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能量樁－土荷載、溫度傳遞機理模型試驗裝置和試驗方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種可視化能量樁－土荷載、溫度傳遞機理模型試驗裝置和試驗方法，其特征是它包括透明模型槽，槽內設有埋設在模擬樁周土、樁端土的透明土中的透明能量樁，所述透明能量樁為空心，樁底封閉，樁內布置有傳熱管，所述傳熱管與冷熱循環(huán)機構聯(lián)接；透明能量樁樁側埋設有測量透明能量樁樁體軸力變形和溫度變化的光纖光柵，樁底埋設有測量透明能量樁樁底應力的土壓力盒，透明模型槽外一側設有安裝在移動機構上的激光源，透明模型槽外的正視面、俯視面設有可觀察透明模型槽空間的數(shù)碼相機，數(shù)碼相機通過數(shù)據(jù)線與處理裝置聯(lián)接；本發(fā)明試驗裝置操作簡便，可重復性強；配制的透明土與天然土土體性質的相似性好；試驗方法可用來探索能量樁－土傳熱機理及荷載傳遞機理。
【專利說明】能量粧一 土荷載、溫度傳遞機理模型試驗裝置和試驗方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種建筑樁基礎和地源熱泵的模型試驗，具體地說是一種能量樁一土荷載、溫度傳遞機理模型試驗裝置和試驗方法，特別是涉及一種可視化能量樁一土荷載、溫度傳遞機理模型試驗裝置和試驗方法。
【背景技術】
[0002]地源熱泵技術，是利用地下的土壤、地表水、地下水等溫度相對穩(wěn)定的特性，通過消耗少量電能，在冬天把低位熱源中的熱量轉移到需要供熱或加溫的地方，在夏天將室內的余熱轉移到低位熱源中，達到降溫或制冷的目的。直接將換熱管埋于建筑物的混凝土樁基中稱作能量樁，它可以有效解決專門埋管的施工步驟和地埋管占用地下空間等問題，從而大大節(jié)省工程造價，近年來逐漸得到工程技術人員的關注。但是，如何確定冷熱循環(huán)作用下樁一土之間能量傳遞規(guī)律，及其溫度對樁基承載力的影響規(guī)律，是直接影響能量樁技術推廣應用的關鍵。
[0003]文獻I《能量樁換熱管不同埋設方式儲熱模擬研究》(趙嵩穎，等.建筑節(jié)能，2012，40(11): 66-67,74.)、文獻2《地源熱泵樁基與鉆孔埋管換熱器換熱性能比較》(桂樹強，等.土木建筑與環(huán)境工程，2013，35(3): 151-156.)基于數(shù)值模擬軟件，分析了能量樁樁一土之間能量傳遞規(guī)律。該方法可以揭示樁基溫度變化情況下，樁周土體溫度場的變化規(guī)律；但是基于數(shù)值模擬軟件的分析方法，往往由于受限于土體參數(shù)及材料本構模型的選擇、樁一土接觸面形式的設置、以及數(shù)值模型準確性與可靠性驗證等因素影響而無法真實可靠的分析溫度變化對樁基承載力的影響規(guī)律。
[0004]文獻3《螺旋埋管地熱換熱器的線圈熱源模型及其解析》(李新，等.熱能動力工程，2011，26(4): 475-479.)、文獻4《地埋管換熱器和能量樁傳熱性能研究》(張正威，等.第21屆全國結構工程學術會議[C].2012,pp: 76-86.)基于理論分析方法，建立了樁一土傳熱理論計算模型。該方法可以揭示樁一土能量傳遞規(guī)律；但是基于理論模型的分析方法，往往由于邊界面假定、理論模型基本假設等因素影響而無法考慮復雜的真實地質情況下的樁一土之間能量傳遞規(guī)律。
[0005]文獻5《地下連續(xù)墻內埋管換熱器傳熱性能的試驗研究》(孫猛，等.中國礦業(yè)大學學報，2012，41 (2): 225-230.)基于上海自然博物館地下連續(xù)墻內埋管的傳熱性能進行了現(xiàn)場試驗研究，分析了埋管布置形式、循環(huán)水流速、進水溫度和運行模式對換熱效果的影響。該方法可以真實的測得溫度影響下樁一土之間能量傳遞規(guī)律，以及溫度影響下樁基承載力值；但是，常規(guī)的試驗條件下樁身軸力、樁體溫度以及樁周土體溫度都是點式、埋入式的，而且現(xiàn)場試驗費用昂貴；由于地質條件的差異，現(xiàn)場試驗所得到的結果，可推廣性小。
