能量樁－土荷載、溫度傳遞機(jī)理模型試驗(yàn)裝置和試驗(yàn)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種可視化能量樁－土荷載、溫度傳遞機(jī)理模型試驗(yàn)裝置和試驗(yàn)方法，其特征是它包括透明模型槽，槽內(nèi)設(shè)有埋設(shè)在模擬樁周土、樁端土的透明土中的透明能量樁，所述透明能量樁為空心，樁底封閉，樁內(nèi)布置有傳熱管，所述傳熱管與冷熱循環(huán)機(jī)構(gòu)聯(lián)接；透明能量樁樁側(cè)埋設(shè)有測(cè)量透明能量樁樁體軸力變形和溫度變化的光纖光柵，樁底埋設(shè)有測(cè)量透明能量樁樁底應(yīng)力的土壓力盒，透明模型槽外一側(cè)設(shè)有安裝在移動(dòng)機(jī)構(gòu)上的激光源，透明模型槽外的正視面、俯視面設(shè)有可觀察透明模型槽空間的數(shù)碼相機(jī)，數(shù)碼相機(jī)通過(guò)數(shù)據(jù)線與處理裝置聯(lián)接；本發(fā)明試驗(yàn)裝置操作簡(jiǎn)便，可重復(fù)性強(qiáng)；配制的透明土與天然土土體性質(zhì)的相似性好；試驗(yàn)方法可用來(lái)探索能量樁－土傳熱機(jī)理及荷載傳遞機(jī)理。
【專利說(shuō)明】能量粧一 土荷載、溫度傳遞機(jī)理模型試驗(yàn)裝置和試驗(yàn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種建筑樁基礎(chǔ)和地源熱泵的模型試驗(yàn)，具體地說(shuō)是一種能量樁一土荷載、溫度傳遞機(jī)理模型試驗(yàn)裝置和試驗(yàn)方法，特別是涉及一種可視化能量樁一土荷載、溫度傳遞機(jī)理模型試驗(yàn)裝置和試驗(yàn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]地源熱泵技術(shù)，是利用地下的土壤、地表水、地下水等溫度相對(duì)穩(wěn)定的特性，通過(guò)消耗少量電能，在冬天把低位熱源中的熱量轉(zhuǎn)移到需要供熱或加溫的地方，在夏天將室內(nèi)的余熱轉(zhuǎn)移到低位熱源中，達(dá)到降溫或制冷的目的。直接將換熱管埋于建筑物的混凝土樁基中稱作能量樁，它可以有效解決專門埋管的施工步驟和地埋管占用地下空間等問(wèn)題，從而大大節(jié)省工程造價(jià)，近年來(lái)逐漸得到工程技術(shù)人員的關(guān)注。但是，如何確定冷熱循環(huán)作用下樁一土之間能量傳遞規(guī)律，及其溫度對(duì)樁基承載力的影響規(guī)律，是直接影響能量樁技術(shù)推廣應(yīng)用的關(guān)鍵。
[0003]文獻(xiàn)I《能量樁換熱管不同埋設(shè)方式儲(chǔ)熱模擬研究》(趙嵩穎，等.建筑節(jié)能，2012，40(11): 66-67,74.)、文獻(xiàn)2《地源熱泵樁基與鉆孔埋管換熱器換熱性能比較》(桂樹強(qiáng)，等.土木建筑與環(huán)境工程，2013，35(3): 151-156.)基于數(shù)值模擬軟件，分析了能量樁樁一土之間能量傳遞規(guī)律。該方法可以揭示樁基溫度變化情況下，樁周土體溫度場(chǎng)的變化規(guī)律；但是基于數(shù)值模擬軟件的分析方法，往往由于受限于土體參數(shù)及材料本構(gòu)模型的選擇、樁一土接觸面形式的設(shè)置、以及數(shù)值模型準(zhǔn)確性與可靠性驗(yàn)證等因素影響而無(wú)法真實(shí)可靠的分析溫度變化對(duì)樁基承載力的影響規(guī)律。
[0004]文獻(xiàn)3《螺旋埋管地?zé)釗Q熱器的線圈熱源模型及其解析》(李新，等.熱能動(dòng)力工程，2011，26(4): 475-479.)、文獻(xiàn)4《地埋管換熱器和能量樁傳熱性能研究》(張正威，等.第21屆全國(guó)結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)會(huì)議[C].2012,pp: 76-86.)基于理論分析方法，建立了樁一土傳熱理論計(jì)算模型。該方法可以揭示樁一土能量傳遞規(guī)律；但是基于理論模型的分析方法，往往由于邊界面假定、理論模型基本假設(shè)等因素影響而無(wú)法考慮復(fù)雜的真實(shí)地質(zhì)情況下的樁一土之間能量傳遞規(guī)律。
[0005]文獻(xiàn)5《地下連續(xù)墻內(nèi)埋管換熱器傳熱性能的試驗(yàn)研究》(孫猛，等.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2012，41 (2): 225-230.)基于上海自然博物館地下連續(xù)墻內(nèi)埋管的傳熱性能進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究，分析了埋管布置形式、循環(huán)水流速、進(jìn)水溫度和運(yùn)行模式對(duì)換熱效果的影響。該方法可以真實(shí)的測(cè)得溫度影響下樁一土之間能量傳遞規(guī)律，以及溫度影響下樁基承載力值；但是，常規(guī)的試驗(yàn)條件下樁身軸力、樁體溫度以及樁周土體溫度都是點(diǎn)式、埋入式的，而且現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)費(fèi)用昂貴；由于地質(zhì)條件的差異，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)所得到的結(jié)果，可推廣性小。
[0006]全氟環(huán)狀聚合物，英文名為Cytop，產(chǎn)品形狀不規(guī)則，由日本旭硝子公司(網(wǎng)址http://www.agcce.eu.com/Cytop.asp)研發(fā)和生產(chǎn),其折射率為1.34,透光率為95 % ,容重為2.03g/ cm 3，吸水性< 0.01 %，線膨脹系數(shù)7.4X 10?5 cm / cm /°C。主要應(yīng)用于半導(dǎo)體制造中的保護(hù)膜涂料，通訊光纖等方面。[0007]冰晶石(Cryolite)是一種礦物，化學(xué)名為六氟鋁酸鈉(Na3AlF6),單斜晶系，柱狀晶體或塊狀體，無(wú)氣味，易吸水受潮，熔點(diǎn)1009°C，摩氏硬度2.5，密度2.97 g /cm3?3.0g/cm3，折射率1.338?1.339，雙折射率0.001，正光性，色散值0.024，玻璃光澤至油脂光澤，透明，無(wú)色、白色、褐色或紅色，產(chǎn)于侵入片麻巖的花崗巖及偉晶巖脈中，主要產(chǎn)地為格陵蘭，可用氫氟酸法、氟硅酸法、碳酸化法等方法人工合成。主要用作鋁電解的助熔劑；也用作研磨產(chǎn)品的耐磨添加劑，可以有效提高砂輪耐磨，切，削力，延長(zhǎng)砂輪使用壽命和存儲(chǔ)時(shí)間；鐵合金及沸騰鋼的熔劑，有色金屬熔劑，鑄造的脫氧劑，鏈烯烴聚合催化劑，以及用于玻璃抗反射涂層，搪瓷的乳化劑，玻璃的乳白劑，焊材的助熔劑陶瓷業(yè)的填充劑，農(nóng)藥的殺蟲劑等行業(yè)企業(yè)。
[0008]氟化鈣，化學(xué)式為CaF2，俗稱螢石或氟石，透明度高，無(wú)色結(jié)晶或白色粉末，難溶于水，微溶于無(wú)機(jī)酸，熔點(diǎn)1402°C，沸點(diǎn)2497°C，折射率為1.434，密度3.18g/cm3?？捎锰妓徕}或氫氧化鈣用氫氟酸溶解，將所得溶液濃縮，或向鈣鹽水溶液中加入氟離子，得到氟化鈣的膠狀沉淀，經(jīng)精制可得。實(shí)驗(yàn)室一般用碳酸鈣與氫氟酸作用或用濃鹽酸和氫氟酸反復(fù)處理螢石粉來(lái)制備氟化鈣。主要用于冶金、化工和建材三大行業(yè)，其次用于輕工、光學(xué)、雕刻和國(guó)防工業(yè)。
[0009]由于全氟環(huán)狀聚合物顆粒、冰晶石顆粒、氟化鈣顆粒具有高透明度，高透光率、低折射率等特點(diǎn)，且其顆粒物理力學(xué)性質(zhì)與天然土顆粒的物理力學(xué)性質(zhì)相似，因此，可以在配制透明土中用作透明固體材料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明的目的是提供一種可視化能量樁一土荷載、溫度傳遞機(jī)理模型試驗(yàn)裝置和試驗(yàn)方法，它能更合理、可靠的分析冷熱循環(huán)作用下能量樁樁一土傳熱機(jī)理，樁周土體溫度場(chǎng)的變化規(guī)律，以及溫度影響下樁基承載力的變化規(guī)律，使之達(dá)到實(shí)際工程應(yīng)用中對(duì)樁一土相互作用機(jī)理的要求。
[0011]本發(fā)明是采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)其發(fā)明目的的，一種能量樁一土荷載、溫度傳遞機(jī)理模型試驗(yàn)裝置，它包括透明模型槽，透明模型槽內(nèi)設(shè)有埋設(shè)在模擬樁周土、樁端土的透明土中的透明能量樁，所述透明能量樁為空心，樁底封閉，透明能量樁內(nèi)布置有傳熱管，所述傳熱管與冷熱循環(huán)機(jī)構(gòu)聯(lián)接；透明能量樁樁側(cè)埋設(shè)有測(cè)量透明能量樁樁體軸力變形和溫度變化的光纖光柵，樁底埋設(shè)有測(cè)量透明能量樁樁底應(yīng)力的土壓力盒，透明模型槽外一側(cè)設(shè)有安裝在移動(dòng)機(jī)構(gòu)上的激光源，透明模型槽外的正視面、俯視面設(shè)有可觀察透明模型槽空間的數(shù)碼相機(jī)，數(shù)碼相機(jī)通過(guò)數(shù)據(jù)線與處理裝置聯(lián)接；激光照射透明模型槽形成透明模型槽的豎向面或水平面的激光切面，由數(shù)碼相機(jī)記錄樁周土體散斑場(chǎng)和透明度，確定冷熱循環(huán)作用下和樁頂荷載作用下透明能量樁樁周土體溫度場(chǎng)和位移場(chǎng)的變化規(guī)律。
[0012]本發(fā)明所述冷熱循環(huán)機(jī)構(gòu)包括恒溫水槽、水泵，傳熱管通過(guò)水泵與恒溫水槽聯(lián)接，使恒溫水槽內(nèi)的恒溫水在傳熱管與恒溫水槽之間循環(huán)流動(dòng)。
