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氟化鈣在配制透明土中的應(yīng)用及所制的透明土和生產(chǎn)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種氟化鈣在配制透明土中用作透明固體材料，所述氟化鈣為粒徑0.25㎜～2.0㎜（或≤0.074㎜）的顆粒，其顆粒為不規(guī)則形狀，折射率1.434，密度3.18g/㎝3；透明土制備方法為：包括氟化鈣顆粒與相同折射率的無(wú)色孔隙液體經(jīng)備料、混配、抽真空（和固結(jié)）步驟制得；所制透明土的物理特性和力學(xué)特性可滿足模擬飽和砂土（或黏土），其透明度高，價(jià)格低廉，無(wú)毒無(wú)害，與天然土體性質(zhì)的相似性好，能廣泛替代自然土，用來(lái)模擬復(fù)雜的地質(zhì)條件，有效地用于巖土工程中的模型試驗(yàn)。
【專利說(shuō)明】氟化鈣在配制透明土中的應(yīng)用及所制的透明土和生產(chǎn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種透明土及生產(chǎn)方法，具體地說(shuō)是一種采用低折射率的透明固體材料和相同折射率的水溶型溶液配制透明土及生產(chǎn)方法，特別是涉及一種氟化鈣在配制透明土中的應(yīng)用及所制的透明土和生產(chǎn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在巖土工程方面的模型試驗(yàn)中，研究土體內(nèi)部變形規(guī)律和機(jī)理，對(duì)探索巖土工程問(wèn)題本質(zhì)具有重要意義。傳統(tǒng)的土體變形測(cè)量方法是在土體內(nèi)部埋設(shè)一系列傳感器，得到某些離散點(diǎn)的位移，但是傳感器容易受外界環(huán)境擾動(dòng)的影響，測(cè)量結(jié)果往往不夠準(zhǔn)確，同時(shí)不能給出土體內(nèi)部連續(xù)變形的整個(gè)位移場(chǎng)?，F(xiàn)代數(shù)字圖像技術(shù)也只局限于測(cè)量土體的宏觀或邊界變形，不能實(shí)現(xiàn)對(duì)土體內(nèi)部變形的可視化。利用X-射線、Y-射線、計(jì)算機(jī)層析掃描(CAT掃描)及磁共振成像技術(shù)(MRI)雖然可以用來(lái)測(cè)量土體內(nèi)部的連續(xù)變形，但昂貴的費(fèi)用限制了這些技術(shù)的廣泛應(yīng)用。利用人工合成透明土結(jié)合光學(xué)觀測(cè)和圖像處理技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)土體內(nèi)部變形的可視化，其費(fèi)用低廉，操作簡(jiǎn)便。但其前提是獲得透明度較高，且性質(zhì)與天然土體相似的人工合成透明土。目前已有采用不同材料來(lái)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，從而無(wú)法在相對(duì)大一點(diǎn)的模型中進(jìn)行試驗(yàn)，影響模型試驗(yàn)結(jié)果的可靠性和可推廣性。
[0003]文獻(xiàn)1:Allersma, H.G.B., 1982, “Photo-Elastic Stress Analysis andStrains in Simple Shear, ” Proceedings, IUTAM Symposium on Deformation andFailure of Granular Materials, Delft, edited by P.A.Vermeer and H.J.Luger,pp.345-353.在文獻(xiàn)I中，1982年，Allersma提出了用碎玻璃(折射率為1.4738)材料和相同折射率的液體混合，制配透明土。存在缺點(diǎn):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與土體基本特性相差較大；三是制配成的透明土屬于半透明材料，非透明材料。