[0006]全氟環(huán)狀聚合物，英文名為Cytop，產(chǎn)品形狀不規(guī)則，由日本旭硝子公司(網(wǎng)址http://www.agcce.eu.com/Cytop.asp)研發(fā)和生產(chǎn),其折射率為1.34,透光率為95 % ,容重為2.03g/ cm 3，吸水性< 0.01 %，線膨脹系數(shù)7.4X 10?5 cm / cm /°C。主要應用于半導體制造中的保護膜涂料，通訊光纖等方面。[0007]冰晶石(Cryolite)是一種礦物，化學名為六氟鋁酸鈉(Na3AlF6),單斜晶系，柱狀晶體或塊狀體，無氣味，易吸水受潮，熔點1009°C，摩氏硬度2.5，密度2.97 g /cm3?3.0g/cm3，折射率1.338?1.339，雙折射率0.001，正光性，色散值0.024，玻璃光澤至油脂光澤，透明，無色、白色、褐色或紅色，產(chǎn)于侵入片麻巖的花崗巖及偉晶巖脈中，主要產(chǎn)地為格陵蘭，可用氫氟酸法、氟硅酸法、碳酸化法等方法人工合成。主要用作鋁電解的助熔劑；也用作研磨產(chǎn)品的耐磨添加劑，可以有效提高砂輪耐磨，切，削力，延長砂輪使用壽命和存儲時間；鐵合金及沸騰鋼的熔劑，有色金屬熔劑，鑄造的脫氧劑，鏈烯烴聚合催化劑，以及用于玻璃抗反射涂層，搪瓷的乳化劑，玻璃的乳白劑，焊材的助熔劑陶瓷業(yè)的填充劑，農藥的殺蟲劑等行業(yè)企業(yè)。
[0008]氟化鈣，化學式為CaF2，俗稱螢石或氟石，透明度高，無色結晶或白色粉末，難溶于水，微溶于無機酸，熔點1402°C，沸點2497°C，折射率為1.434，密度3.18g/cm3?？捎锰妓徕}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。實驗室一般用碳酸鈣與氫氟酸作用或用濃鹽酸和氫氟酸反復處理螢石粉來制備氟化鈣。主要用于冶金、化工和建材三大行業(yè)，其次用于輕工、光學、雕刻和國防工業(yè)。
[0009]由于全氟環(huán)狀聚合物顆粒、冰晶石顆粒、氟化鈣顆粒具有高透明度，高透光率、低折射率等特點，且其顆粒物理力學性質與天然土顆粒的物理力學性質相似，因此，可以在配制透明土中用作透明固體材料。

【發(fā)明內容】

[0010]本發(fā)明的目的是提供一種可視化能量樁一土荷載、溫度傳遞機理模型試驗裝置和試驗方法，它能更合理、可靠的分析冷熱循環(huán)作用下能量樁樁一土傳熱機理，樁周土體溫度場的變化規(guī)律，以及溫度影響下樁基承載力的變化規(guī)律，使之達到實際工程應用中對樁一土相互作用機理的要求。
[0011]本發(fā)明是采用如下技術方案實現(xiàn)其發(fā)明目的的，一種能量樁一土荷載、溫度傳遞機理模型試驗裝置，它包括透明模型槽，透明模型槽內設有埋設在模擬樁周土、樁端土的透明土中的透明能量樁，所述透明能量樁為空心，樁底封閉，透明能量樁內布置有傳熱管，所述傳熱管與冷熱循環(huán)機構聯(lián)接；透明能量樁樁側埋設有測量透明能量樁樁體軸力變形和溫度變化的光纖光柵，樁底埋設有測量透明能量樁樁底應力的土壓力盒，透明模型槽外一側設有安裝在移動機構上的激光源，透明模型槽外的正視面、俯視面設有可觀察透明模型槽空間的數(shù)碼相機，數(shù)碼相機通過數(shù)據(jù)線與處理裝置聯(lián)接；激光照射透明模型槽形成透明模型槽的豎向面或水平面的激光切面，由數(shù)碼相機記錄樁周土體散斑場和透明度，確定冷熱循環(huán)作用下和樁頂荷載作用下透明能量樁樁周土體溫度場和位移場的變化規(guī)律。
[0012]本發(fā)明所述冷熱循環(huán)機構包括恒溫水槽、水泵，傳熱管通過水泵與恒溫水槽聯(lián)接，使恒溫水槽內的恒溫水在傳熱管與恒溫水槽之間循環(huán)流動。