[0013]本發(fā)明所述移動(dòng)機(jī)構(gòu)包括底座，底座上設(shè)有支架，支架之間設(shè)有滑桿，所述激光源安裝在支桿上，支桿通過(guò)滑塊安裝在滑桿上；所述激光源可在支桿上豎直移動(dòng)，所述支桿可在滑桿上水平移動(dòng)，使激光源可以在任意位置形成透明模型槽的豎向面或水平面的激光切面。[0014]當(dāng)需制得模擬飽和砂土的透明土?xí)r，本發(fā)明所述透明土它由全氟環(huán)狀聚合物與相同折射率的無(wú)色孔隙液體經(jīng)備料、混配、抽真空步驟配制而成，所述全氟環(huán)狀聚合物為粒徑
0.25IM~2.0 mm的顆粒，其顆粒為不規(guī)則形狀，折射率1.34，密度2.03g/ cm3，透光率95 %，吸水性< 0.01 % ;所述透明土的物理特性為:密度1.53 g/ cm 3~2.0g/ cm 3，重度15kN/m3~20kN/m3，密實(shí)度20 %~80 % ;力學(xué)特性為:內(nèi)摩擦角30。~31。，彈性模量8MPa~50MPa，泊松比0.2~0.45 ;所述的孔隙液體為糖溶液或氯化鈉溶液或酒精溶液或溴化鈣溶液中的一種。
[0015]本發(fā)明所述的全氟環(huán)狀聚合物顆粒0.25111111<粒徑<0.5111111的為10 %~50 % , 0.5mm≤粒徑< 1.0 mm的為10 %~50 % , 1.0 mm≤粒徑< 1.5腿的為10 %~50 % , 1.5腿≤粒徑≤2.0 mm的為10 %~50 %，以重量計(jì),合計(jì)為100 %。
[0016]當(dāng)需制得模擬飽和黏土的透明土?xí)r，本發(fā)明所述透明土它由全氟環(huán)狀聚合物與相同折射率的無(wú)色孔隙液體經(jīng)備料、混配、抽真空、固結(jié)步驟配制而成，所述全氟環(huán)狀聚合物為粒徑< 0.074 mm的顆粒，其顆粒為不規(guī)則形狀，折射率1.34，密度2.03g/ cm 3，透光率95%，吸水性< 0.01 % ;所述透明土的物理特性為:密度1.63g/ cm 3~2.0g/ cm 3，重度16kN/m3~20kN/m3，固結(jié)度OCR值0.8~3 ;力學(xué)特性為:凝聚力IkPa~3kPa，內(nèi)摩擦角19。~22°，彈性模量5MPa~9MPa，泊松比0.20~0.35 ;所述的孔隙液體為糖溶液或氯化鈉溶液或酒精溶液或溴化鈣溶液中的一種。
[0017]當(dāng)需制得模擬飽和砂土的透明土?xí)r，本發(fā)明所述透明土它由冰晶石與相同折射率的無(wú)色孔隙液體經(jīng)備料、混配、抽真空步驟配制而成，所述冰晶石為粒徑0.25 IM~2.0 mm的顆粒，其顆粒為不規(guī)則形狀，折射率1.338~1.339，密度2.97g/ cm 3~3.0g/ cm 3 ;所述透明土的物理特性為:密度1.98g/ cm 3~2.5g/ cm 3，重度19kN/m3~25kN/m3，密實(shí)度20 %~80 % ;力學(xué)特性為:內(nèi)摩擦角34°~35°，彈性模量12MPa~71MPa，泊松比0.2~0.45 ;所述的孔隙液體為糖溶液或氯化鈉溶液或酒精溶液或溴化鈣溶液中的一種。
[0018]本發(fā)明所述的冰晶石顆粒0.25mm;^粒徑<0.5mm的為10 %~50 % ,0.5mm;^粒徑
<1.0 mm的為10 %~50 %，1.0 mm≤粒徑< 1.5腿的為10 %~50 %，1.5 mm≤粒徑≤2.0mm的為10 %~50 %，以重量計(jì)，合計(jì)為100 %。
[0019]當(dāng)需制得模擬飽和黏土的透明土?xí)r，本發(fā)明所述透明土它由冰晶石與相同折射率的無(wú)色孔隙液體經(jīng)備料、混配、抽真空、固結(jié)步驟配制而成，所述冰晶石為粒徑< 0.074 mm的顆粒，其顆粒為不規(guī)則形狀，折射率1.338~1.339，密度2.97 g/ cm 3~3.0g/ cm 3 ;所述透明土的物理特性為:密度1.98g/ cm 3~2.5g/ cm 3，重度20kN/m3~26kN/m3，固結(jié)度OCR值0.8~3 ;力學(xué)特性為:凝聚力IkPa~3kPa，內(nèi)摩擦角22°~26°，彈性模量5MPa~9MPa，泊松比0.20~0.35 ;所述的孔隙液體為糖溶液或氯化鈉溶液或酒精溶液或溴化鈣溶液中的一種。
[0020]當(dāng)需制得模擬飽和砂土的透明土?xí)r，本發(fā)明所述透明土它由氟化鈣與相同折射率的無(wú)色孔隙液體經(jīng)備料、混配、抽真空步驟配制而成，所述氟化鈣為粒徑0.25 IM~2.0 mm的顆粒，其顆粒為不規(guī)則形狀，折射率1.434，密度3.18g/ cm 3 ;所述透明土的物理特性為:密度1.98g/ cm 3~2.5g/ cm 3，重度19kN/m3~25kN/m3，密實(shí)度20 %~80 % ;力學(xué)特性為:內(nèi)摩擦角34。~35。，彈性模量12MPa~7IMPa,泊松比0.2~0.45 ;所述的孔隙液體為糖溶液或氯化鈉溶液或溴化鈣溶液中的一種。[0021]本發(fā)明所述的氟化鈣顆粒0.25mm<粒徑<0.5mm的為10 %~50 %，0.5mm<粒徑
<1.0 mm的為10 %~50 %，1.0 mm≤粒徑< 1.5腿的為10 %~50 %，1.5 mm≤粒徑≤2.0mm的為10 %~50 % ,以重量計(jì)，合計(jì)為100 % ；
當(dāng)需制得模擬飽和黏土的透明土?xí)r，本發(fā)明所述透明土它由氟化鈣與相同折射率的無(wú)色孔隙液體經(jīng)備料、混配、抽真空、固結(jié)步驟配制而成，所述氟化鈣為粒徑< 0.074 mm的顆粒，其顆粒為不規(guī)則形狀，折射率1.434，密度3.18g/ cm 3 ;所述透明土的物理特性為:密度1.98g/ cm 3~2.5g/ cm 3，重度20kN/m3~26kN/m3，固結(jié)度OCR值0.8~3 ;力學(xué)特性為:凝聚力I kPa~3kPa，內(nèi)摩擦角22。~26。，彈性模量5MPa~9MPa，泊松比0.20~0.35 ;所述的孔隙液體為糖溶液或氯化鈉溶液或溴化鈣溶液或正12烷與甘油的混合物中的一種。
[0022]一種能量樁一土荷載、溫度傳遞機(jī)理模型試驗(yàn)方法，它包括以下過(guò)程:
⑴建模:根據(jù)試驗(yàn)要求分別制作透明模型槽和透明能量樁，所述透明能量樁為空心，其樁底封閉，透明能量樁內(nèi)布置有傳熱管，樁側(cè)埋設(shè)有光纖光柵，樁底埋設(shè)有土壓力盒；
⑵安裝:將透明能量樁置入透明模型槽并填入透明土 ；傳熱管與冷熱循環(huán)機(jī)構(gòu)聯(lián)接；透明模型槽外一側(cè)在移動(dòng)機(jī)構(gòu)上安裝好激光源，在透明模型槽外的正視面、俯視面分別安裝數(shù)碼相機(jī)，數(shù)碼相機(jī)通過(guò)數(shù)據(jù)線與處理裝置聯(lián)接；打開激光源，檢查其在透明土體內(nèi)部形成的顆粒切面明亮度，調(diào)整激光角度，使切面垂直入射，通過(guò)透明能量樁中心線；打開數(shù)碼相機(jī)，調(diào)整數(shù)碼相機(jī)鏡頭，使其能涵括整個(gè)試驗(yàn)畫面；
⑶試驗(yàn):根據(jù)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，在透明能量樁樁頂加載，并按照設(shè)計(jì)溫度對(duì)樁體進(jìn)行溫度控制；由數(shù)碼相機(jī)記錄樁周土體散斑場(chǎng)和透明度的變化情況，將記錄數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)線送入處理裝置，并記錄樁側(cè)光纖光柵的變形讀數(shù)和溫度讀數(shù)，以及樁端土壓力盒的讀數(shù)；
⑷重復(fù)過(guò)程⑴~過(guò)程⑶，可通過(guò)處理裝置觀測(cè)分析在不同樁周土體特性、不同樁基形式和不同樁體溫度情況下的樁一土傳熱和荷載傳遞機(jī)理，完成能量樁一土荷載、溫度傳遞機(jī)理的模型試驗(yàn)。
[0023]本發(fā)明在過(guò)程⑵中，所述冷熱循環(huán)機(jī)構(gòu)包括恒溫水槽、水泵，傳熱管通過(guò)水泵與恒溫水槽聯(lián)接，使恒溫水2內(nèi)的恒溫水在傳熱管與恒溫水槽之間循環(huán)流動(dòng)；所述移動(dòng)機(jī)構(gòu)包括底座，底座上設(shè)有支架，支架之間設(shè)有滑桿，所述激光源安裝在支桿上，支桿通過(guò)滑塊安裝在滑桿上；所述激光源可在支桿上豎直移動(dòng)，所述支桿可在滑桿上水平移動(dòng)，使激光源可以在任意位置形成透明模型槽的豎向面或水平面的激光切面。
[0024]當(dāng)需制得模擬飽和砂土的透明土?xí)r，本發(fā)明在過(guò)程⑵中，所述填入透明土包括備料、混配、抽真空步驟:
所述備料為選擇粒徑為0.25 mm~2.0 mm的全氟環(huán)狀聚合物顆粒，其顆粒為不規(guī)則形狀，清洗雜質(zhì)并烘干，所述全氟環(huán)狀聚合物折射率1.34，密度2.03g/ cm 3，透光率95 %，吸水性<0.01 % ;選擇無(wú)色孔隙液體，調(diào)節(jié)溶液濃度，使孔隙液體的折射率與全氟環(huán)狀聚合物的折射率一致；所述的孔隙液體為糖溶液或氯化鈉溶液或酒精溶液或溴化鈣溶液中的一種；
所述的全氟環(huán)狀聚合物顆粒0.25 mm<粒徑< 0.5 mm的為10 %~50 %，0.5 mm<粒徑
<1.0 mm的為10 %~50 %，1.0 mm≤粒徑< 1.5腿的為10 %~50 %，1.5 mm≤粒徑≤2.0mm的為10 %~50 % ,以重量計(jì)，合計(jì)為100 % ；
所述混配為根據(jù)試驗(yàn)條件與試樣的尺寸大小計(jì)算確定全氟環(huán)狀聚合物顆粒和孔隙液體的用量，先將全氟環(huán)狀聚合物顆粒分層填入透明模型槽中，并分3~4次擊實(shí)；然后在透明模型槽中注入孔隙液體；
或者先將調(diào)配好的孔隙液體裝在透明模型槽中，并將全氟環(huán)狀聚合物顆粒緩慢、均勻、分散地倒入透明模型槽中，傾倒過(guò)程中不斷攪拌排出氣泡，并保持全氟環(huán)狀聚合物顆粒始終在孔隙液體液面以下；
所述抽真空為利用抽真空裝置抽除全氟環(huán)狀聚合物顆粒之間的氣泡，利用吸球抽去高出全氟環(huán)狀聚合物顆粒的孔隙液體，制得模擬飽和砂土的透明土，其物理特性為:密度1.538/0113~2.(^/0113，重度151^/1113~201^/1113，密實(shí)度20 % ~80 % ;力學(xué)特性為:內(nèi)摩擦角30。~31。，彈性模量8MPa~50MPa,泊松比0.2~0.45。
[0025]當(dāng)需制得模擬飽和黏土的透明土?xí)r，在過(guò)程⑵中，所述填入透明土包括備料、混配、抽真空、固結(jié)步驟:
