一种成层透明黏土的制备方法技术

本发明专利技术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。本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】
一种成层透明黏土的制备方法
本专利技术涉及岩土工程可视化模型试验
，尤其涉及一种成层透明黏土的制备方法。
技术介绍
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，本专利技术提出了一种成层透明黏土的制备方法。
技术实现思路
本专利技术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LaponiteRD、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：LaponiteRD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，本专利技术采用LaponiteRD配制透明黏土，在制备透明黏土前确定各层透明土中LaponiteRD的浓度以及各层透明土厚度，分别计算LaponiteRD、焦磷酸钠、去离子水和示踪粒子用量，其中LaponiteRD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LaponiteRD凝胶过程，提高去离子水中LaponiteRD的浓度，使去离子水中能够溶解更多的LaponiteRD；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；对试样盒进行编号，在各个试样盒内进行单层透明黏土的配制，在配制前将试样盒的底板用螺钉固定，检验试样盒不透水后，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，将配制好的LaponiteRD透明土进行真空排气处理，去除LaponiteRD透明土中的气泡，保证LaponiteRD透明土的透明度；S3、成层透明黏土的装配：待到LaponiteRD透明土硬化完成，拧掉底板螺钉，拆除底板，根据所设计成层透明黏土的各层排序，利用与试样盒相同内径的推板逐一将各个试样盒中LaponiteRD透明土推入至与试样盒等截面的试验模型盒内，在推入过程中应保持平稳慢速，以免破坏各层LaponiteRD透明土的整体性，待各层LaponiteRD透明土装入到试验模型盒中，静置，即完成成层透明黏土的装配。优选的，所述步骤S1中水为去离子水，其他水中含有大量离子，会影响LaponiteRD透明土凝结时间和前期强度。优选的，所述步骤S1中LaponiteRD质量为m1，去离子水质量为m2，LaponiteRD浓度C1％计算方法为：优选的，所述步骤S1中LaponiteRD浓度C1％范围宜为4％-15％。优选的，所述步骤S1中焦磷酸钠质量为m3，焦磷酸钠浓度C2％计算方法为：优选的，所述步骤S1中LaponiteRD浓度C1％与焦磷酸钠浓度C2％的关系为：C2＝0.002C13-0.0234C12+0.1096C1-0.1433。优选的，所述步骤S1中示踪粒子可选用碳纳米管，示踪粒子质量约为配制透明土质量的1‰。优选的，所述步骤S2中真空排气处理的真空度为-0.08Mpa，以排除试样中气体提高透明度。优选的，所述步骤S3中LaponiteRD透明土硬化时间为7-28天，以保证透明土强度满足设计要求。优选的，所述步骤S3中静置时间为8-12小时，以保证各层接触面充分接触，使成层透明黏土更具整体性。本专利技术提出的一种成层透明黏土的制备方法，具有以下有益效果：本专利技术提出的成层透明黏土的制备方法，解决了现有技术透明土模型试验尚无成层透明黏土模型的问题，本专利技术不仅提供了制备成层透明黏土的配制方法和配方，且通过本专利技术的配制方法和配方所配制得到的不同强度的透明土还可以以任意顺序堆叠，有效实现了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。附图说明图1为本专利技术提出的一种成层透明黏土的制备方法中特制试样盒的主视图。图2为本专利技术提出的一种成层透明黏土的制备方法中特制试样盒的俯视图。图3为本专利技术提出的一种成层透明黏土的制备方法中特制试样盒的左视图。图中：1-试样盒侧板，2-试样盒底板，3-螺丝；图中为显示各部位位置而夸大了互相间间距或尺寸，示意图仅作示意使用。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术作进一步解说。实施例1本实施例中制备双层土，制备成层透明黏土模型的透明试验模型盒内径尺寸为100mm×100mm×100mm，因制备双层土，因此需要2个试样盒，试样盒内径尺寸均为100mm×100mm×100mm，推板尺寸为100mm×100mm，成层透明土模型的制备包括以下步骤：本实施例底层透明土LaponiteRD浓度取7％，去离子水质量取500.00g，计算可得底层透明土配制所需LaponiteRD质量为37.63g，焦磷酸钠质量为0.82g，碳纳米管质量为0.54g；上层透明土LaponiteRD浓度取4％，去离子水质量取300.00g，计算可得上层透明土配制所需LaponiteRD质量为12.50g，焦磷酸钠质量为0.15g，碳纳米管质量为0.31g。底层透明土配制方法与上层本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种成层透明黏土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1、确定材料配比及用量：/n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；/nS2、单层透明黏土的配制：/n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；/n对试样盒进行编号，在各个试样盒内进行单层透明黏土的配制，在配制前将试样盒的底板用螺钉固定，检验试样盒不透水后，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Laponite RD，充分搅拌待Laponite RD完全溶解后加入示踪粒子搅拌均匀，将配制好的Laponite RD透明土进行真空排气处理，去除Laponite RD透明土中的气泡，保证Laponite RD透明土的透明度；/nS3、成层透明黏土的装配：/n待到Laponite RD透明土硬化完成，拧掉底板螺钉，拆除底板，根据所设计成层透明黏土的各层排序，利用与试样盒相同内径的推板逐一将各个试样盒中Laponite RD透明土推入至与试样盒等截面的试验模型盒内，在推入过程中应保持平稳慢速，以免破坏各层Laponite RD透明土的整体性，待各层Laponite RD透明土装入到试验模型盒中，静置，即完成成层透明黏土的装配。/n...

【技术特征摘要】
1.一种成层透明黏土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、确定材料配比及用量：
在制备透明黏土前确定各层透明土中LaponiteRD的浓度以及各层透明土厚度，分别计算LaponiteRD、焦磷酸钠、去离子水和示踪粒子用量；
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；
对试样盒进行编号，在各个试样盒内进行单层透明黏土的配制，在配制前将试样盒的底板用螺钉固定，检验试样盒不透水后，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，将配制好的LaponiteRD透明土进行真空排气处理，去除LaponiteRD透明土中的气泡，保证LaponiteRD透明土的透明度；
S3、成层透明黏土的装配：
待到LaponiteRD透明土硬化完成，拧掉底板螺钉，拆除底板，根据所设计成层透明黏土的各层排序，利用与试样盒相同内径的推板逐一将各个试样盒中LaponiteRD透明土推入至与试样盒等截面的试验模型盒内，在推入过程中应保持平稳慢速，以免破坏各层LaponiteRD透明土的整体性，待各层LaponiteRD透明土装入到试验模型盒中，静置，即完成成层透明黏土的装配。


2.根据权利要求1所述的一种成层透明黏土的制备方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑晓明，张春会，田英辉，李永靖，王乐，蔺雪洋，王永臣，
申请(专利权)人：辽宁工程技术大学，河北科技大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21