[0013]本發(fā)明所述移動機構包括底座，底座上設有支架，支架之間設有滑桿，所述激光源安裝在支桿上，支桿通過滑塊安裝在滑桿上；所述激光源可在支桿上豎直移動，所述支桿可在滑桿上水平移動，使激光源可以在任意位置形成透明模型槽的豎向面或水平面的激光切面。[0014]當需制得模擬飽和砂土的透明土時，本發(fā)明所述透明土它由全氟環(huán)狀聚合物與相同折射率的無色孔隙液體經(jīng)備料、混配、抽真空步驟配制而成，所述全氟環(huán)狀聚合物為粒徑
0.25IM~2.0 mm的顆粒，其顆粒為不規(guī)則形狀，折射率1.34，密度2.03g/ cm3，透光率95 %，吸水性< 0.01 % ;所述透明土的物理特性為:密度1.53 g/ cm 3~2.0g/ cm 3，重度15kN/m3~20kN/m3，密實度20 %~80 % ;力學特性為:內摩擦角30。~31。，彈性模量8MPa~50MPa，泊松比0.2~0.45 ;所述的孔隙液體為糖溶液或氯化鈉溶液或酒精溶液或溴化鈣溶液中的一種。
[0015]本發(fā)明所述的全氟環(huán)狀聚合物顆粒0.25111111<粒徑<0.5111111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,合計為100 %。
[0016]當需制得模擬飽和黏土的透明土時，本發(fā)明所述透明土它由全氟環(huán)狀聚合物與相同折射率的無色孔隙液體經(jīng)備料、混配、抽真空、固結步驟配制而成，所述全氟環(huán)狀聚合物為粒徑< 0.074 mm的顆粒，其顆粒為不規(guī)則形狀，折射率1.34，密度2.03g/ cm 3，透光率95%，吸水性< 0.01 % ;所述透明土的物理特性為:密度1.63g/ cm 3~2.0g/ cm 3，重度16kN/m3~20kN/m3，固結度OCR值0.8~3 ;力學特性為:凝聚力IkPa~3kPa，內摩擦角19。~22°，彈性模量5MPa~9MPa，泊松比0.20~0.35 ;所述的孔隙液體為糖溶液或氯化鈉溶液或酒精溶液或溴化鈣溶液中的一種。
[0017]當需制得模擬飽和砂土的透明土時，本發(fā)明所述透明土它由冰晶石與相同折射率的無色孔隙液體經(jīng)備料、混配、抽真空步驟配制而成，所述冰晶石為粒徑0.25 IM~2.0 mm的顆粒，其顆粒為不規(guī)則形狀，折射率1.338~1.339，密度2.97g/ cm 3~3.0g/ 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19kN/m3~25kN/m3，密實度20 %~80 % ;力學特性為:內摩擦角34°~35°，彈性模量12MPa~71MPa，泊松比0.2~0.45 ;所述的孔隙液體為糖溶液或氯化鈉溶液或酒精溶液或溴化鈣溶液中的一種。
[0018]本發(fā)明所述的冰晶石顆粒0.25mm;^粒徑<0.5mm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，合計為100 %。
[0019]當需制得模擬飽和黏土的透明土時，本發(fā)明所述透明土它由冰晶石與相同折射率的無色孔隙液體經(jīng)備料、混配、抽真空、固結步驟配制而成，所述冰晶石為粒徑< 0.074 mm的顆粒，其顆粒為不規(guī)則形狀，折射率1.338~1.339，密度2.97 g/ cm 3~3.0g/ 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，固結度OCR值0.8~3 ;力學特性為:凝聚力IkPa~3kPa，內摩擦角22°~26°，彈性模量5MPa~9MPa，泊松比0.20~0.35 ;所述的孔隙液體為糖溶液或氯化鈉溶液或酒精溶液或溴化鈣溶液中的一種。