[0004]文獻(xiàn)2:1skander, M., Lai, J., Oswald, C., and Mainnheimer, R., 1994,“Development of a Transparent Material to Model the Geotechnical Properties ofSoils, Geotech.Test.J., Vol.17(4)，pp.425-433.文獻(xiàn) 3:1skander, M., Liu, J., and Sadek, S., 2002a, “Transparent SilicaGels to Model the Geotechnical Properties of Sand, ” Int.J.Phys.Model 1.Geotech., Vol.2(4)，pp.27—40.文獻(xiàn)4:Iskander, M., Liu, J., and Sadek, S., 2002b, “Transparent AmorphousSilica to Model clay,” J.Geo tech.Geoenviron.Eng., Vol.128(3)，pp.262-273.文獻(xiàn) 5:Liu, J.Y., Iskander, M., and Sadek, S., 2003, “Consolidation andPermeability of Transparent Amorphous Silica,，，Geotech.Test.J., Vol.26(4)，pp.390-401. 在文獻(xiàn)2?5中，1998年、2002年，Iskander et al.利用工業(yè)生產(chǎn)的無(wú)定型娃石粉末或凝膠(折射率為1.447)和具有相應(yīng)折射率的孔隙液體制作了一種人工合成透明土。存在缺點(diǎn):一是由于無(wú)定型硅石粉末或凝膠為多孔介質(zhì)，內(nèi)部微細(xì)孔道較多，制成的人工合成透明土壓縮性較大，和天然土體仍然存在比較大的差異；二是其真空飽和難度較大，影響了透明效果；三是可透明的厚度，約在12 cm左右，限制了人工合成透明土在巖土工程模型試驗(yàn)中的進(jìn)一步應(yīng)用。
[0005]文獻(xiàn)6:吳明喜，2006，人工合成透明砂土及其三軸試驗(yàn)研究[D].碩士論文，大連:大連理工大學(xué)，PP.18-21.文獻(xiàn)7:隋旺華，高岳.透明土實(shí)驗(yàn)技術(shù)現(xiàn)狀與展望[J].煤炭學(xué)報(bào)，36(4): 577-582.文獻(xiàn) 8:Cao, Z.H., Liu, J.Y., and Liu, H.L., 2011, “Transparent FusedSilica to Model Natural Sand, ” Pan-Am CGS Geotechnical Conference.文獻(xiàn) 9:Ezzein, F.M., and Bathurst, R.J., 2011, “A Transparent Sand forGeotechnical Laboratory Modeling, Geotech.Test.J., Vol.34(6)，pp.590-601.文獻(xiàn) 10:Guzman, 1.L., Iskander, M., Suescun-Florez, E., and Omidvar, M.,2013, “A Transparent Aqueous-Saturated Sand Surrogate for Use in PhysicalModeling, ” Acta Geotechnica， published on line, July 2013.http://link, springer, com/article/10.1007%2Fsl1440-013-0247-2在文獻(xiàn)6?10中，2006年、2013年等，吳明喜等人利用熔融石英砂(折射率為1.4585)和具有相應(yīng)折射率的液體如混合油或溴化鈣溶液制配了一種人工合成透明土。存在缺點(diǎn):一是溴化鈣溶液具有強(qiáng)烈腐蝕性，可操作性較差；二是熔融石英砂純度較低，而且價(jià)格相對(duì)較高，這也限制了其在模型試驗(yàn)中的廣泛應(yīng)用；三是由于熔融石英砂的折射率相對(duì)較高，配制相應(yīng)折射率的溴化鈣溶液，濃度很高；隨著溫度的變化，溴化鈣晶體容易析出，從而影響溴化鈣溶液的折射率。
