散斑颗粒制备方法、透明土制备方法及直剪全过程模型试验方法

本发明涉及土工试验，尤其是物理试验模型，具体涉及散斑颗粒制备方法、透明土制备方法及直剪全过程模型试验方法。

背景技术：

1、物理模拟试验技术以相似原理为理论基础，通过正确有效的物理模型更加深入地认识原型，是岩土工程诸多领域进行科学研究与技术问题解决的重要手段之一。然而，目前在岩土工程技术领域仍然有许多技术难题。例如，土体与结构之间相互作用机理以及土体内部变形的可视化监测，这些问题的研究解决都与土体内部变形规律密不可分。

2、然而，传统的砂土直剪试验无法直观观测到土体内部的变形和破坏特征，传统的普通相似材料由于其内部不可见而无法对土体内部变形规律进行全面细致的“直接观测”。

3、因此，有必要提出一种新的物理模拟试验装置及试验方法，实现土体内部变形状况的可视化处理、动态化监测。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的不足，本发明的主要目的是提供散斑颗粒制备方法、透明土制备方法及直剪全过程模型试验方法，以可视化的直剪试验设备实现细观机理的分析；突破拍摄面的限制，以解决现有可视化直剪技术中不能随意选择拍摄面，不能构建三维破坏机制等问题。

2、为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

3、本发明第一方面提供一种散斑颗粒制备方法，包括：s101，取设定级配的i组熔融石英砂，将其按照质量比1：8～10分为两份，准备黑色水性色精与白色漆，并调配黑色水性色精染色液；s102，以黑色水性色精染色液染色质量占比1份的熔融石英砂，使石英砂颗粒充分染色；以白色漆染色质量占比8～10份的熔融石英砂，使石英砂颗粒充分染色；s103，将得到的两份染色熔融石英砂置于烘箱内烘烤，直至熔融石英砂烘干，得到黑色熔融石英砂颗粒与白色熔融石英砂颗粒；s104，将烘干后的黑白熔融石英砂颗粒充分混合，制得散斑颗粒。

4、在一个实施例中，所述调配黑色水性色精染色液包括：按照黑色水性色精与水的质量比1:1调配黑色水性色精染色液。

5、在一个实施例中，所述将得到的两份染色熔融石英砂置于烘箱内烘烤包括：所述烘烤的温度优选为80℃，时间90min；烘干的标准为手指轻捻颗粒易分散、不脱色。

6、本发明第二方面提供一种透明土制备方法，包括：s201，取设定级配的ii组熔融石英砂，洗净烘干，去除杂质和水分；s202，配置孔隙流体；s203，向直剪盒中倾倒孔隙流体，直至孔隙流体在直剪盒中达到一定的高度；s204，向直剪盒中均匀倾撒所述ii组熔融石英砂，在设定的散斑面位置倾撒本发明第一方面提供的散斑颗粒制备方法制备得到的散斑颗粒；s205，重复s203、s204，直至熔融石英砂堆积到设定高度，透明土制作完成，所述透明土中包含一个或多个由所述散斑颗粒形成的散斑面。

7、在一个实施例中，所述ii组熔融石英砂与所述i组熔融石英砂质量比为8～10：1。

8、在一个实施例中，所述配置孔隙流体包括：

9、孔隙流体为正十二烷与15#白矿油的混合溶液，根据试验温度，调整烷油质量比，用玻璃棒搅拌均匀，使二者在烧杯中充分混合；

10、测定该试验温度下孔隙流体的折射率，以与熔融石英砂的折射率一致为孔隙流体配置合格的标志，若折射率不一致，则微调正十二烷或15#白矿油的用量。

11、本发明第三方面提供一种基于透明土与数字图像相关法的直剪全过程模型试验方法，包括：准备透明土直剪试验装置；采用本发明第一方面提供的散斑颗粒制备方法制备散斑颗粒；采用本发明第二方面提供的透明土制备方法在透明土直剪试验装置中制作透明土，所述透明土中包含一个或多个由所述散斑颗粒形成的散斑面；完成所述透明土直剪试验装置的装配，并施加设定重量的法向力；对所述透明土进行直剪试验，并以数字图像相关法成套设备对透明土进行拍摄。