[0020]當需制得模擬飽和砂土的透明土時，本發(fā)明所述透明土它由氟化鈣與相同折射率的無色孔隙液體經(jīng)備料、混配、抽真空步驟配制而成，所述氟化鈣為粒徑0.25 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 ;所述透明土的物理特性為:密度1.98g/ cm 3~2.5g/ cm 3，重度19kN/m3~25kN/m3，密實度20 %~80 % ;力學特性為:內摩擦角34。~35。，彈性模量12MPa~7IMPa,泊松比0.2~0.45 ;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。[0021]本發(fā)明所述的氟化鈣顆粒0.25mm<粒徑<0.5mm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，合計為100 % ；
當需制得模擬飽和黏土的透明土時，本發(fā)明所述透明土它由氟化鈣與相同折射率的無色孔隙液體經(jīng)備料、混配、抽真空、固結步驟配制而成，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，固結度OCR值0.8~3 ;力學特性為:凝聚力I kPa~3kPa，內摩擦角22。~26。，彈性模量5MPa~9MPa，泊松比0.20~0.35 ;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。
[0022]一種能量樁一土荷載、溫度傳遞機理模型試驗方法，它包括以下過程:
⑴建模:根據(jù)試驗要求分別制作透明模型槽和透明能量樁，所述透明能量樁為空心，其樁底封閉，透明能量樁內布置有傳熱管，樁側埋設有光纖光柵，樁底埋設有土壓力盒；
⑵安裝:將透明能量樁置入透明模型槽并填入透明土 ；傳熱管與冷熱循環(huán)機構聯(lián)接；透明模型槽外一側在移動機構上安裝好激光源，在透明模型槽外的正視面、俯視面分別安裝數(shù)碼相機，數(shù)碼相機通過數(shù)據(jù)線與處理裝置聯(lián)接；打開激光源，檢查其在透明土體內部形成的顆粒切面明亮度，調整激光角度，使切面垂直入射，通過透明能量樁中心線；打開數(shù)碼相機，調整數(shù)碼相機鏡頭，使其能涵括整個試驗畫面；
⑶試驗:根據(jù)實驗設計，在透明能量樁樁頂加載，并按照設計溫度對樁體進行溫度控制；由數(shù)碼相機記錄樁周土體散斑場和透明度的變化情況，將記錄數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)線送入處理裝置，并記錄樁側光纖光柵的變形讀數(shù)和溫度讀數(shù)，以及樁端土壓力盒的讀數(shù)；
⑷重復過程⑴~過程⑶，可通過處理裝置觀測分析在不同樁周土體特性、不同樁基形式和不同樁體溫度情況下的樁一土傳熱和荷載傳遞機理，完成能量樁一土荷載、溫度傳遞機理的模型試驗。
[0023]本發(fā)明在過程⑵中，所述冷熱循環(huán)機構包括恒溫水槽、水泵，傳熱管通過水泵與恒溫水槽聯(lián)接，使恒溫水2內的恒溫水在傳熱管與恒溫水槽之間循環(huán)流動；所述移動機構包括底座，底座上設有支架，支架之間設有滑桿，所述激光源安裝在支桿上，支桿通過滑塊安裝在滑桿上；所述激光源可在支桿上豎直移動，所述支桿可在滑桿上水平移動，使激光源可以在任意位置形成透明模型槽的豎向面或水平面的激光切面。
[0024]當需制得模擬飽和砂土的透明土時，本發(fā)明在過程⑵中，所述填入透明土包括備料、混配、抽真空步驟:
所述備料為選擇粒徑為0.25 mm~2.0 mm的全氟環(huán)狀聚合物顆粒，其顆粒為不規(guī)則形狀，清洗雜質并烘干，所述全氟環(huán)狀聚合物折射率1.34，密度2.03g/ cm 3，透光率95 %，吸水性<0.01 % ;選擇無色孔隙液體，調節(jié)溶液濃度，使孔隙液體的折射率與全氟環(huán)狀聚合物的折射率一致；所述的孔隙液體為糖溶液或氯化鈉溶液或酒精溶液或溴化鈣溶液中的一種；