[0006]現(xiàn)有技術(shù)資料表明，配制透明土的固體顆粒主要選用石英類材料，其固體顆粒本身的折射率在1.44?1.46之間；選用硼硅玻璃材料，其固體顆粒本身的折射率在1.46?1.48之間。雖然利用有機(jī)油配制透明土可以實(shí)現(xiàn)，不過(guò)有機(jī)油往往具有凝聚力，以此模擬黏性土可行，而模擬砂性土則不合適。利用水溶性溶液配制透明土?xí)r(水的折射率在1.309?1.333之間)，則要求溶液濃度相對(duì)較高，而此時(shí)晶體容易析出(例如，要將溴化鈣溶液的折射率調(diào)制1.458，20°C溫度下其溶液的濃度需達(dá)到65 %左右，而在該濃度下，溴化鈣溶液很容易因?yàn)闇囟鹊淖兓仍颍霈F(xiàn)晶體析出現(xiàn)象)，從而改變濃度，影響其折射率。
[0007]氟化鈣，化學(xué)式為CaF2，俗稱螢石或氟石，透明度高，無(wú)色結(jié)晶或白色粉末，難溶于水，微溶于無(wú)機(jī)酸，熔點(diǎn)1402°C，沸點(diǎn)2497°C，折射率為1.434，密度3.18g/cm3。可用碳酸鈣或氫氧化鈣用氫氟酸溶解，將所得溶液濃縮，或向鈣鹽水溶液中加入氟離子，得到氟化鈣的膠狀沉淀，經(jīng)精制可得。實(shí)驗(yàn)室一般用碳酸鈣與氫氟酸作用或用濃鹽酸和氫氟酸反復(fù)處理螢石粉來(lái)制備氟化鈣。主要用于冶金、化工和建材三大行業(yè)，其次用于輕工、光學(xué)、雕刻和國(guó)防工業(yè)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的是提供一種采用低折射率的透明固體材料和相同折射率的無(wú)色孔隙液體配制透明土及生產(chǎn)方法，所述的折射率為1.434;具體為氟化鈣在配制透明土中的應(yīng)用及所制的透明土和生產(chǎn)方法。
[0009]本發(fā)明是采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)其發(fā)明目的的，一種氟化鈣在配制透明土中的應(yīng)用，配制透明土?xí)r，用作透明固體材料，所述氟化鈣為粒徑0.25 IM~2.0 mm的顆粒，其顆粒為不規(guī)則形狀，折射率1.434，密度3.18g/ cm 3。
[0010]一種透明土，它由氟化鈣與相同折射率的無(wú)色孔隙液體經(jīng)備料、混配、抽真空步驟配制而成，所述氟化鈣為粒徑0.25IM~2.0IM的顆粒，其顆粒為不規(guī)則形狀，折射率1.434，密度3.18g/ cm 3 ;所述的氟化鈣顆粒0.25 mm<粒徑< 0.5 mm的為10 %~50 %，0.5 mm^粒徑< 1.0 mm的為 10 % ~50 %，1.0 111111≤粒徑< 1.5 mm的為 10 % ~50 %，1.5 mm≤粒徑< 2.0 mm的為10 %~50 %，以重量計(jì)，合計(jì)為100 % ;所述透明土的物理特性為:密度1.98g/cm3~2.5g/cm3，重度19kN/m3~25kN/m3，密實(shí)度20 %~80 % ;力學(xué)特性為:內(nèi)摩擦角34。~35。，彈性模量12MPa~7IMPa,泊松比0.2~0.45。
[0011]本發(fā)明所述的孔隙液體為糖溶液或氯化鈉溶液或溴化鈣溶液中的一種。
[0012]一種透明土的生產(chǎn)方法，它包括以下步驟:
⑴備料:選擇粒徑為0.25IM~2.0IM的氟化鈣顆粒，其顆粒為不規(guī)則形狀，清洗雜質(zhì)并烘干，所述氟化鈣折射率 1.434，密度3.18g/ cm 3 ;選擇無(wú)色孔隙液體，調(diào)節(jié)溶液濃度，使孔隙液體的折射率與氟化鈣的折射率一致；
本發(fā)明在步驟⑴中，所述的氟化鈣顆粒0.25mm<粒徑< 0.5 mm的為10 %~50 % , 0.5mm≤粒徑< 1.0 mm的為10 %~50 % , 1.0 mm≤粒徑< 1.5腿的為10 %~50 % , 1.5腿≤粒徑≤2.0 mm的為10 %~50 %，以重量計(jì),合計(jì)為100 %
