接头连接塑料软管。本次试验每30min加一次压，共加压10次，采用土工试验数据采集装置自动采集数据，采样间隔设置为Imin，其它过程按标准固结试验操作。
[0014]2、环氧树脂注入
[0015]环氧树脂注入装置如图2所示。在最后一次加压完成后开始调制环氧树脂。为了减少注入时粘滞阻力，需加入丙酮溶剂。环氧树脂调制的各成分比为环氧树脂:固化剂:丙酮等于30:20:7,加入4 %左右的蓝色色浆，缓慢搅拌均匀。采用30ml注射器，吸取略大于30ml的环氧树脂，然后如图2所示固定在注入装置中，注射器吸头接图1砂样采集盒中的塑料软管。由于注射过程阻力较大，为防止注射器吸头处塑料软管脱落，在两者接紧后用细绳扎紧。为使环氧充分填充孔隙系统，试验环氧树脂注入的平均速度约为6ml/min以下，注射过程中随时观察采集盒底部是否有环氧树脂渗漏，当采集盒顶部溢出环氧树脂时，说明环氧树脂已浸润砂样，此时停止注入。整个过程操作时间控制在30min内。
[0016]3、取样
[0017]在固结5天后取样，其中，这5天内依然采集数据，采样间隔为15min。取样结果表明环氧已经完全渗透在砂样中，并且固结良好，完全适合制作铸体薄片以进一步分析样品压缩后的微观结构。
【主权项】
1.一种砂土压缩过程微观结构提取方法，其特征是基于如下砂样采样盒，砂样采集盒的上平面与底面均为透水石，圆柱筒为环刀，底面透水石结构如下，底面透水石中央设有直径约4mm的圆孔，圆孔处连接L型管状接头的一端;L型管状接头的另一端接直径4mm的塑料软管;塑料软管为环氧注入装置输至砂样采集盒的输出管口在上、下透水石的紧贴砂样面贴塑料薄膜，并在整个砂样采集盒装置上套橡胶薄膜以防止注入环氧时发生渗漏;所述环氧树脂注入装置固定于电动直线滑台，使注射器能固定在滑台上，由调速器和电源以控制电动直线滑台上注射器推进筒推进速度和力度。2.根据权利要求1所述的砂土压缩过程微观结构提取方法，其特征是所采用的环刀体积为60m3，下透水石直径为83mm，上透水石直径为61.8mm电动直线滑台的推进距离约10mm的电动直线滑台，能够实现粒径为0.05mm以上的砂土在压缩过程中的环氧注入。3.根据权利要求1或2所述的砂土压缩过程微观结构提取方法，其特征是环氧树脂调制的各成分比为环氧树脂:固化剂:丙酮等于30:20:7，额外加入3-5%重量比的色浆，缓慢搅拌均匀;采用30ml注射器，吸取略大于30ml的环氧树脂，环氧树脂注入的平均速度约为6ml/min以下，注射过程中随时观察采集盒底部是否有环氧树脂渗漏，当采集盒顶部溢出环氧树脂时，说明环氧树脂已浸润砂样，此时停止注入;整个过程操作时间控制在30min内。
【文档编号】G01N1/04GK105841996SQ201610167738
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年3月23日
【发明人】刘春 , 顾凯, 刘兵, 施斌, 顾颖凡, 舒荣军, 张晓宇
【申请人】南京大学