所述的全氟環(huán)狀聚合物顆粒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 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，合計為100 % ；
所述混配為根據(jù)試驗條件與試樣的尺寸大小計算確定全氟環(huán)狀聚合物顆粒和孔隙液體的用量，先將全氟環(huán)狀聚合物顆粒分層填入透明模型槽中，并分3~4次擊實；然后在透明模型槽中注入孔隙液體；
或者先將調配好的孔隙液體裝在透明模型槽中，并將全氟環(huán)狀聚合物顆粒緩慢、均勻、分散地倒入透明模型槽中，傾倒過程中不斷攪拌排出氣泡，并保持全氟環(huán)狀聚合物顆粒始終在孔隙液體液面以下；
所述抽真空為利用抽真空裝置抽除全氟環(huán)狀聚合物顆粒之間的氣泡，利用吸球抽去高出全氟環(huán)狀聚合物顆粒的孔隙液體，制得模擬飽和砂土的透明土，其物理特性為:密度1.538/0113~2.(^/0113，重度151^/1113~201^/1113，密實度20 % ~80 % ;力學特性為:內摩擦角30。~31。，彈性模量8MPa~50MPa,泊松比0.2~0.45。
[0025]當需制得模擬飽和黏土的透明土時，在過程⑵中，所述填入透明土包括備料、混配、抽真空、固結步驟:
所述備料為選擇粒徑≤0.074 mm的全氟環(huán)狀聚合物顆粒，其顆粒為不規(guī)則形狀，清洗雜質并烘干，所述全氟環(huán)狀聚合物折射率1.34，密度2.03g/ cm 3，透光率95 %，吸水性<0.01 % ;選擇無色孔隙液體，調節(jié)溶液濃度，使孔隙液體的折射率與全氟環(huán)狀聚合物的折射率一致；所述的孔隙液體為糖溶液或氯化鈉溶液或酒精溶液或溴化鈣溶液中的一種；所述混配為根據(jù)試驗條件與試樣的尺寸大小計算確定全氟環(huán)狀聚合物顆粒和孔隙液體的用量，先將全氟環(huán)狀聚合物顆粒分層填入透明模型槽中，并分3~4次擊實；然后在透明模型槽中注入孔隙液體；
或者先將調配好的孔隙液體裝在透明模型槽中，并將全氟環(huán)狀聚合物顆粒緩慢、均勻、分散地倒入透明模型槽中，傾倒過程中不斷攪拌排出氣泡，并保持全氟環(huán)狀聚合物顆粒始終在孔隙液體液面以下；
所述抽真空為利用抽真空裝置抽除全氟環(huán)狀聚合物顆粒之間的氣泡，利用吸球抽去高出全氟環(huán)狀聚合物顆粒的孔隙液體；
所述固結為在固結儀中進行固結，制得透明固體材料為全氟環(huán)狀聚合物顆粒，模擬飽和黏土的透明土，其物理特性為:密度1.63g/ cm 3~2.0g/ cm 3，重度16kN/m3~20kN/m3，固結度OCR值0.8~3 ;力學特性為:凝聚力IkPa~3kPa，內摩擦角19°~22°，彈性模量5MPa ~9MPa,泊松比 0.20 ~0.35。
[0026]當需制得模擬飽和砂土的透明土時，本發(fā)明在過程⑵中，所述填入透明土包括備料、混配、抽真空步驟:
所述備料為選擇粒徑0.25 mm~2.0 mm的冰晶石顆粒，其顆粒為不規(guī)則形狀，清洗雜質并烘干，所述冰晶石折射率1.338~1.339，密度2.97g/ cm 3~3.0g/ cm 3 ;選擇無色孔隙液體，調節(jié)溶液濃度，使孔隙液體的折射率與冰晶石的折射率一致；所述的孔隙液體為糖溶液或氯化鈉溶液或酒精溶液或溴化鈣溶液中的一種；
所述的冰晶石顆粒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 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，合計為100 % ；
所述混配為根據(jù)試驗條件與試樣的尺寸大小計算確定冰晶石顆粒和孔隙液體的用量，先將冰晶石顆粒分層填入透明模型槽中，并分3~4次擊實；然后在透明模型槽中注入孔隙液體；或者先將調配好的孔隙液體裝在容器中，并將冰晶石顆粒緩慢、均勻、分散地倒入容器中，傾倒過程中不斷攪拌排出氣泡，并保持冰晶石顆粒始終在孔隙液體液面以下；