本發(fā)明在步驟⑴中，所述的孔隙液體為糖溶液或氯化鈉溶液或溴化鈣溶液中的一種。
[0013]⑵混配:根據(jù)試驗(yàn)條件與試樣的尺寸大小計(jì)算確定氟化鈣顆粒和孔隙液體的用量，先將氟化鈣顆粒分層填入模具中，并分3~4次擊實(shí)；然后在模具中注入孔隙液體；
或者先將調(diào)配好的孔隙液體裝在容器中，并將氟化鈣顆粒緩慢、均勻、分散地倒入容器中，傾倒過(guò)程中不斷攪拌排出氣泡，并保持氟化鈣顆粒始終在孔隙液體液面以下；
⑶抽真空:利用抽真空裝置抽除氟化鈣顆粒之間的氣泡，利用吸球抽去高出氟化鈣顆粒的孔隙液體，制得模擬飽和砂土的透明土，其物理特性為:密度1.98 g/ cm 3~2.5g/ cm3，重度19kN/m3~25kN/m3，密實(shí)度20 %~80 % ;力學(xué)特性為:內(nèi)摩擦角34°~35°，彈性模量12MPa~7IMPa,泊松比0.2~0.45。
[0014]一種氟化鈣在配制透明土中的應(yīng)用，配制透明土?xí)r，用作透明固體材料，所述氟化鈣為粒徑< 0.074 mm的顆粒，其顆粒為不規(guī)則形狀，折射率1.434，密度3.18g/ cm 3。
[0015]一種透明土，它由氟化鈣與相同折射率的無(wú)色孔隙液體經(jīng)備料、混配、抽真空、固結(jié)步驟配制而成，所述氟化鈣為粒徑< 0.074 IM的顆粒，其顆粒為不規(guī)則形狀，折射率1.434，密度3.18g/cm3;所述透明土的物理特性為:密度1.98g/cm 3~2.5g/cm 3，重度20kN/m3~26kN/m3，固結(jié)度OCR值0.8~3 ;力學(xué)特性為:凝聚力I kPa~3kPa，內(nèi)摩擦角22。~26。，彈性模量5MPa~9MPa,泊松比0.20~0.35。
[0016]本發(fā)明所述的孔隙液體為糖溶液或氯化鈉溶液或溴化鈣溶液或正12烷與甘油的混合物中的一種。
[0017]一種透明土的生產(chǎn)方法，它包括以下步驟:⑴備料:選擇粒徑< 0.074 IM的氟化鈣顆粒，其顆粒為不規(guī)則形狀，清洗雜質(zhì)并烘干，所述氟化鈣折射率1.434，透光率95 %，容重3.18g/ cm 3 ;選擇無(wú)色孔隙液體，調(diào)節(jié)溶液濃度，使孔隙液體的折射率與氟化鈣的折射率一致；
本發(fā)明所述的孔隙液體為糖溶液或氯化鈉溶液或溴化鈣溶液或正12烷與甘油的混合物中的一種。
[0018]⑵混配:根據(jù)試驗(yàn)條件與試樣的尺寸大小計(jì)算確定氟化鈣顆粒和孔隙液體的用量，先將氟化鈣顆粒分層填入模具中，并分3~4次擊實(shí)；然后在模具中注入孔隙液體；
或者先將調(diào)配好的孔隙液體裝在容器中，并將氟化鈣顆粒緩慢、均勻、分散地倒入容器中，傾倒過(guò)程中不斷攪拌排出氣泡，并保持氟化鈣顆粒始終在孔隙液體液面以下；
⑶抽真空:利用抽真空裝置抽除氟化鈣顆粒之間的氣泡，利用吸球抽去高出氟化鈣顆粒的孔隙液體；
⑷固結(jié):在固結(jié)儀中進(jìn)行固結(jié)，制得模擬飽和黏土的透明土，其物理特性為:密度1.98g/ cm 3~2.5g/ cm 3，重度20kN/m3~26kN/m3，固結(jié)度OCR值0.8~3 ;力學(xué)特性為:凝聚力I kPa~3kPa，內(nèi)摩擦角22。~26。，彈性模量5MPa~9MPa，泊松比0.20~0.35。
[0019]由于采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明較好的實(shí)現(xiàn)了發(fā)明目的，透明固體材料采用氟化鈣顆粒，具有透明度高、容易獲得的特性；所使用的孔隙液體無(wú)色透明、無(wú)污染、來(lái)源廣泛，容易獲得和調(diào)配；配制方法簡(jiǎn)便，易于實(shí)現(xiàn)，配制的透明土透明度高，價(jià)格低廉，與天然土體性質(zhì)的相似性好，能廣泛替代自然土，用來(lái)模擬復(fù)雜的地質(zhì)條件，有效地用于巖土工程中的模型試驗(yàn)。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0021]實(shí)施例1:
一種氟化鈣在配制透明土中的應(yīng)用，配制透明土?xí)r，用作透明固體材料，所述氟化鈣為粒徑0.25 IM~2.0 mm的顆粒，其顆粒為不規(guī)則形狀，折射率1.434，密度3.18g/ cm 3。