所述備料為選擇粒徑≤0.074 mm的全氟環(huán)狀聚合物顆粒，其顆粒為不規(guī)則形狀，清洗雜質(zhì)并烘干，所述全氟環(huán)狀聚合物折射率1.34，密度2.03g/ cm 3，透光率95 %，吸水性<0.01 % ;選擇無(wú)色孔隙液體，調(diào)節(jié)溶液濃度，使孔隙液體的折射率與全氟環(huán)狀聚合物的折射率一致；所述的孔隙液體為糖溶液或氯化鈉溶液或酒精溶液或溴化鈣溶液中的一種；所述混配為根據(jù)試驗(yàn)條件與試樣的尺寸大小計(jì)算確定全氟環(huán)狀聚合物顆粒和孔隙液體的用量，先將全氟環(huán)狀聚合物顆粒分層填入透明模型槽中，并分3~4次擊實(shí)；然后在透明模型槽中注入孔隙液體；
或者先將調(diào)配好的孔隙液體裝在透明模型槽中，并將全氟環(huán)狀聚合物顆粒緩慢、均勻、分散地倒入透明模型槽中，傾倒過(guò)程中不斷攪拌排出氣泡，并保持全氟環(huán)狀聚合物顆粒始終在孔隙液體液面以下；
所述抽真空為利用抽真空裝置抽除全氟環(huán)狀聚合物顆粒之間的氣泡，利用吸球抽去高出全氟環(huán)狀聚合物顆粒的孔隙液體；
所述固結(jié)為在固結(jié)儀中進(jìn)行固結(jié)，制得透明固體材料為全氟環(huán)狀聚合物顆粒，模擬飽和黏土的透明土，其物理特性為:密度1.63g/ cm 3~2.0g/ cm 3，重度16kN/m3~20kN/m3，固結(jié)度OCR值0.8~3 ;力學(xué)特性為:凝聚力IkPa~3kPa，內(nèi)摩擦角19°~22°，彈性模量5MPa ~9MPa,泊松比 0.20 ~0.35。
[0026]當(dāng)需制得模擬飽和砂土的透明土?xí)r，本發(fā)明在過(guò)程⑵中，所述填入透明土包括備料、混配、抽真空步驟:
所述備料為選擇粒徑0.25 mm~2.0 mm的冰晶石顆粒，其顆粒為不規(guī)則形狀，清洗雜質(zhì)并烘干，所述冰晶石折射率1.338~1.339，密度2.97g/ cm 3~3.0g/ cm 3 ;選擇無(wú)色孔隙液體，調(diào)節(jié)溶液濃度，使孔隙液體的折射率與冰晶石的折射率一致；所述的孔隙液體為糖溶液或氯化鈉溶液或酒精溶液或溴化鈣溶液中的一種；
所述的冰晶石顆粒0.25 mm;≤粒徑< 0.5 mm的為10 %~50 % , 0.5 mm;≤粒徑< 1.0 mm的為10 %~50 % , 1.0 mm≤粒徑< 1.5 mm的為10 %~50 % , 1.5 mm≤粒徑≤2.0 mm的為10 %~50 %，以重量計(jì)，合計(jì)為100 % ；
所述混配為根據(jù)試驗(yàn)條件與試樣的尺寸大小計(jì)算確定冰晶石顆粒和孔隙液體的用量，先將冰晶石顆粒分層填入透明模型槽中，并分3~4次擊實(shí)；然后在透明模型槽中注入孔隙液體；或者先將調(diào)配好的孔隙液體裝在容器中，并將冰晶石顆粒緩慢、均勻、分散地倒入容器中，傾倒過(guò)程中不斷攪拌排出氣泡，并保持冰晶石顆粒始終在孔隙液體液面以下；
所述抽真空為利用抽真空裝置抽除冰晶石顆粒之間的氣泡，利用吸球抽去高出冰晶石顆粒的孔隙液體，制得模擬飽和砂土的透明土，其物理特性為:密度1.98 g/cm3~2.5g/cm3，重度19kN/m3~25kN/m3，密實(shí)度20 %~80 % ;力學(xué)特性為:內(nèi)摩擦角34°~35°，彈性模量12MPa~7IMPa,泊松比0.2~0.45。
[0027]當(dāng)需制得模擬飽和黏土的透明土?xí)r，在過(guò)程⑵中，所述填入透明土包括備料、混配、抽真空、固結(jié)步驟:
所述備料為選擇粒徑< 0.074 mm的冰晶石顆粒，其顆粒為不規(guī)則形狀，清洗雜質(zhì)并烘干，所述冰晶石折射率1.338~1.339，密度2.97 g / cm 3~3.0 g/cm3 ;選擇無(wú)色孔隙液體，調(diào)節(jié)溶液濃度，使孔隙液體的折射率與冰晶石的折射率一致；所述的孔隙液體為糖溶液或氯化鈉溶液或酒精溶液或溴化鈣溶液中的一種；
所述混配為根據(jù)試驗(yàn)條件與試樣的尺寸大小計(jì)算確定冰晶石顆粒和孔隙液體的用量，先將冰晶石顆粒分層填入透明模型槽中，并分3~4次擊實(shí)；然后在透明模型槽中注入孔隙液體；
或者先將調(diào)配好的孔隙液體裝在透明模型槽中，并將冰晶石顆粒緩慢、均勻、分散地倒入透明模型槽中，傾倒過(guò)程中不斷攪拌排出氣泡，并保持冰晶石顆粒始終在孔隙液體液面以下； 所述抽真空為利用抽真空裝置抽除冰晶石顆粒之間的氣泡，利用吸球抽去高出冰晶石顆粒的孔隙液體；
所述固結(jié)為在固結(jié)儀中進(jìn)行固結(jié)，制得模擬飽和黏土的透明土，其物理特性為:密度1.98g/ cm 3~2.5g/ cm 3，重度20kN/m3~26kN/m3，固結(jié)度OCR值0.8~3 ;力學(xué)特性為:凝聚力IkPa~3kPa，內(nèi)摩擦角22。~26。，彈性模量5MPa~9MPa，泊松比0.20~0.35。
[0028]當(dāng)需制得模擬飽和砂土的透明土?xí)r，本發(fā)明在過(guò)程⑵中，所述填入透明土包括備料、混配、抽真空步驟:
所述備料為選擇粒徑為0.25 mm~2.0 mm的氟化鈣顆粒，其顆粒為不規(guī)則形狀，清洗雜質(zhì)并烘干，所述氟化鈣折射率1.434，密度3.18g/ cm 3 ;選擇無(wú)色孔隙液體，調(diào)節(jié)溶液濃度，使孔隙液體的折射率與氟化鈣的折射率一致；所述的孔隙液體為糖溶液或氯化鈉溶液或溴化鈣溶液中的一種；
所述的氟化鈣顆粒0.25 mm<粒徑< 0.5 mm的為10 %~50 %，0.5 mm<粒徑< 1.0 mm的為10 %~50 % , 1.0 mm;^粒徑< 1.5 mm的為10 %~50 % , 1.5 mm;^粒徑≤2.0 mm的為10 %~50 %，以重量計(jì)，合計(jì)為100 % ；
所述混配為根據(jù)試驗(yàn)條件與試樣的尺寸大小計(jì)算確定氟化鈣顆粒和孔隙液體的用量，先將氟化鈣顆粒分層填入透明模型槽中，并分3~4次擊實(shí)；然后在透明模型槽中注入孔隙液體；
或者先將調(diào)配好的孔隙液體裝在容器中，并將氟化鈣顆粒緩慢、均勻、分散地倒入容器中，傾倒過(guò)程中不斷攪拌排出氣泡，并保持氟化鈣顆粒始終在孔隙液體液面以下；
所述抽真空為利用抽真空裝置抽除氟化鈣顆粒之間的氣泡，利用吸球抽去高出氟化鈣顆粒的孔隙液體，制得模擬飽和砂土的透明土，其物理特性為:密度1.98 g/cm3~2.5g/cm3，重度19kN/m3?25kN/m3，密實(shí)度20 %?80 % ;力學(xué)特性為:內(nèi)摩擦角34°?35°，彈性模量12MPa?7IMPa,泊松比0.2?0.45。
[0029]當(dāng)需制得模擬飽和黏土的透明土?xí)r，在過(guò)程⑵中，所述填入透明土包括備料、混配、抽真空、固結(jié)步驟:
所述備料為選擇粒徑< 0.074 mm的氟化鈣顆粒，其顆粒為不規(guī)則形狀，清洗雜質(zhì)并烘干，所述氟化鈣折射率1.434，透光率95 %，容重3.18g/ cm 3 ;選擇無(wú)色孔隙液體，調(diào)節(jié)溶液濃度，使孔隙液體的折射率與氟化鈣的折射率一致；所述的孔隙液體為糖溶液或氯化鈉溶液或溴化鈣溶液或正12烷與甘油的混合物中的一種；
所述混配為根據(jù)試驗(yàn)條件與試樣的尺寸大小計(jì)算確定氟化鈣顆粒和孔隙液體的用量，先將氟化鈣顆粒分層填入透明模型槽中，并分3?4次擊實(shí)；然后在透明模型槽中注入孔隙液體；
或者先將調(diào)配好的孔隙液體裝在容器中，并將氟化鈣顆粒緩慢、均勻、分散地倒入容器中，傾倒過(guò)程中不斷攪拌排出氣泡，并保持氟化鈣顆粒始終在孔隙液體液面以下；
所述抽真空為利用抽真空裝置抽除氟化鈣顆粒之間的氣泡，利用吸球抽去高出氟化鈣顆粒的孔隙液體；
所述固結(jié)為在固結(jié)儀中進(jìn)行固結(jié)，制得模擬飽和黏土的透明土，其物理特性為:密度1.98g/ cm 3?2.5g/ cm 3，重度20kN/m3?26kN/m3，固結(jié)度OCR值0.8?3 ;力學(xué)特性為:凝聚力I kPa?3kPa，內(nèi)摩擦角22。?26。，彈性模量5MPa?9MPa，泊松比0.20?0.35。
[0030]由于采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明較好的實(shí)現(xiàn)了發(fā)明目的，試驗(yàn)方法可行，配制的透明土透明度高，與天然土土體性質(zhì)的相似性好；試驗(yàn)裝置操作簡(jiǎn)便，易于實(shí)現(xiàn)，可重復(fù)性強(qiáng)；可用來(lái)模擬復(fù)雜的地質(zhì)條件，提高人們對(duì)巖土工程問(wèn)題本質(zhì)的認(rèn)識(shí)，特別是探索能量樁一土傳熱機(jī)理及荷載傳遞機(jī)理具有重要意義。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0031]圖1是本發(fā)明試驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是本發(fā)明試驗(yàn)裝置移動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0032]下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0033]實(shí)施例1:(透明固體材料為全氟環(huán)狀聚合物)
由圖1、圖2可知，一種能量樁一土荷載、溫度傳遞機(jī)理模型試驗(yàn)裝置，它包括透明模型槽1，透明模型槽I內(nèi)設(shè)有埋設(shè)在模擬樁周土 2、樁端土 3的透明土中的透明能量樁9，所述透明能量樁9為空心，樁底封閉，透明能量樁9內(nèi)布置有傳熱管10，所述傳熱管10與冷熱循環(huán)機(jī)構(gòu)聯(lián)接；透明能量樁9樁側(cè)埋設(shè)有測(cè)量透明能量樁9樁體軸力變形和溫度變化的光纖光柵14，樁底埋設(shè)有測(cè)量透明能量樁9樁底應(yīng)力的土壓力盒15，透明模型槽I外一側(cè)設(shè)有安裝在移動(dòng)機(jī)構(gòu)上的激光源，透明模型槽I外的正視面、俯視面設(shè)有可觀察透明模型槽I空間的數(shù)碼相機(jī)6，數(shù)碼相機(jī)6通過(guò)數(shù)據(jù)線與處理裝置8聯(lián)接；激光照射透明模型槽I形成透明模型槽I的豎向面或水平面的激光切面，由數(shù)碼相機(jī)6記錄樁周土體散斑場(chǎng)16和透明度，確定冷熱循環(huán)作用下和樁頂荷載作用下透明能量樁9樁周土體溫度場(chǎng)和位移場(chǎng)的變化規(guī)律。