12、在一个实施例中，所述透明土直剪试验装置包括：

13、直剪仪；

14、加压框架，包括上加压板、底固定座以及连接于上加压板与底固定座之间的竖向撑杆，加压框架通过所述底固定座固定于所述直剪仪上；

15、直剪盒，设置于所述直剪仪上并位于所述上加压板下方，包括上剪切盒和下剪切盒，上剪切盒和下剪切盒采用透明材质；

16、优选的，所述下剪切盒底部设有两条限位轨道，两条限位轨道卡装于所述直剪仪工作面上的导向轨道上的小钢珠上。

17、在一个实施例中，所述加压框架的竖向撑杆在左右两侧各由两根撑杆构成，并且两根撑杆间的间隙不小于所述直剪盒的宽度。

18、在一个实施例中，所述以数字图像相关法成套设备对透明土进行拍摄包括：

19、根据散斑面的位置，架设数字图像相关法成套设备，调整设备高度，保证设备的摄像头正对散斑面，光源选用冷光源；

20、调整设备的焦距与曝光度，使直剪盒及散斑面清晰地呈现在设备的摄像头拍摄范围内；

21、试验，拍摄，并用设备相关后处理软件进行图像处理、计算与细观分析。

22、本发明相对于现有技术的有益效果是：本发明提供一种散斑颗粒制备方法，用于数字图像相关法，并进一步提供一种透明土制备方法，结合可视化的直剪试验设备突破拍摄面的限制，以解决现有可视化直剪技术中不能随意选择拍摄面，不能构建三维破坏机制等问题。具体而言，本发明至少能够获得如下技术效果中的一个或多个：

23、(1)本发明提供的用于数字图像相关法的散斑颗粒制备方法，针对性地设计一个适用于透明土的散斑面制作方法，制作适用于透明土的散斑颗粒，如此在透明土内就可以根据需要形成无遮挡或交叉情况下的任意位置、任意数量以及任意形状的散斑面，突破拍摄面的限制，可以拍摄任何想要观测的平面或区域，对于构建三维的破坏机制起到了重要作用。

24、(2)本发明提供的透明土制备方法，人工散斑效果好，证明透明土和数字图像相关法的结合是可行的，可以联合推广到更多试验中。

25、(3)本发明提供的基于透明土与数字图像相关法的直剪全过程模型试验方法，设计采用透明直剪盒和不阻挡观测的垂直加压框架，使得直剪设备可视化，很好地解决了传统直剪设备对直剪盒的遮挡问题。

26、(4)本发明提供的基于透明土与数字图像相关法的直剪全过程模型试验方法，与数字图像相关法(dic)相结合，可以通过比较相邻两张物体表面数字图像(即所拍摄的散斑图像)分析变形前后的运动和应变信息，将变形的测量问题转化为一个图像搜索和数字图像识别的计算过程。该方法优势明显：测量全程非接触、数据精度高、对试验环境要求低，易于实现测量全程的自动化，可通过dic计算，实现对土体剪切宏观现象的直观展示和细观机理的量化分析。

27、应当理解，本发明任一实施方式的实现并不意味要同时具备或达到上述有益效果的多个或全部。

技术特征：

1.一种散斑颗粒制备方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的散斑颗粒制备方法，其特征在于：所述调配黑色水性色精染色液包括：

3.根据权利要求1所述的散斑颗粒制备方法，其特征在于：所述将得到的两份染色熔融石英砂置于烘箱内烘烤包括：

4.一种透明土制备方法，其特征在于，包括：

5.根据权利要求4所述的透明土制备方法，其特征在于：所述ii组熔融石英砂与所述i组熔融石英砂质量比为8～10：1。

6.根据权利要求4所述的透明土制备方法，其特征在于：所述配置孔隙流体包括：

7.一种基于透明土与数字图像相关法的直剪全过程模型试验方法，其特征在于，包括：

8.根据权利要求7所述的直剪全过程模型试验方法，其特征在于：所述透明土直剪试验装置包括：

9.根据权利要求8所述的直剪全过程模型试验方法，其特征在于：所述加压框架的竖向撑杆在左右两侧各由两根撑杆构成，并且两根撑杆间的间隙不小于所述直剪盒的宽度。

10.根据权利要求7所述的直剪全过程模型试验方法，其特征在于：所述以数字图像相关法成套设备对透明土进行拍摄包括：

技术总结
本发明涉及散斑颗粒制备方法、透明土制备方法及直剪全过程模型试验方法。散斑颗粒制备方法包括：S101，取设定级配的I组熔融石英砂，将其按照质量比1：8～10分为两份，准备黑色水性色精与白色漆，并调配黑色水性色精染色液；S102，以黑色水性色精染色液染色质量占比1份的熔融石英砂；以白色漆染色质量占比8～10份的熔融石英砂；S103，将得到的两份染色熔融石英砂置于烘箱内烘烤，直至熔融石英砂烘干，得到黑色熔融石英砂颗粒与白色熔融石英砂颗粒；S104，将烘干后的黑白熔融石英砂颗粒充分混合，制得散斑颗粒。本发明通过制备散斑颗粒和透明土，以可视化的直剪试验设备实现对土体剪切宏观现象的直观展示和细观机理的量化分析。

技术研发人员：单仁亮,李赓照,王逸飞,周博森,庞远洋
受保护的技术使用者：中国矿业大学（北京）
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14