[0022]一種透明土，它由氟化鈣與相同折射率的無(wú)色孔隙液體經(jīng)備料、混配、抽真空步驟配制而成，所述氟化鈣為粒徑0.25 mm~2.0 mm的顆粒，其顆粒為不規(guī)則形狀，折射率1.434，密度3.18g/ cm 3 ;所述透明土的物理特性為:密度1.98 g/ cm 3~2.5g/ cm 3,重度19kN/m3~25kN/m3，密實(shí)度20 %~80 % ;力學(xué)特性為:內(nèi)摩擦角34。~35。，彈性模量12MPa~71MPa，泊松比 0.2 ~0.45。
[0023]本發(fā)明所述的氟化鈣顆粒0.25mm<粒徑<0.5 mm的為10 %~50 %，0.5mm<粒徑< 1.0 mm的為10 %~50 %，1.0 mm≤粒徑< 1.5腿的為10 %~50 %，1.5 mm≤粒徑≤2.0mm的為10 %~50 % ,以重量計(jì)，合計(jì)為100 % ；
本發(fā)明所述的孔隙液體為糖溶液或氯化鈉溶液或溴化鈣溶液中的一種。
[0024]本實(shí)施例所述的透明土可用來(lái)模擬飽和砂土。
[0025]一種透明土的生產(chǎn)方法，它包括以下步驟:
⑴備料:選擇粒徑為0.25 mm~2.0 mm的氟化鈣顆粒，其顆粒為不規(guī)則形狀，清洗雜質(zhì)并烘干，所述氟化鈣折射率1.434，密度3.18g/ cm 3 ;選擇無(wú)色孔隙液體，調(diào)節(jié)溶液濃度，使孔隙液體的折射率與氟化鈣的折射率一致；本發(fā)明在步驟⑴中，所述的氟化鈣顆粒0.25 mm<粒徑< 0.5 mm的為10 %~50 % , 0.5mm≤粒徑< 1.0 mm的為10 %~50 % , 1.0 mm≤粒徑< 1.5 mm的為10 %~50 % , 1.5腿≤粒徑≤2.0 mm的為10 %~50 %，以重量計(jì),合計(jì)為100 % ；
本發(fā)明在步驟⑴中，所述的孔隙液體為糖溶液或氯化鈉溶液或溴化鈣溶液中的一種。
[0026]本實(shí)施例選擇氟化鈣顆粒0.25 mm<粒徑< 0.5 mm的為30 %，0.5 mm<粒徑< 1.0mm的為20 % , 1.0 mm;^粒徑< 1.5 mm的為20 % , 1.5 mm;^粒徑≤2.0 mm的為30 % ,以重量計(jì)，合計(jì)為100 %，將其混合均勻；孔隙液體為糖溶液，所述的糖為蔗糖。調(diào)制溶液濃度(本實(shí)施例濃度為56 %)，利用阿貝折射儀測(cè)定蔗糖溶液在試驗(yàn)溫度(本實(shí)施例為20°C)下的折射率(本實(shí)施例為1.434)，使其與氟化鈣的折射率一致。
[0027]⑵混配:根據(jù)試驗(yàn)條件與試樣的尺寸大小計(jì)算確定氟化鈣顆粒和孔隙液體的用量，先將氟化鈣顆粒分層填入模具中，并分3~4次擊實(shí)，以控制試樣的密實(shí)度為20 %~80% ;然后在模具中注入孔隙液體，靜置24小時(shí)~48小時(shí)；
本實(shí)施例在模具中填入一定量后，對(duì)氟化鈣顆粒進(jìn)行預(yù)壓；分3次擊實(shí)，控制試樣的密實(shí)度為30 % ;然后在模具中注入孔隙液體，靜置24小時(shí)；
⑶抽真空:利用抽真空裝置抽除氟化鈣顆粒之間的氣泡，使其達(dá)到充分飽和狀態(tài)，利用吸球抽去高出氟化鈣顆粒的孔隙液體，制得模擬飽和砂土的透明土，其物理特性為:密度1.98 g/ cm 3~2.5g/ cm 3,重度19kN/m3~25kN/m3，密實(shí)度20 %~80 % ;力學(xué)特性為:內(nèi)摩擦角34。~35。，彈性模量12MPa~7IMPa,泊松比0.2~0.45。
[0028]本實(shí)施例所制透明土的物理特性為:密度2.lg/ Cm 3，重度21kN/m3，密實(shí)度30 % ；力學(xué)特性為:內(nèi)摩擦角34°，彈性模量17MPa，泊松比0.35。
[0029]實(shí)施例2:
在步驟⑴中，選擇氟化鈣顆粒0.25 mm<粒徑< 0.5 mm的為20 % , 0.5 mm<粒徑< 1.0mm的為30 % , 1.0 mm;^粒徑< 1.5 mm的為30 % , 1.5 mm;^粒徑≤2.0 mm的為20 % ,以重量計(jì)，合計(jì)為100 %，將其混合均勻；所述孔隙液體為氯化鈉溶液，其濃度為54 % ；