[0034]本發(fā)明所述冷熱循環(huán)機(jī)構(gòu)包括恒溫水槽12、水泵11，傳熱管10通過(guò)水泵11與恒溫水槽12聯(lián)接，使恒溫水槽12內(nèi)的恒溫水13在傳熱管10與恒溫水槽12之間循環(huán)流動(dòng)；所述的恒溫水13由加熱設(shè)備或者制冷設(shè)備控制恒溫水槽12內(nèi)水的溫度，與水泵11連接的傳熱管10在進(jìn)水端和出水端位置安裝有溫度計(jì)20。
[0035]本發(fā)明所述移動(dòng)機(jī)構(gòu)包括底座18，底座18上設(shè)有支架17，支架17之間設(shè)有滑桿，所述激光源安裝在支桿7上，支桿7通過(guò)滑塊19安裝在滑桿上；所述激光源可在支桿7上豎直移動(dòng)，所述支桿7可在滑桿上水平移動(dòng)，使激光源可以在任意位置形成透明模型槽I的豎向面或水平面的激光切面。
[0036]本發(fā)明所述透明模型槽I由透明樹脂玻璃制成，所述能量樁9由有機(jī)玻璃材料制成，所述傳熱管10為透明塑料管，在能量樁9內(nèi)布置成U型或W型(本實(shí)施例為U型)，所述激光源包括激光器4、線性轉(zhuǎn)化器5，激光器4為內(nèi)腔式氦氖激光器，功率為50mW~500mW(本實(shí)施例為500mW);所述的線性轉(zhuǎn)換器5可以將點(diǎn)光源轉(zhuǎn)化為線性光源，且線性轉(zhuǎn)化器5轉(zhuǎn)化成的線性光源可以旋轉(zhuǎn)方向；
本發(fā)明所述數(shù)碼相機(jī)6為高清高速數(shù)碼相機(jī)，其分辨率為50 w~500w (本實(shí)施例為500w)，幀曝光，幀數(shù)2 5，曝光時(shí)間10μ8~IOs (本實(shí)施例為10μ8)ο
[0037]當(dāng)需制得模擬飽和砂土的透明土?xí)r，本發(fā)明所述透明土它由全氟環(huán)狀聚合物與相同折射率的無(wú)色孔隙液體經(jīng)備料、混配、抽真空步驟配制而成，所述全氟環(huán)狀聚合物為粒徑
0.25 mm~2.0 mm的顆粒，其顆粒為不規(guī)則形狀，折射率1.34，密度2.03g/ cm3，透光率95 %，吸水性< 0.01 % ;所述透明土的物理特性為:密度1.53 g/ cm 3~2.0g/ cm 3，重度15kN/m3~20kN/m3，密實(shí)度20 %~80 % ;力學(xué)特性為:內(nèi)摩擦角30。~31。，彈性模量8MPa~50MPa，泊松比0.2~0.45 ;所述的孔隙液體為糖溶液或氯化鈉溶液或酒精溶液或溴化鈣溶液中的一種。
[0038]本發(fā)明所述的全氟環(huán)狀聚合物顆粒0.25 粒徑< 0.5 mm的為10 %~50 %，0.5mm≤粒徑< 1.0 mm的為10 %~50 % , 1.0 mm≤粒徑< 1.5腿的為10 %~50 % , 1.5腿≤粒徑≤2.0 mm的為10 %~50 %，以重量計(jì),合計(jì)為100 %。
[0039]本實(shí)施例選擇全氟環(huán)狀聚合物顆粒0.25 mm;^粒徑< 0.5 mm的為30 % , 0.5 mm;^粒徑< 1.0 mm的為 30 % , 1.0 mm;^粒徑< 1.5 mm的為 20 % , 1.5 mm;^粒徑≤ 2.0 mm的為 20 %，以重量計(jì)，合計(jì)為100 %，將其混合均勻；孔隙液體為糖溶液，所述的糖為蔗糖。調(diào)制溶液濃度(本實(shí)施例濃度為5 %)，利用阿貝折射儀測(cè)定蔗糖溶液在試驗(yàn)溫度(本實(shí)施例為20°C)下的折射率(本實(shí)施例為1.34)，使其與全氟環(huán)狀聚合物的折射率一致。
[0040]一種能量樁一土荷載、溫度傳遞機(jī)理模型試驗(yàn)方法，它包括以下過(guò)程:
⑴建模:根據(jù)試驗(yàn)要求分別制作透明模型槽I和透明能量樁9，所述透明能量樁9為空心，其樁底封閉，透明能量樁9內(nèi)布置有傳熱管10，樁側(cè)埋設(shè)有光纖光柵14，樁底埋設(shè)有土壓力盒15 ；
⑵安裝:將透明能量樁9置入透明模型槽I并填入透明土 ；傳熱管10與冷熱循環(huán)機(jī)構(gòu)聯(lián)接；透明模型槽I外一側(cè)在移動(dòng)機(jī)構(gòu)上安裝好激光源，在透明模型槽I外的正視面、俯視面分別安裝數(shù)碼相機(jī)6，數(shù)碼相機(jī)6通過(guò)數(shù)據(jù)線與處理裝置8聯(lián)接；打開激光源，檢查其在透明土體內(nèi)部形成的顆粒切面明亮度，調(diào)整激光角度，使切面垂直入射，通過(guò)透明能量樁9中心線；打開數(shù)碼相機(jī)6，調(diào)整數(shù)碼相機(jī)6鏡頭，使其能涵括整個(gè)試驗(yàn)畫面；
本發(fā)明在過(guò)程⑵中，所述冷熱循環(huán)機(jī)構(gòu)包括恒溫水槽12、水泵11，傳熱管10通過(guò)水泵11與恒溫水槽12聯(lián)接，使恒溫水槽12內(nèi)的水在傳熱管10與恒溫水槽12之間循環(huán)流動(dòng)；所述的恒溫水13由加熱設(shè)備或者制冷設(shè)備控制恒溫水槽12內(nèi)水的溫度，與水泵11連接的傳熱管10在進(jìn)水端和出水端位置安裝有溫度計(jì)20。
[0041]本發(fā)明所述移動(dòng)機(jī)構(gòu)包括底座18，底座18上設(shè)有支架17，支架17之間設(shè)有滑桿，所述激光源安裝在支桿7上，支桿7通過(guò)滑塊19安裝在滑桿上；所述激光源可在支桿7上豎直移動(dòng)，所述支桿7可在滑桿上水平移動(dòng)，使激光源可以在任意位置形成透明模型槽I的豎向面或水平面的激光切面。
[0042]本發(fā)明所述透明模型槽I由透明樹脂玻璃制成，所述能量樁9由有機(jī)玻璃材料制成，所述傳熱管10為透明塑料管，在能量樁9內(nèi)布置成U型或W型(本實(shí)施例為U型)，所述激光源包括激光器4、線性轉(zhuǎn)化器5，激光器4為內(nèi)腔式氦氖激光器，功率為50mW~500mW(本實(shí)施例為500mW);所述的線性轉(zhuǎn)換器5可以將點(diǎn)光源轉(zhuǎn)化為線性光源，且線性轉(zhuǎn)化器5轉(zhuǎn)化成的線性光源可以旋轉(zhuǎn)方向；
本發(fā)明所述數(shù)碼相機(jī)6為高清高速數(shù)碼相機(jī)，其分辨率為50 w~500w (本實(shí)施例為500w)，幀曝光，幀數(shù)25，曝光時(shí)間10μ8 ~ IOs (本實(shí)施例為10μ8)ο
[0043]當(dāng)需制得模擬飽和砂土的透明土?xí)r，本發(fā)明在過(guò)程⑵中，所述填入透明土包括備料、混配、抽真空步驟: 所述備料為選擇粒徑為0.25 mm~2.0 mm的全氟環(huán)狀聚合物顆粒，其顆粒為不規(guī)則形狀，清洗雜質(zhì)并烘干，所述全氟環(huán)狀聚合物折射率1.34，密度2.03g/ cm 3，透光率95 %，吸水性<0.01 % ;選擇無(wú)色孔隙液體，調(diào)節(jié)溶液濃度，使孔隙液體的折射率與全氟環(huán)狀聚合物的折射率一致；所述的孔隙液體為糖溶液或氯化鈉溶液或酒精溶液或溴化鈣溶液中的一種；
所述的全氟環(huán)狀聚合物顆粒0.25 mm<粒徑< 0.5 mm的為10 %~50 %，0.5 mm<粒徑
<1.0 mm的為10 %~50 %，1.0 mm≤粒徑< 1.5腿的為10 %~50 %，1.5 mm≤粒徑≤2.0mm的為10 %~50 % ,以重量計(jì)，合計(jì)為100 % ；
本實(shí)施例選擇全氟環(huán)狀聚合物顆粒0.25 mm;^粒徑< 0.5 mm的為30 % , 0.5 mm;^粒徑
<1.0 mm的為 30 % , 1.0 mm≤粒徑< 1.5 mm的為 20 % , 1.5 mm;^粒徑≤ 2.0 mm的為 20 %，以重量計(jì)，合計(jì)為100 %，將其混合均勻；孔隙液體為糖溶液，所述的糖為蔗糖。調(diào)制溶液濃度(本實(shí)施例濃度為5 %)，利用阿貝折射儀測(cè)定蔗糖溶液在試驗(yàn)溫度(本實(shí)施例為20°C)下的折射率(本實(shí)施例為1.34)，使其與全氟環(huán)狀聚合物的折射率一致。
[0044]所述混配為根據(jù)試驗(yàn)條件與試樣的尺寸大小計(jì)算確定全氟環(huán)狀聚合物顆粒和孔隙液體的用量，先將全氟環(huán)狀聚合物顆粒分層填入透明模型槽I中，并分3~4次擊實(shí)；然后在透明模型槽I中注入孔隙液體；
本實(shí)施例在透明模型槽I中填入一定量后，對(duì)全氟環(huán)狀聚合物顆粒進(jìn)行預(yù)壓；分3次擊實(shí)，控制試樣的密實(shí)度為30 % ;然后在透明模型槽I中注入孔隙液體，靜置24小時(shí)；
所述抽真空為利用抽真空裝置抽除全氟環(huán)狀聚合物顆粒之間的氣泡，利用吸球抽去高出全氟環(huán)狀聚合物顆粒的孔隙液體，制得模擬飽和砂土的透明土，其物理特性為:密度1.538/0113~2.(^/0113，重度151^/1113~201^/1113，密實(shí)度20 % ~80 % ;力學(xué)特性為:內(nèi)摩擦角30。~31。，彈性模量8MPa~50MPa,泊松比0.2~0.45。
[0045]本實(shí)施例所制透明土的物理特性為:密度1.53g/ cm3，重度15kN/m3，密實(shí)度30 % ；力學(xué)特性為:內(nèi)摩擦角30°，彈性模量8 MPa,泊松比0.4。
[0046]⑶試驗(yàn):根據(jù)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，在透明能量樁9樁頂加載，并按照設(shè)計(jì)溫度對(duì)樁體進(jìn)行溫度控制；由數(shù)碼相機(jī)6記錄樁周土體散斑場(chǎng)16和透明度的變化情況，將記錄數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)線送入處理裝置8，并記錄樁側(cè)光纖光柵14的變形讀數(shù)和溫度讀數(shù)，以及樁端土壓力盒15的讀數(shù)；
所述激光器4和線性轉(zhuǎn)化器5可在支桿7上豎直移動(dòng)，所述支桿7可在滑桿上水平移動(dòng)；這樣，使激光源可以在透明模型槽I的任意位置形成透明模型槽I的豎向面或水平面的激光切面。
