一种三轴试验条件下硬土破裂细观结构识别装置和方法
【专利摘要】本发明公开了一种三轴试验条件下硬土破裂细观结构识别装置和方法，涉及土结构测试和土工试验【技术领域】。主要内容是发明了一种硬土在三轴试验条件下，将反压饱和实验的试样部分移置到三轴仪的压力室内，实现反压饱和注浆和三轴实验可以交替进行，利用树脂浆液的凝固时间可调特性快速记录试样在既定应力条件下的破裂特征，从而研究分析硬土应力条件下破裂的细观结构特征，结构识别尺寸级别为100μm-cm。其方法步骤为，硬土在压力室中变形破裂后，稳定荷载不变，先通过树脂浆液反压饱和成型，接着对凝固后的土浆固结体进行切片和脱模处理，然后识别裂隙网络的剖切面和立体结构和进行统计分析。
【专利说明】—种三轴试验条件下硬土破裂细观结构识别装置和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及土结构测试和土工试验【技术领域】，特指一种三轴试验条件下硬土破裂细观结构识别装置和试验方法。
【背景技术】
[0002]硬土是一类埋深大、固结程度高，天然状态下强度接近软岩的沉积物，主要有新近系硬土和第四系超固结硬土。随着地下空间开发和各类工程影响范围扩大，硬土变形失稳引起的滑坡和隧洞变形、竖井变形及井壁破裂、采矿变形及渗透等构成了硬土区的典型地质工程问题，硬土在特定受力条件或特定过程中的结构变化，对土性质的改变和对工程性状的影响已经得到充分的重视。目前，土结构的研究方法主要有扫描电镜分析和CT探测分析等。这些方法以微观分析为主，分辨率高；以应力解除后成像为主要技术手段，不能直接反应荷载和变形过程的影响；以三轴CT为手段的测试方法在应力条件上较为合理，但设备成本高。因此，研制一种常规三轴试验条件下硬土破裂细观结构及动态识别的装置和方法具有充分的必要性。
【发明内容】
[0003]本发明所要解决的问题是:硬土在三轴试验条件下，通过树脂浆液反压饱和渗透成型，示踪其裂隙网络发育、发展，从而研究分析硬土在动态应力条件下经过多阶段剪切过程的细观结构变化特征。结构识别尺寸级别为lOOym-cm。
[0004]为解决上述技术问题，本发明提出的解决方案为:一种三轴试验条件下硬土破裂细观结构识别装置和方法。
[0005]一种三轴试验条件下硬土破裂细观结构识别装置的特征在于:它包括土三轴试验的压力室(I)、透水石(2)，试样(3)，真空饱和桶(6)、压力表(7)、真空泵(8)和树脂浆液瓶(9)，以及阀门(10)、排气管(4)和进液管(5)等辅助措施。
[0006]所述压力室(I)上下两端引出一根排气管(4)和进液管(5)，排气管(4)和进液管(5 )分别与试样(3 )上下两端的透水石(2 )连接，外部连接到真空饱和桶(6 )，使之形成一个通路。
[0007]—种三轴试验条件下硬土破裂细观结构识别方法的步骤为:
1、开启三轴试验机，将标准尺寸的硬土试样(3 )封装后安装在压力室(I)内，关闭压力室后按土工实验要求做固结排水剪或排水剪切实验。
[0008]2、施加围压σ3，调整轴压O1，进行第一阶段，试样出现新的裂纹后，保持应力状态不变。
[0009]3、开启真空泵(8)进行反压抽真空，然后开启阀门(10)对试样(3)进行树脂浆液的反压渗透饱和。饱和后维持应力状态不变，直至树脂浆液凝固。
[0010]4、卸去荷载，取出试样等待结构分析。
[0011 ] 5、如需进行多级剪切破坏结构的探测，则将试样(3)重新封装后安装在试验机上，施加下一阶段荷载03和O1，重复步骤I?4，要求每次树脂浆液颜色不同，直至满足试验目的。
[0012]6、对浆液胶凝后的硬土试样(3)进行切片或采用振动、水软化等方法去除土颗粒脱模，观察分析浆液凝结体在切片剖面上的分布和立体展布情况，以分析识别细观结构特征。