在步驟⑵中，根據(jù)試驗(yàn)條件與試樣的尺寸大小計(jì)算確定氟化鈣顆粒和孔隙液體的用量，先將調(diào)配好的孔隙液體裝在容器中，并將氟化鈣顆粒緩慢、均勻、分散地倒入容器中，傾倒過(guò)程中不斷攪拌排出氣泡，并保持氟化鈣顆粒始終在孔隙液體液面以下；
本實(shí)施例所制透明土的物理特性為:密度2.0g/ cm 3，重度20kN/m3，密實(shí)度40 % ;力學(xué)特性為:內(nèi)摩擦角34。，彈性模量20MPa,泊松比0.4。
[0030]余同實(shí)施例1。
[0031]實(shí)施例3:
在步驟⑴中，選擇氟化鈣顆粒0.25 mm<粒徑< 0.5 mm的為10 % , 0.5 mm<粒徑< 1.0mm的為40 % , 1.0 mm;^粒徑< 1.5 mm的為35 % , 1.5 mm;^粒徑≤2.0 mm的為15 %，以重量計(jì)，合計(jì)為100 %，將其混合均勻；所述孔隙液體為溴化鈣溶液，其濃度為45 % ；
在步驟⑵中，控制試樣其密實(shí)度為50 %。
[0032]本實(shí)施例所制透明土的物理特性為:密度1.53g/ cm3，重度15kN/m3，密實(shí)度50 % ；力學(xué)特性為:內(nèi)摩擦角35。，彈性模量25MPa，泊松比0.3。
[0033]余同實(shí)施例1。
[0034]實(shí)施例4: 一種氟化鈣在配制透明土中的應(yīng)用，配制透明土?xí)r，用作透明固體材料，所述氟化鈣為粒徑< 0.074 mm的顆粒，其顆粒為不規(guī)則形狀，折射率1.434，密度3.18g/ cm 3。
[0035]一種透明土，它由氟化鈣與相同折射率的無(wú)色孔隙液體經(jīng)備料、混配、抽真空、固結(jié)步驟配制而成，所述氟化鈣為粒徑< 0.074 mm的顆粒，其顆粒為不規(guī)則形狀，折射率1.434，密度3.18g/cm3;所述透明土的物理特性為:密度1.98g/cm 3?2.5g/cm 3，重度20kN/m3?26kN/m3，固結(jié)度OCR值0.8?3 ;力學(xué)特性為:凝聚力IkPa?3kPa，內(nèi)摩擦角22。?26。，彈性模量5MPa?9MPa,泊松比0.20?0.35。
[0036]本發(fā)明所述的孔隙液體為糖溶液或氯化鈉溶液或溴化鈣溶液或正12烷與甘油的混合物中的一種。
[0037]本實(shí)施例所述的透明土可用來(lái)模擬飽和黏土。
[0038]一種透明土的生產(chǎn)方法，它包括以下步驟:
⑴備料:選擇粒徑< 0.074 mm的氟化鈣顆粒，其顆粒為不規(guī)則形狀，清洗雜質(zhì)并烘干，所述氟化鈣折射率1.434，透光率95 %，容重3.18g/ cm 3 ;選擇無(wú)色孔隙液體，調(diào)節(jié)溶液濃度，使孔隙液體的折射率與氟化鈣的折射率一致；
本發(fā)明在步驟⑴中，所述的孔隙液體為糖溶液或氯化鈉溶液或溴化鈣溶液或正12烷與甘油的混合物中的一種。
[0039]本實(shí)施例選擇粒徑< 0.074 mm的氟化鈣顆粒；孔隙液體為糖溶液，所述的糖為蔗糖。調(diào)制溶液濃度(本實(shí)施例濃度為56 %)，利用阿貝折射儀測(cè)定蔗糖溶液在試驗(yàn)溫度(本實(shí)施例為20°C)下的折射率(本實(shí)施例為1.434)，使其與氟化鈣的折射率一致。
[0040]⑵混配:根據(jù)試驗(yàn)條件與試樣的尺寸大小計(jì)算確定氟化鈣顆粒和孔隙液體的用量，先將氟化鈣顆粒分層填入模具中，并分3?4次擊實(shí)，以控制試樣的密度；然后在模具中注入孔隙液體，靜置24小時(shí)?48小時(shí)；
本實(shí)施例在模具中填入一定量后，對(duì)氟化鈣顆粒進(jìn)行預(yù)壓；分3次擊實(shí)，以控制試樣的密度；然后在模具中注入孔隙液體，靜置24小時(shí)；
⑶抽真空:利用抽真空裝置抽除氟化鈣顆粒之間的氣泡，使其達(dá)到充分飽和狀態(tài)，利用吸球抽去高出氟化鈣顆粒的孔隙液體；
⑷固結(jié):在固結(jié)儀中進(jìn)行固結(jié)，制得模擬飽和黏土的透明土，其物理特性為:密度