[0047]當(dāng)激光照射透明模型槽I形成透明模型槽I的豎向面的激光切面時(shí)，由安裝在透明模型槽I正視面的數(shù)碼相機(jī)6記錄；當(dāng)激光照射透明模型槽I形成透明模型槽I的水平面的激光切面時(shí)，由安裝在透明模型槽I俯視面的數(shù)碼相機(jī)6記錄。
[0048]試驗(yàn)中，利用PIV技術(shù)(Particle Image Velocimetry粒子圖像測(cè)速法)結(jié)合圖像處理軟件PIVview2C對(duì)數(shù)碼相機(jī)6采集的圖片資料進(jìn)行處理。
[0049]⑷重復(fù)過(guò)程⑴~過(guò)程⑶，可通過(guò)處理裝置8觀測(cè)分析在不同樁周土體特性、不同樁基形式和不同樁體溫度情況下的樁一土傳熱和荷載傳遞機(jī)理，完成能量樁一土荷載、溫度傳遞機(jī)理的模型試驗(yàn)。 [0050]實(shí)施例2:(透明固體材料為全氟環(huán)狀聚合物)
在過(guò)程⑵中，選擇全氟環(huán)狀聚合物顆粒0.25 粒徑< 0.5 mm的為10 % , 0.5 粒徑< 1.0 mm的為 30 % , 1.0 mm;^粒徑< 1.5 mm的為 30 % , 1.5 mm;^粒徑≤ 2.0 mm的為 30 %，以重量計(jì)，合計(jì)為100 %，將其混合均勻；所述孔隙液體為氯化鈉溶液，其濃度為5 % ；混配時(shí)，先將調(diào)配好的孔隙液體裝在透明模型槽I中，并將全氟環(huán)狀聚合物顆粒緩慢、均勻、分散地倒入透明模型槽I中，傾倒過(guò)程中不斷攪拌排出氣泡，并保持全氟環(huán)狀聚合物顆粒始終在孔隙液體液面以下；
本實(shí)施例所制透明土的物理特性為:密度1.65g/ cm 3，重度17kN/m3，密實(shí)度40 % ;力學(xué)特性為:內(nèi)摩擦角31。，彈性模量20MPa,泊松比0.25。
[0051]余同實(shí)施例1。
[0052]實(shí)施例3:(透明固體材料為全氟環(huán)狀聚合物)
在過(guò)程⑵中，選擇全氟環(huán)狀聚合物顆粒0.25 粒徑< 0.5 mm的為10 % , 0.5 粒徑< 1.0 mm的為 40 % , 1.0 mm;^粒徑< 1.5 mm的為 35 % , 1.5 mm;^粒徑≤ 2.0 mm的為 15 %，以重量計(jì)，合計(jì)為100 %，將其混合均勻；所述孔隙液體為酒精溶液，其濃度為15 % ；混配時(shí)，控制試樣其密實(shí)度為40 %。
[0053]本實(shí)施例所制透明土的物理特性為:密度1.83 g/ cm 3，重度17.5kN/m3,密實(shí)度40% ;力學(xué)特性為:內(nèi)摩擦角31°，彈性模量15MPa，泊松比0.32。
[0054]余同實(shí)施例1。
[0055]實(shí)施例4:(透明固體材料為全氟環(huán)狀聚合物)
當(dāng)需制得模擬飽和黏土的透明土?xí)r，本發(fā)明所述透明土它由全氟環(huán)狀聚合物與相同折射率的無(wú)色孔隙液體經(jīng)備料、混配、抽真空、固結(jié)步驟配制而成，所述全氟環(huán)狀聚合物為粒徑< 0.074 mm的顆粒，其顆粒為不規(guī)則形狀，折射率1.34，密度2.03g/ cm 3，透光率95 %，吸水性< 0.01 % ;所述透明土的物理特性為:密度1.63g/ cm 3?2.0g/ cm 3，重度16kN/m3?20kN/m3，固結(jié)度OCR值0.8?3 ;力學(xué)特性為:凝聚力IkPa?3kPa，內(nèi)摩擦角19°?22。，彈性模量5MPa?9MPa，泊松比0.20?0.35 ;所述的孔隙液體為糖溶液或氯化鈉溶液或酒精溶液或溴化鈣溶液中的一種。
[0056]本實(shí)施例選擇粒徑< 0.074 mm的全氟環(huán)狀聚合物顆粒；孔隙液體為糖溶液，所述的糖為蔗糖。調(diào)制溶液濃度(本實(shí)施例濃度為5 %)，利用阿貝折射儀測(cè)定蔗糖溶液在試驗(yàn)溫度(本實(shí)施例為20°C)下的折射率(本實(shí)施例為1.34)，使其與全氟環(huán)狀聚合物的折射率一致。
[0057]當(dāng)需制得模擬飽和黏土的透明土?xí)r，在過(guò)程⑵中，所述填入透明土包括備料、混配、抽真空、固結(jié)步驟:
所述備料為選擇粒徑< 0.074 mm的全氟環(huán)狀聚合物顆粒，其顆粒為不規(guī)則形狀，清洗雜質(zhì)并烘干，所述全氟環(huán)狀聚合物折射率1.34，密度2.03g/ cm 3，透光率95 %，吸水性<0.01 % ;選擇無(wú)色孔隙液體，調(diào)節(jié)溶液濃度，使孔隙液體的折射率與全氟環(huán)狀聚合物的折射率一致；所述的孔隙液體為糖溶液或氯化鈉溶液或酒精溶液或溴化鈣溶液中的一種；本實(shí)施例選擇粒徑< 0.074 mm的全氟環(huán)狀聚合物顆粒；孔隙液體為糖溶液，所述的糖為蔗糖。調(diào)制溶液濃度(本實(shí)施例濃度為5 %)，利用阿貝折射儀測(cè)定蔗糖溶液在試驗(yàn)溫度(本實(shí)施例為20°C)下的折射率(本實(shí)施例為1.34)，使其與全氟環(huán)狀聚合物的折射率一致。
[0058]所述混配為根據(jù)試驗(yàn)條件與試樣的尺寸大小計(jì)算確定全氟環(huán)狀聚合物顆粒和孔隙液體的用量，先將全氟環(huán)狀聚合物顆粒分層填入透明模型槽I中，并分3?4次擊實(shí)；然后在透明模型槽I中注入孔隙液體；
本實(shí)施例在透明模型槽I中填入一定量后，對(duì)全氟環(huán)狀聚合物顆粒進(jìn)行預(yù)壓；分3次擊實(shí)，以控制試樣的密度；然后在透明模型槽I中注入孔隙液體，靜置24小時(shí)；
所述抽真空為利用抽真空裝置抽除全氟環(huán)狀聚合物顆粒之間的氣泡，利用吸球抽去高出全氟環(huán)狀聚合物顆粒的孔隙液體；
所述固結(jié)為在固結(jié)儀中進(jìn)行固結(jié)，制得透明固體材料為全氟環(huán)狀聚合物顆粒，模擬飽和黏土的透明土，其物理特性為:密度1.63g/ cm 3?2.0g/ cm 3，重度16kN/m3?20kN/m3，固結(jié)度OCR值0.8?3 ;力學(xué)特性為:凝聚力IkPa?3kPa，內(nèi)摩擦角19°?22°，彈性模量5MPa ?9MPa,泊松比 0.20 ?0.35。
[0059]本實(shí)施例所制透明土的物理特性為:密度1.73 g/ cm 3，重度17kN/m3，固結(jié)度OCR值2.0 ;力學(xué)特性為:凝聚力3kPa，內(nèi)摩擦角20。，彈性模量9MPa，泊松比0.35。
[0060]余同實(shí)施例1。
[0061]實(shí)施例5:(透明固體材料為全氟環(huán)狀聚合物)
在過(guò)程⑵中，所述孔隙液體為氯化鈉溶液，其濃度為5 % ；
混配時(shí)，先將調(diào)配好的孔隙液體裝在透明模型槽I中，并將全氟環(huán)狀聚合物顆粒緩慢、均勻、分散地倒入透明模型槽I中，傾倒過(guò)程中不斷攪拌排出氣泡，并保持全氟環(huán)狀聚合物顆粒始終在孔隙液體液面以下；
本實(shí)施例所制透明土的物理特性為:密度1.83g/cm3，重度18kN/m3，固結(jié)度OCR值1.0 ;力學(xué)特性為:凝聚力2kPa，內(nèi)摩擦角19。，彈性模量6MPa，泊松比0.35。[0062]余同實(shí)施例1、4。
[0063]實(shí)施例6:(透明固體材料為全氟環(huán)狀聚合物)
在過(guò)程⑵中，所述孔隙液體為溴化鈣溶液，其濃度為3 % ；
本實(shí)施例所制透明土的物理特性為:密度2.0g/ cm 3，重度20kN/m3，固結(jié)度OCR值2 ;力學(xué)特性為:凝聚力3kPa，內(nèi)摩擦角22。，彈性模量9MPa，泊松比0.25。
[0064]余同實(shí)施例1、4。
[0065]實(shí)施例7:(透明固體材料為冰晶石)
當(dāng)需制得模擬飽和砂土的透明土?xí)r，本發(fā)明所述透明土它由冰晶石與相同折射率的無(wú)色孔隙液體經(jīng)備料、混配、抽真空步驟配制而成，所述冰晶石為粒徑0.25 mm~2.0 mm的顆粒，其顆粒為不規(guī)則形狀，折射率1.338~1.339，密度2.97g/ cm 3~3.0g/ cm 3 ;所述透明土的物理特性為:密度1.98g/ cm 3~2.5g/ cm 3，重度19kN/m3~25kN/m3，密實(shí)度20 %~80 % ;力學(xué)特性為:內(nèi)摩擦角34°~35°，彈性模量12MPa~71MPa，泊松比0.2~0.45 ;所述的孔隙液體為糖溶液或氯化鈉溶液或酒精溶液或溴化鈣溶液中的一種。[0066]本發(fā)明所述的冰晶石顆粒0.25mm;^粒徑<0.5 mm的為10 %~50 % ,0.5mm;^粒徑
<1.0 mm的為10 %~50 %，1.0 mm≤粒徑< 1.5腿的為10 %~50 %，1.5 mm≤粒徑≤2.0mm的為10 %~50 %，以重量計(jì)，合計(jì)為100 %。
[0067]本實(shí)施例選擇密度2.97g/ cm 3、折射率1.338的冰晶石顆粒，0.25 mm<粒徑< 0.5mm的為 30 % , 0.5 mm;^粒徑< 1.0 mm的為 30 % , 1.0 mm;^粒徑< 1.5 mm的為 20 % , 1.5 mm^粒徑< 2.0 mm的為20 %，以重量計(jì)，合計(jì)為100 %，將其混合均勻；孔隙液體為糖溶液,所述的糖為蔗糖。調(diào)制溶液濃度(本實(shí)施例濃度為3.5 %)，利用阿貝折射儀測(cè)定蔗糖溶液在試驗(yàn)溫度(本實(shí)施例為20°C)下的折射率(本實(shí)施例為1.338)，使其與冰晶石的折射率一致。
[0068]當(dāng)需制得模擬飽和砂土的透明土?xí)r，本發(fā)明在過(guò)程⑵中，所述填入透明土包括備料、混配、抽真空步驟:
所述備料為選擇粒徑0.25 mm~2.0 mm的冰晶石顆粒，其顆粒為不規(guī)則形狀，清洗雜質(zhì)并烘干，所述冰晶石折射率1.338~1.339，密度2.97g/ cm 3~3.0g/ cm 3 ;選擇無(wú)色孔隙液體，調(diào)節(jié)溶液濃度，使孔隙液體的折射率與冰晶石的折射率一致；所述的孔隙液體為糖溶液或氯化鈉溶液或酒精溶液或溴化鈣溶液中的一種；
所述的冰晶石顆粒0.25 mm;^粒徑< 0.5 mm的為10 %~50 % , 0.5 mm;^粒徑< 1.0 mm的為10 %~50 % , 1.0 mm≤粒徑< 1.5 mm的為10 %~50 % , 1.5 mm;^粒徑≤2.0 mm的為10 %~50 %，以重量計(jì)，合計(jì)為100 % ；
