[发明专利]氟化钙在配制透明土中的应用及所制的透明土和生产方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种透明土及生产方法，具体地说是一种采用低折射率的透明固体材料和相同折射率的水溶型溶液配制透明土及生产方法，特别是涉及一种氟化钙在配制透明土中的应用及所制的透明土和生产方法。

背景技术

在岩土工程方面的模型试验中，研究土体内部变形规律和机理，对探索岩土工程问题本质具有重要意义。传统的土体变形测量方法是在土体内部埋设一系列传感器，得到某些离散点的位移，但是传感器容易受外界环境扰动的影响，测量结果往往不够准确，同时不能给出土体内部连续变形的整个位移场。现代数字图像技术也只局限于测量土体的宏观或边界变形，不能实现对土体内部变形的可视化。利用X-射线、γ-射线、计算机层析扫描（CAT扫描）及磁共振成像技术（MRI）虽然可以用来测量土体内部的连续变形，但昂贵的费用限制了这些技术的广泛应用。利用人工合成透明土结合光学观测和图像处理技术可以实现土体内部变形的可视化，其费用低廉，操作简便。但其前提是获得透明度较高，且性质与天然土体相似的人工合成透明土。目前已有采用不同材料来制配透明土，并得到了一些成果，但是其透明度效果有限，可穿透的透明厚度有限，从而无法在相对大一点的模型中进行试验，影响模型试验结果的可靠性和可推广性。

文献1：Allersma, H. G. B., 1982, “Photo-Elastic Stress Analysis and Strains in Simple Shear,” Proceedings, IUTAM Symposium on Deformation and Failure of Granular Materials, Delft, edited by P. A. Vermeer and H. J. Luger, pp. 345-353.

在文献1中，1982年，Allersma提出了用碎玻璃（折射率为1.4738）材料和相同折射率的液体混合，制配透明土。存在缺点：一是碎玻璃棱角容易引起入射光反射；二是碎玻璃材料的基本特性与土体基本特性相差较大；三是制配成的透明土属于半透明材料，非透明材料。

文献2：Iskander, M., Lai, J., Oswald, C., and Mainnheimer, R., 1994, “Development of a Transparent Material to Model the Geotechnical Properties of Soils,” Geotech. Test. J., Vol. 17(4), pp. 425-433.

文献3：Iskander, M., Liu, J., and Sadek, S., 2002a, “Transparent Silica Gels to Model the Geotechnical Properties of Sand, ” Int. J. Phys. Modell. Geotech., Vol. 2(4), pp. 27-40.

文献4：Iskander, M., Liu, J., and Sadek, S., 2002b, “Transparent Amorphous Silica to Model clay,” J. Geotech. Geoenviron. Eng., Vol. 128(3), pp. 262-273.

文献5：Liu, J. Y., Iskander, M., and Sadek, S., 2003, “Consolidation and Permeability of Transparent Amorphous Silica,” Geotech. Test. J., Vol. 26(4), pp. 390-401.

在文献2～5中，1998年、2002年， Iskander et al.利用工业生产的无定型硅石粉末或凝胶（折射率为1.447）和具有相应折射率的孔隙液体制作了一种人工合成透明土。存在缺点：一是由于无定型硅石粉末或凝胶为多孔介质，内部微细孔道较多，制成的人工合成透明土压缩性较大，和天然土体仍然存在比较大的差异；二是其真空饱和难度较大，影响了透明效果；三是可透明的厚度，约在12㎝左右，限制了人工合成透明土在岩土工程模型试验中的进一步应用。

文献6：吴明喜， 2006，人工合成透明砂土及其三轴试验研究[D]. 硕士论文，大连：大连理工大学，pp. 18-21.