[0013]与现有技术比较，本发明的优点在于:建立了一种三轴试验条件下硬土破裂细观结构识别装置系统，实现特定应力状态下的结构记录；与同类装置相比，I)实现了硬土在三轴剪切破坏条件下裂隙网络的发育、发展的多阶段示踪监控，2)采用切片电子扫描观测和脱模后的浆液凝胶体展布分析，平面上和立体上相结合，更能有效的识别硬土破裂的细观结构特征，结构识别尺寸级别为100 μ m-cm。
[0014]【专利附图】
【附图说明】:
图1是本发明装置示意图 图2是本发明试验方法 图例说明
1、压力室2、透水石
3、试样4、排气管
5、进液管6、真空饱和桶
7、压力表8、真空泵
9、树脂浆液瓶10、阀门
【具体实施方式】:
下面结合附图对本发明作详细说明。
[0015]本发明一种三轴试验条件下硬土破裂细观结构识别装置如图1所示，由土三轴压力室和反压饱和装置两部分组成。其中压力室(I)通过改造，上端引出一根排气(4)，下端引出一根进液管(5)，在压力室(I)内分别连接到试样(3)上下的透水石(2)，外部分别连接到真空饱和桶(6)的上、下端，形成一个通路。主要原理是将反压饱和实验的试样部分移置到压力室(I)内，实现反压饱和注浆和三轴实验可以交替进行，利用树脂浆液的凝固时间可调特性快速记录试样(3)在既定应力条件下的破裂特征。
[0016]一种三轴试验条件下硬土破裂细观结构识别方法的试验过程如图2，其详细步骤为:
(一)开启三轴试验机，用吸耳球检查排气管(4)、进液管(5)是否连通；将标准尺寸的试样(3)套上橡胶膜，两端加透水石(2)置于底座上，将橡皮膜两端与底座扎紧；放下压力室
(1)，拧紧固定螺丝，注满水。
[0017](二)设置参数，实验方案选择固结排水剪切或排水剪切；确认围压和固结比，加围压σ3到设计值后，加轴压O1进行剪切。当出现裂纹或满足实验设计要求后保持应力状态稳定。
[0018](三)连接排气管(4)、进液管(5)到真空饱和桶(6)的上、下端，开启真空泵(8)抽真空；当压力表(7)读数为IMPa时，开启阀门(10)，让树脂浆液从饱和溶液瓶(9)中缓慢地流入到真空饱和桶(6)，直到液面高度高于压力室(I)中试样(3)顶部，关闭阀门(10)停止进液，继续抽气半小时后，解除真空饱和桶(6)内真空，等待浆液凝固。[0019](四)当浆液凝固后，卸除围压，移开压力室(1)，取出试样(3)。
[0020](五)如需进行多级剪切破坏结构的探测，则对上一次剪切和凝固的试样(3)重复步骤(一)、(二)、(三)、(四)，每次更换透水石，使用不同颜色树脂，直至满足要求。
[0021](六)切割试样(3)制成切片并磨平，采用显微镜和图像处理软件，对剖面上浆液凝固体进行分析，获得变形破坏分布的剖面形态；将试样(3)浸水软化、振荡，去除土颗粒后，分析剩下的浆液凝固体结构获得硬土裂隙网络发育展布的立体图形；最后综合分析硬土三轴试验条件下破裂的细观结构特征。
【权利要求】
1.一种三轴试验条件下硬土破裂细观结构识别装置的特征在于:由土三轴试验机和反压饱和装置两套设施组成；压力室上下两端引出排气管和进液管，连接到真空饱和桶的上下端，形成一个通路，将反压饱和实验的试样部分移置到三轴仪的压力室内，形成反压饱和注浆和三轴实验交替进行的实验条件。
2.—种三轴试验条件下硬土破裂细观结构识别装置的试验方法，其特征在于:三轴实验和反压饱和注浆交替进行，利用树脂浆液的凝固时间可调特性快速记录试样在既定应力条件下的破裂特征，从而获得硬土应力条件下破裂的细观结构特征影像或模型。
【文档编号】G01N3/00GK103940664SQ201410201273
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2014年5月13日 优先权日:2014年5月13日
【发明者】董青红, 张强 申请人:中国矿业大学