1.98g/ cm 3?2.5g/ cm 3，重度20kN/m3?26kN/m3，固結(jié)度OCR值0.8?3 ;力學(xué)特性為:凝聚力I kPa?3kPa，內(nèi)摩擦角22。?26。，彈性模量5MPa?9MPa，泊松比0.20?0.35。
[0041]本實(shí)施例所制透明土的物理特性為:密度1.98g/cm3，重度20kN/m3，固結(jié)度OCR值
0.8 ;力學(xué)特性為:凝聚力I kPa，內(nèi)摩擦角22°，彈性模量5MPa，泊松比0.35。
[0042]實(shí)施例5:
在步驟⑴中，所述孔隙液體為氯化鈉溶液，其濃度為54 % ；
在步驟⑵中，根據(jù)試驗(yàn)條件與試樣的尺寸大小計(jì)算確定氟化鈣顆粒和孔隙液體的用量，先將調(diào)配好的孔隙液體裝在容器中，并將氟化鈣顆粒緩慢、均勻、分散地倒入容器中，傾倒過(guò)程中不斷攪拌排出氣泡，并保持氟化鈣顆粒始終在孔隙液體液面以下；
本實(shí)施例所制透明土的物理特性為:密度2.3g/cm3，重度23kN/m3，固結(jié)度OCR值1.5 ；力學(xué)特性為:凝聚力2 kPa，內(nèi)摩擦角23。，彈性模量8MPa，泊松比0.30。
[0043]余同實(shí)施例4。[0044]實(shí)施例6:
在步驟⑴中，所述孔隙液體為溴化鈣溶液，其濃度為45 % ；
本實(shí)施例所制透明土的物理特性為:密度2.18/0113，重度211^/1113，固結(jié)度00?值1.0;力學(xué)特性為:凝聚力IkPa,內(nèi)摩擦角22。，彈性模量6MPa，泊松比0.30。
[0045]余同實(shí)施例4。
[0046]實(shí)施例7:
在步驟⑴中，所述孔隙液體為正12烷(折射率為1.421)與甘油(折射率為1.473)的混合物，通過(guò)調(diào)整正12烷與甘油的的質(zhì)量比來(lái)改變混合油的折射率，使其與氟化鈣顆粒的折射率一致；本實(shí)施例正12烷與甘油的的質(zhì)量比為1:3 ；
本實(shí)施例所制透明土的物理特性為:密度2.3g/cm3，重度23kN/m3，固結(jié)度OCR值1.5 ；力學(xué)特性為:凝聚力3kPa，內(nèi)摩擦角26。，彈性模量8MPa，泊松比0.35。
[0047]余同實(shí)施例4。
【權(quán)利要求】
1.一種氟化鈣在配制透明土中的應(yīng)用，其特征是配制透明土?xí)r，用作透明固體材料，所述氟化鈣為粒徑0.25 IM~2.0 mm的顆粒，其顆粒為不規(guī)則形狀，折射率1.434，密度3.18g/cm 3。
2.一種氟化鈣在配制透明土中的應(yīng)用，其特征是配制透明土?xí)r，用作透明固體材料，所述氟化鈣為粒徑≤0.074 mm的顆粒，其顆粒為不規(guī)則形狀，折射率1.434，密度3.18g/ cm 3。
3.—種透明土，其特征是它由氟化鈣與相同折射率的無(wú)色孔隙液體經(jīng)備料、混配、抽真空步驟配制而成，所述氟化鈣為粒徑0.25 mm~2.0 mm的顆粒，其顆粒為不規(guī)則形狀，折射率1.434，密度3.18g/ cm 3 ;所述的氟化鈣顆粒0.25 mm<粒徑≤ 0.5 mm的為10 %~50 %，0.5mm≤粒徑≤1.0 mm的為10 %~50 % , 1.0 mm≤粒徑≤1.5腿的為10 %~50 % , 1.5腿≤粒徑≤2.0 mm的為10 %~50 %，以重量計(jì)，合計(jì)為100 % ;所述透明土的物理特性為:密度1.98g/cm3~2.5g/cm3，重度19kN/m3~25kN/m3，密實(shí)度20 %~80 % ;力學(xué)特性為:內(nèi)摩擦角34。~35。，彈性模量12MPa~7IMPa,泊松比0.2~0.45。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的透明土，其特征是所述的孔隙液體為糖溶液或氯化鈉溶液或溴化鈣溶液中的一種。
