一种具有无侧限抗压强度的高透明度黏土及其制备方法

本发明涉及岩土研究领域，具体涉及一种用于岩土工程研究的具有无侧限抗压强度的高透明度黏土及其制备方法。

背景技术：

1、研究土体变形及渗流情况，传统的方法是在土体内部埋设传感器，但由于传感器容易受到外部环境扰动，无法获得准确的测量结果，也无法测出土体连续变形的位移场变化；或是采用x射线衍射、ct扫描、核磁共振等方法，但这些方法价格昂贵，试验步骤繁琐，无法广泛应用于岩土工程试验中。目前透明土结合图像粒子测速技术可以很好地解决这些问题，实现土体内部变形的可视化，操作简单且费用较低，可广泛应用于隧道周围土体变形、渗流和贯入取土等岩土工程试验中，研究土体内部变形规律和机理，对于探索岩土工程问题的本质具有重要意义。现有的透明土一般由透明土颗粒和具有相当折射率的孔隙流体组成，且大都具有无胶结砂土的性质，对于粘性透明土的研究较少。而黏土作为自然界广泛存在，而且在工程中应用最多的工程材料之一，在岩土工程中扮演了非常重要的角色，所以现有技术中也有用一些材料来制备具有一定透明度的透明黏土，比如利用laponite rd、gelita材料、熔融石英和疏水性气相二氧化硅与正十二烷和15#白油的混合液、纳米级疏水性气相二氧化硅粉与正十二烷和15#白油的混合液、无定形硅粉与白矿物油和正十二烷的混合、aristoflex avc聚合物、球形硅微粉与15#白油和正十二烷的混合液i等，然而，制备出的这些透明黏土，要么透明度相对较低，要么物理力学性质与天然黏土之间仍有较大差距，有的配制费用甚至相对较高。另外，无论是透明砂土还是透明黏土，尽管通过抽真空等方法，可以开展三轴试验而获得一些力学参数。但是，如果透明度高，就不能够单独成型，也就没有无侧限抗压强度，而使得它们不具有天然黏土具有的无侧限抗压特性；如果能够单独成型，有无侧限抗压强度，又存在透明度很差的问题。也就是说，就目前的透明黏土制备中，存在无侧限抗压强度和高透明度无法兼具的问题。

2、因此，需要一种新型的模拟透明黏土，能够同时解决无侧限抗压强度和高透明度的问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种具有无侧限抗压强度的高透明度黏土及其制备方法，能够同时解决无侧限抗压强度和高透明度的问题。

2、本发明的无侧限抗压强度的高透明度黏土，所述黏土原料包括粉剂、水和示踪材料，所述粉剂与水的质量比为1:8-1:16，所述粉剂由葡甘聚糖、卡拉胶和kcl构成；

3、进一步，按质量百分比，葡甘聚糖47-55％、卡拉胶42-50％、kcl 0.3-3％；

4、进一步，按质量百分比，葡甘聚糖50％、卡拉胶48％、kcl 2％；

5、进一步，所述示踪材料为碳纳米管、空心玻璃微珠、沉淀白炭黑微粉中的一种；

6、进一步，所述示踪材料为碳纳米管或沉淀白炭黑微粉时，示踪材料与水的质量比为1:16000-1:20000；

7、进一步，所述示踪材料为空心玻璃微珠时，所述示踪材料与水的质量比为1:1600-1:2000，所述空心玻璃微珠的外径为0.05-0.1mm。

8、本发明还公开一种具有无侧限抗压强度的高透明度黏土的制备方法，包括以下步骤：

9、将水加热后加入粉剂搅拌，然后再加入示踪材料搅拌30～90秒；

10、进一步，示踪材料加入的时间不多于20秒；

11、进一步，当室温高于25度时，加热的水温不低于90℃；当室温低于20度时，加热的水温不低于97℃；当室温在这二者之间时，加热的水的温度为90℃97℃。

12、本发明的有益效果：本发明的用于岩土工程研究的具有无侧限抗压强度的高透明度黏土及其制备方法，所制备的黏土不仅具有无侧限抗压强度、而且具有高透明度，与天然黏土物理力学性质相近，用于岩土工程试验中研究土体变形及渗流情况，以及观测内部的变形、裂缝等现象。本发明采用的原料中，粉剂中的葡甘聚糖和卡拉胶配合作用可提高黏性，而通过kcl的作用可对黏性进行适应的调节，使黏度不至于太黏，使配置出的黏土更接近于天然黏土的物理力学性质。

技术特征：

1.一种具有无侧限抗压强度的高透明度黏土，其特征在于：所述黏土原料包括粉剂、水和示踪材料，所述粉剂与水的质量比为1:8-1:16，所述粉剂由葡甘聚糖、卡拉胶和kcl构成。

2.根据权利要求1所述的具有无侧限抗压强度的高透明度黏土，其特征在于：按质量百分比，葡甘聚糖47-55％、卡拉胶42-50％、kcl 0.3-3％。

3.根据权利要求2所述的具有无侧限抗压强度的高透明度黏土，其特征在于：按质量百分比，葡甘聚糖50％、卡拉胶48％、kcl 2％。

4.根据权利要求1所述的具有无侧限抗压强度的高透明度黏土，其特征在于：所述示踪材料为碳纳米管、空心玻璃微珠、沉淀白炭黑微粉中的一种。

5.根据权利要求4所述的具有无侧限抗压强度的高透明度黏土，其特征在于：所述示踪材料为碳纳米管或沉淀白炭黑微粉时，示踪材料与水的质量比为1:16000-1:20000。

6.根据权利要求4所述的具有无侧限抗压强度的高透明度黏土，其特征在于：所述示踪材料为空心玻璃微珠时，所述示踪材料与水的质量比为1:1600-1:2000，所述空心玻璃微珠的外径为0.05-0.1mm。

7.根据权利要求1所述的具有无侧限抗压强度的高透明度黏土的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

8.根据权利要求7所述的具有无侧限抗压强度的高透明度黏土的制备方法，其特征在于：示踪材料加入的时间不多于20秒。

9.根据权利要求7所述的具有无侧限抗压强度的高透明度黏土的制备方法，其特征在于：当室温高于25度时，加热的水温不低于90℃；当室温低于20度时，加热的水温不低于97℃；当室温在这二者之间时，加热的水的温度为90℃97℃。

技术总结
本发明公开了一种具有无侧限抗压强度的高透明度黏土，所述黏土原料包括粉剂、水和示踪材料，所述粉剂与水的质量比为1:8‑1:16，示踪材料与水的质量比为1:1600‑1:2000或1:16000‑1:20000，所述粉剂由葡甘聚糖、卡拉胶和KCl构成；所制备的黏土不仅具有无侧限抗压强度、而且具有高透明度，与天然黏土物理力学性质相近，用于岩土工程试验中研究土体变形及渗流情况，以及观测内部的变形、裂缝等现象。本发明采用的原料中，粉剂中的葡甘聚糖和卡拉胶配合作用可提高黏性，而通过KCl的作用可加快模型的成型时间、并适当提高黏性，使配制出的黏土更接近于天然黏土的物理力学性质。

技术研发人员：朱正伟,刘超,陈学宇,高鹏云,王博,刘圣鑫
受保护的技术使用者：重庆大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/4