本實(shí)施例選擇密度2.97g/ cm 3、折射率1.338的冰晶石顆粒，0.25 粒徑< 0.5 mm的為 30 % , 0.5 mm;^粒徑< 1.0 mm的為 30 % , 1.0 mm;^粒徑< 1.5 mm的為 20 % , 1.5 mm;^粒徑< 2.0 mm的為20 %，以重量計(jì)，合計(jì)為100 %，將其混合均勻；孔隙液體為糖溶液，所述的糖為蔗糖。調(diào)制溶液濃度(本實(shí)施例濃度為3.5 %)，利用阿貝折射儀測(cè)定蔗糖溶液在試驗(yàn)溫度(本實(shí)施例為20°C)下的折射率(本實(shí)施例為1.338)，使其與冰晶石的折射率一致。
[0069]所述混配為根據(jù)試驗(yàn)條件與試樣的尺寸大小計(jì)算確定冰晶石顆粒和孔隙液體的用量，先將冰晶石顆粒分層填入透明模型槽I中，并分3~4次擊實(shí)；然后在透明模型槽I中注入孔隙液體；
本實(shí)施例在透明模型槽I中填入一定量后，對(duì)冰晶石顆粒進(jìn)行預(yù)壓；分3次擊實(shí)，控制試樣的密實(shí)度為50 % ;然后在透明模型槽I中注入孔隙液體，靜置24小時(shí)；
所述抽真空為利用抽真空裝置抽除冰晶石顆粒之間的氣泡，利用吸球抽去高出冰晶石顆粒的孔隙液體，制得模擬飽和砂土的透明土，其物理特性為:密度1.98 g/cm3~2.5g/cm3，重度19kN/m3~25kN/m3，密實(shí)度20 %~80 % ;力學(xué)特性為:內(nèi)摩擦角34°~35°，彈性模量12MPa~7IMPa,泊松比0.2~0.45。
[0070]本實(shí)施例所制透明土的物理特性為:密度1.98g/ cm3，重度19kN/m3，密實(shí)度50 % ；力學(xué)特性為:內(nèi)摩擦角34。，彈性模量20MPa,泊松比0.4。
[0071]余同實(shí)施例1。
[0072]實(shí)施例8:(透明固體材料為冰晶石)
在過(guò)程⑵中，選擇密度3.0g/cm3、折射率1.339的冰晶石顆粒，0.25mm<粒徑< 0.5 mm的為 10 % , 0.5 mm≤粒徑< 1.0 mm的為 35 %，1.0 mm≤粒徑< 1.5 mm的為 35 %，1.5 mm^粒徑< 2.0 mm的為20 %，以重量計(jì)，合計(jì)為100 %，將其混合均勻；所述孔隙液體為氯化鈉溶液，調(diào)制溶液濃度(本實(shí)施例濃度為4.2 %)，利用阿貝折射儀測(cè)定氯化鈉溶液在試驗(yàn)溫度(本實(shí)施例為20°C)下的折射率(本實(shí)施例為1.339)，使其與冰晶石的折射率一致。
[0073]混配時(shí)，先將調(diào)配好的孔隙液體裝在透明模型槽I中，并將冰晶石顆粒緩慢、均勻、分散地倒入透明模型槽I中，傾倒過(guò)程中不斷攪拌排出氣泡，并保持冰晶石顆粒始終在孔隙液體液面以下；
余同實(shí)施例1、7。
[0074]實(shí)施例9:(透明固體材料為冰晶石)
在過(guò)程⑵中，選擇密度3.0g/cm3、折射率1.338的冰晶石顆粒，0.25mm<粒徑< 0.5 mm的為 25 % , 0.5 mm≤粒徑< 1.0 mm的為 25 %，1.0 mm≤粒徑< 1.5 mm的為 25 %，1.5 mm^粒徑< 2.0 mm的為25 %，以重量計(jì)，合計(jì)為100 %，將其混合均勻；所述孔隙液體為酒精溶液，其濃度為12 % ；
混配時(shí)，控制試樣其密實(shí)度為60 %。
[0075]本實(shí)施例所制透明土的物理特性為:密度2.3g/ cm 3，重度23kN/m3，密實(shí)度60 % ；力學(xué)特性為:內(nèi)摩擦角35。，彈性模量45MPa，泊松比0.35。
[0076]余同實(shí)施例1、7。
[0077]實(shí)施例10:(透明固體材料為冰晶石)
當(dāng)需制得模擬飽和黏土的透明土?xí)r，本發(fā)明所述透明土它由冰晶石與相同折射率的無(wú)色孔隙液體經(jīng)備料、混配、抽真空、固結(jié)步驟配制而成，所述冰晶石為粒徑< 0.074 mm的顆粒，其顆粒為不規(guī)則形狀，折射率1.338~1.339，密度2.97 g/ cm 3~3.0g/ cm 3 ;所述透明土的物理特性為:密度1.98g/ cm 3~2.5g/ cm 3，重度20kN/m3~26kN/m3，固結(jié)度OCR值
0.8~3 ;力學(xué)特性為:凝聚力IkPa~3kPa，內(nèi)摩擦角22。~26。，彈性模量5MPa~9MPa，泊松比0.20~0.35 ;所述的孔隙液體為糖溶液或氯化鈉溶液或酒精溶液或溴化鈣溶液中的一種。
[0078]本實(shí)施例選擇密度2.97g/ cm 3、折射率1.338、粒徑< 0.074 mm的冰晶石顆粒；孔隙液體為糖溶液，所述的糖為蔗糖。調(diào)制溶液濃度(本實(shí)施例濃度為3.5 %)，利用阿貝折射儀測(cè)定蔗糖溶液在試驗(yàn)溫度(本實(shí)施例為20°C)下的折射率(本實(shí)施例為1.338)，使其與冰晶石的折射率一致。[0079]當(dāng)需制得模擬飽和黏土的透明土?xí)r，在過(guò)程⑵中，所述填入透明土包括備料、混配、抽真空、固結(jié)步驟:
所述備料為選擇粒徑< 0.074 mm的冰晶石顆粒，其顆粒為不規(guī)則形狀，清洗雜質(zhì)并烘干，所述冰晶石折射率1.338?1.339，密度2.97 g / cm 3?3.0 g/cm3 ;選擇無(wú)色孔隙液體，調(diào)節(jié)溶液濃度，使孔隙液體的折射率與冰晶石的折射率一致；所述的孔隙液體為糖溶液或氯化鈉溶液或酒精溶液或溴化鈣溶液中的一種；
本實(shí)施例選擇密度2.97g/ cm 3、折射率1.338、粒徑< 0.074 mm的冰晶石顆粒；孔隙液體為糖溶液，所述的糖為蔗糖。調(diào)制溶液濃度(本實(shí)施例濃度為3.5 %)，利用阿貝折射儀測(cè)定蔗糖溶液在試驗(yàn)溫度(本實(shí)施例為20°C)下的折射率(本實(shí)施例為1.338)，使其與冰晶石的折射率一致。
[0080]所述混配為根據(jù)試驗(yàn)條件與試樣的尺寸大小計(jì)算確定冰晶石顆粒和孔隙液體的用量，先將冰晶石顆粒分層填入透明模型槽I中，并分3?4次擊實(shí)；然后在透明模型槽I中注入孔隙液體；
本實(shí)施例在透明模型槽I中填入一定量后，對(duì)冰晶石顆粒進(jìn)行預(yù)壓；分3次擊實(shí)，以控制試樣的密度；然后在透明模型槽I中注入孔隙液體，靜置24小時(shí)；
所述抽真空為利用抽真空裝置抽除冰晶石顆粒之間的氣泡，利用吸球抽去高出冰晶石顆粒的孔隙液體；
所述固結(jié)為在固結(jié)儀中進(jìn)行固結(jié)，制得模擬飽和黏土的透明土，其物理特性為:密度1.98g/ cm 3?2.5g/ cm 3，重度20kN/m3?26kN/m3，固結(jié)度OCR值0.8?3 ;力學(xué)特性為:凝聚力IkPa?3kPa，內(nèi)摩擦角22。?26。，彈性模量5MPa?9MPa，泊松比0.20?0.35。
[0081]本實(shí)施例所制透明土的物理特性為:密度2.0g/ Cm 3，重度21kN/m3，固結(jié)度OCR值
0.8 ;力學(xué)特性為:凝聚力IkPa,內(nèi)摩擦角23。，彈性模量5MPa，泊松比0.30。
[0082]余同實(shí)施例1。
[0083]實(shí)施例11:(透明固體材料為冰晶石)
在過(guò)程⑵中，選擇密度3.0g/ cm 3、折射率1.338、粒徑< 0.074 mm的冰晶石顆粒；所述孔隙液體為氯化鈉溶液，其濃度為4.1 % ;
混配時(shí)，先將調(diào)配好的孔隙液體裝在透明模型槽I中，并將冰晶石顆粒緩慢、均勻、分散地倒入透明模型槽I中，傾倒過(guò)程中不斷攪拌排出氣泡，并保持冰晶石顆粒始終在孔隙液體液面以下；
本實(shí)施例所制透明土的物理特性為:密度2.3g/cm3，重度24kN/m3，固結(jié)度OCR值1.5 ；力學(xué)特性為:凝聚力3kPa，內(nèi)摩擦角23。，彈性模量8MPa，泊松比0.25。
[0084]余同實(shí)施例1、11。
[0085]實(shí)施例12:(透明固體材料為冰晶石)
在過(guò)程⑵中，選擇密度3.0g/ cm 3、折射率1.338、粒徑< 0.074 mm的冰晶石顆粒；所述孔隙液體為溴化鈣溶液，其濃度為I % ;
本實(shí)施例所制透明土的物理特性為:密度2.3g/ cm 3，重度26kN/m3，固結(jié)度OCR值2 ;力學(xué)特性為:凝聚力3kPa，內(nèi)摩擦角6。，彈性模量9MPa，泊松比0.25。
[0086]余同實(shí)施例1、10。
[0087]實(shí)施例13:(透明固體材料為氟化鈣)當(dāng)需制得模擬飽和砂土的透明土?xí)r，本發(fā)明所述透明土它由氟化鈣與相同折射率的無(wú)色孔隙液體經(jīng)備料、混配、抽真空步驟配制而成，所述氟化鈣為粒徑0.25 IM~2.0 mm的顆粒，其顆粒為不規(guī)則形狀，折射率1.434，密度3.18g/ cm 3 ;所述透明土的物理特性為:密度1.98g/cm3~2.5g/cm3，重度19kN/m3~25kN/m3，密實(shí)度20 %~80 % ;力學(xué)特性為:內(nèi)摩擦角34°~35°，彈性模量12MPa~71MPa，泊松比0.2~0.45 ;所述的孔隙液體為糖溶液或氯化鈉溶液或溴化鈣溶液中的一種。
[0088] 本發(fā)明所述的氟化鈣顆粒0.25mm<粒徑<0.5 mm的為10 %~50 %，0.5mm<粒徑
<1.0 mm的為10 %~50 %，1.0 mm^ 粒徑< 1.5腿的為10 %~50 %，1.5 mm≤粒徑≤2.0mm的為10 %~50 % ,以重量計(jì)，合計(jì)為100 % ；
本實(shí)施例選擇氟化鈣顆粒0.25 mm<粒徑< 0.5 mm的為30 % , 0.5 mm<粒徑< 1.0 mm的為20 %，1.0 mm;^粒徑< 1.5 mm的為20 %，1.5 mm;^粒徑^ 2.0 mm的為30 %，以重量計(jì)，合計(jì)為100 %，將其混合均勻；孔隙液體為糖溶液，所述的糖為蔗糖。調(diào)制溶液濃度(本實(shí)施例濃度為56 %)，利用阿貝折射儀測(cè)定蔗糖溶液在試驗(yàn)溫度(本實(shí)施例為20°C)下的折射率(本實(shí)施例為1.434)，使其與氟化鈣的折射率一致。
[0089]當(dāng)需制得模擬飽和砂土的透明土?xí)r，本發(fā)明在過(guò)程⑵中，所述填入透明土包括備料、混配、抽真空步驟:
