[发明专利]一种用于可视化模型试验的胶结土材料配比量化确定方法

说明书

本发明公开了一种用于可视化模型试验的胶结土材料配比量化确定方法，其方法包括的步骤为：步骤一、在需要进行缩尺模型试验的工程场地现场完成岩土体的现场取样；步骤二、分别将步骤一中测定的重度γ和内摩擦角的数值分别代入重度γ和内摩擦角对应的回归方程Y₁和Y₂；步骤三、将步骤二中求解得到的石英砂粒径和胶石比的数值代入粘聚力c对应的回归方程Y₃，完成粘聚力c的求解。有益效果：具有计算结果准确性和可靠性高等优点，能够为可视化缩尺岩土模型试验开展提供科学的依据。应用直剪试验/三轴压缩取得，操作简单，具有实际工程推广的可行性。

技术领域

本发明涉及一种胶结土材料配比量化确定方法，特别涉及一种用于可视化模型试验的胶结土材料配比量化确定方法。

背景技术

目前，基础设施建设进入到了一个高速发展的时期。大量工程的施工必然伴随着岩土体开挖，就会造成岩土强度损耗、变形沉降甚至失稳破坏等一系列工程问题的涌现，而这些问题大多具有隐蔽性的特征。因此，明晰岩土体强度破坏、失稳变形特征至关重要。其中，缩尺模型试验是解决问题的有效手段。

对于缩尺模型试验而言，相似材料及其配比的合理选择是其中的关键环节。现有的相似材料多为石英砂、石膏和水泥等不透明材料。虽然，这些材料能够很好地满足相似理论的要求，得出相对合理的试验数据。不过，对于土体内部的变形及渗流情况，一般采用X射线衍射、CT扫描、核磁共振等无损探测方法处理。这些方法不仅价格昂贵、工艺繁琐，更为重要的是无法实现试验过程的可视化。于是，寻找一种全新的替代材料成为试验新思路，透明土的发展由此展开。在国际研究方面，最先提出使用玻璃珠或石英粉做骨料，配以折射率相同的空隙液体制作透明土，透明度较差且试样变形特性与天然土壤相差较大，但使用二氧化硅类材料作为骨料启迪了更多科学工作者。无定型硅粉搭配同折射率的混合矿物油制作而成的透明粘土的物理力学性质与天然粘土相似，可以模拟部分软粘土。根据相关研究，以熔融石英砂为骨架代替无定型硅粉，采用正十二烷和15#白油为孔隙液模拟天然砂土，并进行三轴压缩试验得到土体应力应变曲线，并给出相应配合方案。此外，使用透明土制作模拟岩石以模拟真实围岩也逐步发展，采用无定型硅粉加矿物油的配合方案，通过铸模、真空、加压固结等步骤制作透明岩体，并使用透明岩体进行隧道开挖试验。此外，使用NaOH+U10粉末、新型AVC共聚物、沉淀白炭黑等新材料模拟软弱粘土的新思路也不断被提出，采用蔗糖溶液、盐水混合物等代替矿物油作为透明土体空隙液的实验亦有成果。对透明土可视化、透明土强度理论等讨论也蓬勃发展。

综上所述，现阶段，透明砂土的研究相对成熟。不过，但对于透明粘土和透明类岩石的研究，尚处于初始阶段。透明粘土强度不足，材料配置过程中主控物理力学参数(内摩擦角、粘聚力、土体重度)缺少控制依据等问题亟待解决。因此，在综合考虑透明度和相似原理的共同要求，提出一种透明胶结土材料配合比的量化确定方法，为本领域技术人员有待考虑的问题。

发明内容

本发明的目的是为了实现可视化的模型试验，而提供的一种用于可视化模型试验的胶结土材料配比量化确定方法。

本发明提供的用于可视化模型试验的胶结土材料配比量化确定方法，其方法包括的步骤如下：

步骤一、在需要进行缩尺模型试验的工程场地现场完成岩土体的现场取样，并应用直剪试验/三轴压缩试验完成重度γ、内摩擦角和粘聚力c三个物理力学参数的测定；

步骤二、分别将步骤一中测定的重度γ和内摩擦角的数值分别代入重度γ和内摩擦角对应的回归方程Y₁和Y₂，通过两个方程的联立求解，求得石英砂粒径X₁和胶石比X₂的数值，通过对照表1确定石英砂粒径和胶石比，为了保证石英砂材料的均匀性和统一性石英砂粒径X₁取整，胶石比X₂的取值范围为[0，4]；