5.一種透明土，其特征是它由氟化鈣與相同折射率的無(wú)色孔隙液體經(jīng)備料、混配、抽真空、固結(jié)步驟配制而成，所述氟化鈣為粒徑< 0.074 mm的顆粒，其顆粒為不規(guī)則形狀，折射率1.434，密度3.18g/ cm 3 ;所述透明土的物理特性為:密度1.98g/ cm 3~2.5g/ cm 3，重度20kN/m3~26kN/m3，固結(jié)度OCR值0.8~3 ;力學(xué)特性為:凝聚力1 kPa~3kPa，內(nèi)摩擦角22。~26。，彈性模量5MPa~9MPa,泊松比0.20~0.35。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的透明土，其特征是所述的孔隙液體為糖溶液或氯化鈉溶液或溴化鈣溶液或正12烷與甘油的混合物中的一種。
7.—種透明土的生產(chǎn)方法，其特征是它包括以下步驟: ⑴備料:選擇粒徑為0.25 mm~2.0 mm的氟化鈣顆粒，其顆粒為不規(guī)則形狀，清洗雜質(zhì)并烘干，所述氟化鈣折射率1.434，密度3.18g/ cm 3 ;選擇無(wú)色孔隙液體，調(diào)節(jié)溶液濃度，使孔隙液體的折射率與氟化鈣的折射率一致； 在步驟⑴中，所述的氟化鈣顆粒0.25 mm≤粒徑≤0.5 mm的為10 %~50 %,0.5粒徑≤ 1.0 mm的為 10 % ~50 % , 1.0 mm;^粒徑≤ 1.5 mm的為 10 % ~50 % , 1.5 mm;^粒徑≤2.0 mm的為10 %~50 %，以重量計(jì)，合計(jì)為100 % ； ⑵混配:根據(jù)試驗(yàn)條件與試樣的尺寸大小計(jì)算確定氟化鈣顆粒和孔隙液體的用量，先將氟化鈣顆粒分層填入模具中，并分3~4次擊實(shí)；然后在模具中注入孔隙液體； 或者先將調(diào)配好的孔隙液體裝在容器中，并將氟化鈣顆粒緩慢、均勻、分散地倒入容器中，傾倒過(guò)程中不斷攪拌排出氣泡，并保持氟化鈣顆粒始終在孔隙液體液面以下； ⑶抽真空:利用抽真空裝置抽除氟化鈣顆粒之間的氣泡，利用吸球抽去高出氟化鈣顆粒的孔隙液體，制得模擬飽和砂土的透明土，其物理特性為:密度1.98 g/ cm 3~2.5g/ cm3，重度19kN/m3~25kN/m3，密實(shí)度20 %~80 % ;力學(xué)特性為:內(nèi)摩擦角34°~35°，彈性模量12MPa~7IMPa,泊松比0.2~0.45。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述透明土的生產(chǎn)方法，其特征是其特征是在步驟⑴中，所述的孔隙液體為糖溶液或氯化鈉溶液或溴化?丐溶液中的一種。
9.一種透明土的生產(chǎn)方法，其特征是它包括以下步驟:⑴備料:選擇粒徑< 0.074 IM的氟化鈣顆粒，其顆粒為不規(guī)則形狀，清洗雜質(zhì)并烘干，所述氟化鈣折射率1.434，透光率95 %，容重3.18g/ cm 3 ;選擇無(wú)色孔隙液體，調(diào)節(jié)溶液濃度，使孔隙液體的折射率與氟化鈣的折射率一致； ⑵混配:根據(jù)試驗(yàn)條件與試樣的尺寸大小計(jì)算確定氟化鈣顆粒和孔隙液體的用量，先將氟化鈣顆粒分層填入模具中，并分3~4次擊實(shí)；然后在模具中注入孔隙液體； 或者先將調(diào)配好的孔隙液體裝在容器中，并將氟化鈣顆粒緩慢、均勻、分散地倒入容器中，傾倒過(guò)程中不斷攪拌排出氣泡，并保持氟化鈣顆粒始終在孔隙液體液面以下； ⑶抽真空:利用抽真空裝置抽除氟化鈣顆粒之間的氣泡，利用吸球抽去高出氟化鈣顆粒的孔隙液體； ⑷固結(jié):在固結(jié)儀中進(jìn)行固結(jié)，制得模擬飽和黏土的透明土，其物理特性為:密度.1.98g/ cm 3~2.5g/ cm 3，重度20kN/m3~26kN/m3，固結(jié)度OCR值0.8~3 ;力學(xué)特性為:凝聚力I kPa~3kPa,內(nèi)摩擦角22。~26。，彈性模量5MPa~9MPa,泊松比0.20~0.35。
10.根據(jù)權(quán)利 要求9所述透明土的生產(chǎn)方法，其特征是在步驟⑴中，所述的孔隙液體為糖溶液或氯化鈉溶液或溴化鈣溶液或正12烷與甘油的混合物中的一種。
【文檔編號(hào)】G01N1/28GK103913359SQ201410177603
【公開日】2014年7月9日 申請(qǐng)日期:2014年4月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月30日
【發(fā)明者】孔綱強(qiáng) 申請(qǐng)人:湖南城市學(xué)院