所述備料為選擇粒徑為0.25 mm~2.0 mm的氟化鈣顆粒，其顆粒為不規(guī)則形狀，清洗雜質(zhì)并烘干，所述氟化鈣折射率1.434，密度3.18g/ cm 3 ;選擇無(wú)色孔隙液體，調(diào)節(jié)溶液濃度，使孔隙液體的折射率與氟化鈣的折射率一致；所述的孔隙液體為糖溶液或氯化鈉溶液或溴化鈣溶液中的一種；
所述的氟化鈣顆粒0.25 mm<粒徑< 0.5 mm的為10 %~50 %，0.5 mm<粒徑< 1.0 mm的為10 %~50 % , 1.0 mm;^粒徑< 1.5 mm的為10 %~50 % , 1.5 mm;^粒徑≤ 2 .0 mm的為10 %~50 %，以重量計(jì)，合計(jì)為100 % ；
本實(shí)施例選擇氟化鈣顆粒0.25 mm<粒徑< 0.5 mm的為30 % , 0.5 mm<粒徑< 1.0 mm的為20 %，1.0 mm;^粒徑< 1.5 mm的為20 %，1.5 mm;^粒徑≤2.0 mm的為30 %，以重量計(jì)，合計(jì)為100 %，將其混合均勻；孔隙液體為糖溶液，所述的糖為蔗糖。調(diào)制溶液濃度(本實(shí)施例濃度為56 %)，利用阿貝折射儀測(cè)定蔗糖溶液在試驗(yàn)溫度(本實(shí)施例為20°C)下的折射率(本實(shí)施例為1.434)，使其與氟化鈣的折射率一致。
[0090]所述混配為根據(jù)試驗(yàn)條件與試樣的尺寸大小計(jì)算確定氟化鈣顆粒和孔隙液體的用量，先將氟化鈣顆粒分層填入透明模型槽I中，并分3~4次擊實(shí)；然后在透明模型槽I中注入孔隙液體；
本實(shí)施例在透明模型槽I中填入一定量后，對(duì)氟化鈣顆粒進(jìn)行預(yù)壓；分3次擊實(shí)，控制試樣的密實(shí)度為30 % ;然后在透明模型槽I中注入孔隙液體，靜置24小時(shí)；
所述抽真空為利用抽真空裝置抽除氟化鈣顆粒之間的氣泡，利用吸球抽去高出氟化鈣顆粒的孔隙液體，制得模擬飽和砂土的透明土，其物理特性為:密度1.98 g/cm3~2.5g/cm3，重度19kN/m3~25kN/m3，密實(shí)度20 %~80 % ;力學(xué)特性為:內(nèi)摩擦角34°~35°，彈性模量12MPa~7IMPa,泊松比0.2~0.45。
[0091]本實(shí)施例所制透明土的物理特性為:密度2.lg/ Cm 3，重度21kN/m3，密實(shí)度30 % ；力學(xué)特性為:內(nèi)摩擦角34°，彈性模量17MPa，泊松比0.35。[0092]余同實(shí)施例1。
[0093]實(shí)施例14:(透明固體材料為氟化鈣)
在過(guò)程⑵中，選擇氟化鈣顆粒0.25 mm<粒徑< 0.5 mm的為20 % , 0.5 mm<粒徑< 1.0mm的為30 % , 1.0 mm;^粒徑< 1.5 mm的為30 % , 1.5 mm;^粒徑≤2.0 mm的為20 % ,以重量計(jì)，合計(jì)為100 %，將其混合均勻；所述孔隙液體為氯化鈉溶液，其濃度為54 % ；
混配時(shí)，先將調(diào)配好的孔隙液體裝在透明模型槽I中，并將氟化鈣顆粒緩慢、均勻、分散地倒入透明模型槽I中，傾倒過(guò)程中不斷攪拌排出氣泡，并保持氟化鈣顆粒始終在孔隙液體液面以下；
本實(shí)施例所制透明土的物理特性為:密度2.0g/ cm 3，重度20kN/m3，密實(shí)度40 % ;力學(xué)特性為:內(nèi)摩擦角34。，彈性模量20MPa,泊松比0.4。
[0094]余同實(shí)施例1、13。
[0095]實(shí)施例15:(透明固體材料為氟化鈣)
在過(guò)程⑵中，選擇氟化鈣顆粒0.25 mm<粒徑< 0.5 mm的為10 % , 0.5 mm<粒徑< 1.0mm的為40 % , 1.0 mm;^粒徑< 1.5 mm的為35 % , 1.5 mm;^粒徑≤2.0 mm的為15 %，以重量計(jì)，合計(jì)為100 %，將其混合均勻；所述孔隙液體為溴化鈣溶液，其濃度為45 % ；
混配時(shí)，控制試樣其密實(shí)度為50 %。
[0096]本實(shí)施例所制透明土的物理特性為:密度1.53g/ cm3，重度15kN/m3，密實(shí)度50 % ；力學(xué)特性為:內(nèi)摩擦角35。，彈性模量25MPa，泊松比0.3。
[0097]余同實(shí)施例1、13。
[0098]實(shí)施例16:(透明固體材料為氟化鈣)
當(dāng)需制得模擬飽和黏土的透明土?xí)r，本發(fā)明所述透明土它由氟化鈣與相同折射率的無(wú)色孔隙液體經(jīng)備料、混配、抽真空、固結(jié)步驟配制而成，所述氟化鈣為粒徑< 0.074 mm的顆粒，其顆粒為不規(guī)則形狀，折射率1.434，密度3.18g/ cm 3 ;所述透明土的物理特性為:密度
1.98g/ cm 3~2.5g/ cm 3，重度20kN/m3~26kN/m3，固結(jié)度OCR值0.8~3 ;力學(xué)特性為:凝聚力I kPa~3kPa，內(nèi)摩擦角22。~26。，彈性模量5MPa~9MPa，泊松比0.20~0.35 ;所述的孔隙液體為糖溶液或氯化鈉溶液或溴化鈣溶液或正12烷與甘油的混合物中的一種。
[0099]本實(shí)施例選擇粒徑≤ 0.074 mm的氟化鈣顆粒；孔隙液體為糖溶液，所述的糖為蔗糖。調(diào)制溶液濃度(本實(shí)施例濃度為56 %)，利用阿貝折射儀測(cè)定蔗糖溶液在試驗(yàn)溫度(本實(shí)施例為20°C)下的折射率(本實(shí)施例為1.434)，使其與氟化鈣的折射率一致。
[0100]當(dāng)需制得模擬飽和黏土的透明土?xí)r，在過(guò)程⑵中，所述填入透明土包括備料、混配、抽真空、固結(jié)步驟:
所述備料為選擇粒徑≤ 0.074 IM的氟化鈣顆粒，其顆粒為不規(guī)則形狀，清洗雜質(zhì)并烘干，所述氟化鈣折射率1.434，透光率95 %，容重3.18g/ cm 3 ;選擇無(wú)色孔隙液體，調(diào)節(jié)溶液濃度，使孔隙液體的折射率與氟化鈣的折射率一致；所述的孔隙液體為糖溶液或氯化鈉溶液或溴化鈣溶液或正12烷與甘油的混合物中的一種；
本實(shí)施例選擇粒徑< 0.074 mm的氟化鈣顆粒；孔隙液體為糖溶液，所述的糖為蔗糖。調(diào)制溶液濃度(本實(shí)施例濃度為56 % )，利用阿貝折射儀測(cè)定蔗糖溶液在試驗(yàn)溫度(本實(shí)施例為20°C)下的折射率(本實(shí)施例為1.434)，使其與氟化鈣的折射率一致。
[0101]所述混配為根據(jù)試驗(yàn)條件與試樣的尺寸大小計(jì)算確定氟化鈣顆粒和孔隙液體的用量，先將氟化鈣顆粒分層填入透明模型槽I中，并分3~4次擊實(shí)；然后在透明模型槽I中注入孔隙液體；
本實(shí)施例在透明模型槽I中填入一定量后，對(duì)氟化鈣顆粒進(jìn)行預(yù)壓；分3次擊實(shí)，以控制試樣的密度；然后在透明模型槽I中注入孔隙液體，靜置24小時(shí)；
所述抽真空為利用抽真空裝置抽除氟化鈣顆粒之間的氣泡，利用吸球抽去高出氟化鈣顆粒的孔隙液體；
所述固結(jié)為在固結(jié)儀中進(jìn)行固結(jié)，制得模擬飽和黏土的透明土，其物理特性為:密度
1.98g/ cm 3~2.5g/ cm 3，重度20kN/m3~26kN/m3，固結(jié)度OCR值0.8~3 ;力學(xué)特性為:凝聚力I kPa~3kPa，內(nèi)摩擦角22。~26。，彈性模量5MPa~9MPa，泊松比0.20~0.35。
[0102]本實(shí)施例所制透明土的物理特性為:密度1.98g/cm3，重度20kN/m3，固結(jié)度OCR值
0.8 ;力學(xué)特性為:凝聚力I kPa，內(nèi)摩擦角22°，彈性模量5MPa，泊松比0.35。
[0103]余同實(shí)施例1。
[0104]實(shí)施例17:(透明固體材料為氟化鈣)
在過(guò)程⑵中，所述孔隙液體為氯化鈉溶液，其濃度為54 % ；
混配時(shí)，先將調(diào)配好的孔隙液體裝在透明模型槽I中，并將氟化鈣顆粒緩慢、均勻、分散地倒入透明模型槽I中，傾倒過(guò)程中不斷攪拌排出氣泡，并保持氟化鈣顆粒始終在孔隙液體液面以下；
本實(shí)施例所制透明土的物理特性為:密度2.3g/cm3，重度23kN/m3，固結(jié)度OCR值1.5 ；力學(xué)特性為:凝聚力2 kPa，內(nèi)摩擦角23。，彈性模量8MPa，泊松比0.30。
[0105]余同實(shí)施例1、16。
[0106]實(shí)施例18:(透明固體材料為氟化鈣)
在過(guò)程⑵中，所述孔隙液體為溴化鈣溶液，其濃度為45 % ；
本實(shí)施例所制透明土的物理特性為:密度2.18/0113，重度211^/1113，固結(jié)度00?值1.0;力學(xué)特性為:凝聚力IkPa,內(nèi)摩擦角22。，彈性模量6MPa，泊松比0.30。
[0107]余同實(shí)施例1、16。
[0108]實(shí)施例19:(透明固體材料為氟化鈣)
在過(guò)程⑵中，所述孔隙液體為正12烷(折射率為1.421)與甘油(折射率為1.473)的混合物，通過(guò)調(diào)整正12烷與甘油的的質(zhì)量比來(lái)改變混合油的折射率，使其與氟化鈣顆粒的折射率一致；本實(shí)施例正12烷與甘油的的質(zhì)量比為1:3 ；
本實(shí)施例所制透明土的物理特性為:密度2.3g/cm3，重度23kN/m3，固結(jié)度OCR值1.5 ；力學(xué)特性為:凝聚力3kPa，內(nèi)摩擦角26。，彈性模量8MPa，泊松比0.35。
[0109]余同實(shí)施例1、16。
【權(quán)利要求】
1.一種能量樁一土荷載、溫度傳遞機(jī)理模型試驗(yàn)裝置，其特征是它包括透明模型槽，透明模型槽內(nèi)設(shè)有埋設(shè)在模擬樁周土、樁端土的透明土中的透明能量樁，所述透明能量樁為空心，樁底封閉，透明能量樁內(nèi)布置有傳熱管，所述傳熱管與冷熱循環(huán)機(jī)構(gòu)聯(lián)接；透明能量樁樁側(cè)埋設(shè)有測(cè)量透明能量樁樁體軸力變形和溫度變化的光纖光柵，樁底埋設(shè)有測(cè)量透明能量樁樁底應(yīng)力的土壓力盒，透明模型槽外一側(cè)設(shè)有安裝在移動(dòng)機(jī)構(gòu)上的激光源，透明模型槽外的正視面、俯視面設(shè)有可觀察透明模型槽空間的數(shù)碼相機(jī)，數(shù)碼相機(jī)通過(guò)數(shù)據(jù)線與處理裝置聯(lián)接；激光照射透明模型槽形成透明模型槽的豎向面或水平面的激光切面，由數(shù)碼相機(jī)記錄樁周土體散斑場(chǎng)和透明度，確定冷熱循環(huán)作用下和樁頂荷載作用下透明能量樁樁周土體溫度場(chǎng)和位移場(chǎng)的變化規(guī)律。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的能量樁一土荷載、溫度傳遞機(jī)理模型試驗(yàn)裝置，其特征是所述冷熱循環(huán)機(jī)構(gòu)包括恒溫水槽、水泵，傳熱管通過(guò)水泵與恒溫水槽聯(lián)接，使恒溫水槽內(nèi)的恒溫水在傳熱管與恒溫水槽之間循環(huán)流動(dòng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的能量樁一土荷載、溫度傳遞機(jī)理模型試驗(yàn)裝置，其特征是所述移動(dòng)機(jī)構(gòu)包括底座，底座上設(shè)有支架，支架之間設(shè)有滑桿，所述激光源安裝在支桿上，支桿通過(guò)滑塊安裝在滑桿上；所述激光源可在支桿上豎直移動(dòng)，所述支桿可在滑桿上水平移動(dòng)，使激光源可以在任意位置形成透明模型槽的豎向面或水平面的激光切面。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的能量樁一土荷載、溫度傳遞機(jī)理模型試驗(yàn)裝置，其特征是所述透明土它由全氟環(huán)狀聚合物與相同折射率的無(wú)色孔隙液體經(jīng)備料、混配、抽真空步驟配制而成，所述全氟環(huán)狀聚合物為粒徑0.25 mm~2.0 mm的顆粒，其顆粒為不規(guī)則形狀，折射率1.34，密度2.03g/ cm 3，透光率95 %，吸水性< 0.01 % ;所述透明土的物理特性為:密度1.53 g/ cm 3~2.0g/ cm 3，重度15kN/m3~20kN/m3，密實(shí)度20 %~80 % ;力學(xué)特性為:內(nèi)摩擦角30。~31°，彈性模量8MPa~50MPa,泊松比0.2~0.45 ;所述的孔隙液體為糖溶液或氯化鈉溶液或酒精溶液或溴化鈣溶液中的一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的能量樁一土荷載、溫度傳遞機(jī)理模型試驗(yàn)裝置，其特征是所述的全氟環(huán)狀聚合物顆粒0.25 mm<粒徑< 0.5 mm的為10 %~50 %，0.5 mm<粒徑< 1.0mm的為10 %~50 % , 1.0 mm;^粒徑< 1.5 mm的為10 %~50 % , 1.5 mm≤粒徑≤2.0 mm的為10 %~50 %，以重量計(jì)，合計(jì)為100 %。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的能量樁一土荷載、溫度傳遞機(jī)理模型試驗(yàn)裝置，其特征是所述透明土它由全氟環(huán)狀聚合物與相同折射率的無(wú)色孔隙液體經(jīng)備料、混配、抽真空、固結(jié)步驟配制而成，所述全氟環(huán)狀聚合物為粒徑< 0.074 mm的顆粒，其顆粒為不規(guī)則形狀，折射率1.34，密度2.03g/ cm 3，透光率95 %，吸水性< 0.01 % ;所述透明土的物理特性為:密度1.63g/cm3~2.0g/cm 3，重度16kN/m3~20kN/m3，固結(jié)度OCR值0.8~3 ;力學(xué)特性為:凝聚力IkPa~3kPa，內(nèi)摩擦角19。~22。，彈性模量5MPa~9MPa，泊松比0.20~0.35 ;所述的孔隙液體為糖溶液或氯化鈉溶液或酒精溶液或溴化鈣溶液中的一種。
7.一種能量樁一土荷載、溫度傳遞機(jī)理模型試驗(yàn)方法，其特征是它包括以下過(guò)程: ⑴建模:根據(jù)試驗(yàn)要求分別制作透明模型槽和透明能量樁，所述透明能量樁為空心，其樁底封閉，透明能量樁內(nèi)布置有傳熱管，樁側(cè)埋設(shè)有光纖光柵，樁底埋設(shè)有土壓力盒； ⑵安裝:將透明能量樁置入透明模型槽并填入透明土 ；傳熱管與冷熱循環(huán)機(jī)構(gòu)聯(lián)接；透明模型槽外一側(cè)在移動(dòng)機(jī)構(gòu)上安裝好激光源，在透明模型槽外的正視面、俯視面分別安裝數(shù)碼相機(jī)，數(shù)碼相機(jī)通過(guò)數(shù)據(jù)線與處理裝置聯(lián)接；打開激光源，檢查其在透明土體內(nèi)部形成的顆粒切面明亮度，調(diào)整激光角度，使切面垂直入射，通過(guò)透明能量樁中心線；打開數(shù)碼相機(jī)，調(diào)整數(shù)碼相機(jī)鏡頭，使其能涵括整個(gè)試驗(yàn)畫面； ⑶試驗(yàn):根據(jù)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，在透明能量樁樁頂加載，并按照設(shè)計(jì)溫度對(duì)樁體進(jìn)行溫度控制；由數(shù)碼相機(jī)記錄樁周土體散斑場(chǎng)和透明度的變化情況，將記錄數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)線送入處理裝置，并記錄樁側(cè)光纖光柵的變形讀數(shù)和溫度讀數(shù)，以及樁端土壓力盒的讀數(shù)； ⑷重復(fù)過(guò)程⑴~過(guò)程⑶，可通過(guò)處理裝置觀測(cè)分析在不同樁周土體特性、不同樁基形式和不同樁體溫度情況下的樁一土傳熱和荷載傳遞機(jī)理，完成能量樁一土荷載、溫度傳遞機(jī)理的模型試驗(yàn)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的能量樁一土荷載、溫度傳遞機(jī)理模型試驗(yàn)方法，其特征是在過(guò)程⑵中，所述冷熱循環(huán)機(jī)構(gòu)包括恒溫水槽、水泵，傳熱管通過(guò)水泵與恒溫水槽聯(lián)接，使恒溫水2內(nèi)的恒溫水在傳熱管與恒溫水槽之間循環(huán)流動(dòng)；所述移動(dòng)機(jī)構(gòu)包括底座，底座上設(shè)有支架，支架之間設(shè)有滑桿，所述激光源安裝在支桿上，支桿通過(guò)滑塊安裝在滑桿上；所述激光源可在支桿上豎直移動(dòng)，所述支桿可在滑桿上水平移動(dòng)，使激光源可以在任意位置形成透明模型槽的豎向面或水平面的激光切面。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的能量樁一土荷載、溫度傳遞機(jī)理模型試驗(yàn)方法，其特征是在過(guò)程⑵中，所述填入透明土包括備料、混配、抽真空步驟: 所述備料為選擇粒徑為0.25 mm~2.0 mm的全氟環(huán)狀聚合物顆粒，其顆粒為不規(guī)則形狀，清洗雜質(zhì)并烘干，所述全氟環(huán)狀聚合物折射率1.34，密度2.03g/ cm 3，透光率95 %，吸水性<0.01 % ;選擇無(wú)色孔隙液體，調(diào)節(jié)溶液濃度，使孔隙液體的折射率與全氟環(huán)狀聚合物的折射率一致；所述的孔隙液體為糖溶液或氯化鈉溶液或酒精溶液或溴化鈣溶液中的一種； 所述的全氟環(huán)狀聚合物顆粒0.25 mm<粒徑< 0.5 mm的為10 %~50 %，0.5 mm<粒徑<1.0 mm的為10 %~50 %，1.0 mm≤粒徑< 1.5腿的為10 %~50 %，1.5 mm≤粒徑≤2.0mm的為10 %~50 % ,以重量計(jì)，合計(jì)為100 % ； 所述混配為根據(jù)試驗(yàn)條件與試樣的尺寸大小計(jì)算確定全氟環(huán)狀聚合物顆粒和孔隙液體的用量，先將全氟環(huán)狀聚合物顆粒分層填入透明模型槽中，并分3~4次擊實(shí)；然后在透明模型槽中注入孔隙液體； 或者先將調(diào)配好的孔隙液體裝在透明模型槽中，并將全氟環(huán)狀聚合物顆粒緩慢、均勻、分散地倒入透明模型槽中，傾倒過(guò)程中不斷攪拌排出氣泡，并保持全氟環(huán)狀聚合物顆粒始終在孔隙液體液面以下； 所述抽真空為利用抽真空裝置抽除全氟環(huán)狀聚合物顆粒之間的氣泡，利用吸球抽去高出全氟環(huán)狀聚合物顆粒的孔隙液體，制得模擬飽和砂土的透明土，其物理特性為:密度1.538/0113~2.(^/0113，重度151^/1113~201^/1113，密實(shí)度20 % ~80 % ;力學(xué)特性為:內(nèi)摩擦角30。~31。，彈性模量8MPa~50MPa,泊松比0.2~0.45。
10.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的能量樁一土荷載、溫度傳遞機(jī)理模型試驗(yàn)方法，其特征是在過(guò)程⑵中，所述填入透明土包括備料、混配、抽真空、固結(jié)步驟: 所述備料為選擇粒徑< 0.074 mm的全氟環(huán)狀聚合物顆粒，其顆粒為不規(guī)則形狀，清洗雜質(zhì)并烘干，所述全氟環(huán)狀聚合物折射率1.34，密度2.03g/ cm 3，透光率95 %，吸水性<0.01 % ;選擇無(wú)色孔隙液體，調(diào)節(jié)溶液濃度，使孔隙液體的折射率與全氟環(huán)狀聚合物的折射率一致；所述的孔隙液體為糖溶液或氯化鈉溶液或酒精溶液或溴化鈣溶液中的一種；所述混配為根據(jù)試驗(yàn)條件與試樣的尺寸大小計(jì)算確定全氟環(huán)狀聚合物顆粒和孔隙液體的用量，先將全氟環(huán)狀聚合物顆粒分層填入透明模型槽中，并分3~4次擊實(shí)；然后在透明模型槽中注入孔隙液體； 或者先將調(diào)配好的孔隙液體裝在透明模型槽中，并將全氟環(huán)狀聚合物顆粒緩慢、均勻、分散地倒入透明模型槽中，傾倒過(guò)程中不斷攪拌排出氣泡，并保持全氟環(huán)狀聚合物顆粒始終在孔隙液體液面以下； 所述抽真空為利用抽真空裝置抽除全氟環(huán)狀聚合物顆粒之間的氣泡，利用吸球抽去高出全氟環(huán)狀聚合物顆粒的孔隙液體； 所述固結(jié)為在固結(jié)儀中進(jìn)行固結(jié)，制得透明固體材料為全氟環(huán)狀聚合物顆粒，模擬飽和黏土的透明土，其物理特性為:密度1.63g/ cm 3~2.0g/ cm 3，重度16kN/m3~20kN/m3，固結(jié)度OCR值0.8~3 ;力學(xué)特性為:凝聚力IkPa~3kPa，內(nèi)摩擦角19°~22°，彈性模量5MPa ~9MPa,泊松比 0.20 ~0.35。
【文檔編號(hào)】G01M99/00GK103926102SQ201410177624
【公開日】2014年7月16日 申請(qǐng)日期:2014年4月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月30日
【發(fā)明者】孔綱強(qiáng) 申請(qǐng)人:湖南城市學(xué)院