所述抽真空為利用抽真空裝置抽除冰晶石顆粒之間的氣泡，利用吸球抽去高出冰晶石顆粒的孔隙液體，制得模擬飽和砂土的透明土，其物理特性為:密度1.98 g/cm3~2.5g/cm3，重度19kN/m3~25kN/m3，密實度20 %~80 % ;力學特性為:內摩擦角34°~35°，彈性模量12MPa~7IMPa,泊松比0.2~0.45。
[0027]當需制得模擬飽和黏土的透明土時，在過程⑵中，所述填入透明土包括備料、混配、抽真空、固結步驟:
所述備料為選擇粒徑< 0.074 mm的冰晶石顆粒，其顆粒為不規(guī)則形狀，清洗雜質并烘干，所述冰晶石折射率1.338~1.339，密度2.97 g / cm 3~3.0 g/cm3 ;選擇無色孔隙液體，調節(jié)溶液濃度，使孔隙液體的折射率與冰晶石的折射率一致；所述的孔隙液體為糖溶液或氯化鈉溶液或酒精溶液或溴化鈣溶液中的一種；
所述混配為根據(jù)試驗條件與試樣的尺寸大小計算確定冰晶石顆粒和孔隙液體的用量，先將冰晶石顆粒分層填入透明模型槽中，并分3~4次擊實；然后在透明模型槽中注入孔隙液體；
或者先將調配好的孔隙液體裝在透明模型槽中，并將冰晶石顆粒緩慢、均勻、分散地倒入透明模型槽中，傾倒過程中不斷攪拌排出氣泡，并保持冰晶石顆粒始終在孔隙液體液面以下； 所述抽真空為利用抽真空裝置抽除冰晶石顆粒之間的氣泡，利用吸球抽去高出冰晶石顆粒的孔隙液體；
所述固結為在固結儀中進行固結，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，固結度OCR值0.8~3 ;力學特性為:凝聚力IkPa~3kPa，內摩擦角22。~26。，彈性模量5MPa~9MPa，泊松比0.20~0.35。
[0028]當需制得模擬飽和砂土的透明土時，本發(fā)明在過程⑵中，所述填入透明土包括備料、混配、抽真空步驟:
所述備料為選擇粒徑為0.25 mm~2.0 mm的氟化鈣顆粒，其顆粒為不規(guī)則形狀，清洗雜質并烘干，所述氟化鈣折射率1.434，密度3.18g/ cm 3 ;選擇無色孔隙液體，調節(jié)溶液濃度，使孔隙液體的折射率與氟化鈣的折射率一致；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；
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 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，合計為100 % ；
所述混配為根據(jù)試驗條件與試樣的尺寸大小計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透明模型槽中，并分3~4次擊實；然后在透明模型槽中注入孔隙液體；
或者先將調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；
所述抽真空為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/cm3~2.5g/cm3，重度19kN/m3?25kN/m3，密實度20 %?80 % ;力學特性為:內摩擦角34°?35°，彈性模量12MPa?7IMPa,泊松比0.2?0.45。
[0029]當需制得模擬飽和黏土的透明土時，在過程⑵中，所述填入透明土包括備料、混配、抽真空、固結步驟:
所述備料為選擇粒徑< 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 ;選擇無色孔隙液體，調節(jié)溶液濃度，使孔隙液體的折射率與氟化鈣的折射率一致；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；
所述混配為根據(jù)試驗條件與試樣的尺寸大小計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透明模型槽中，并分3?4次擊實；然后在透明模型槽中注入孔隙液體；
或者先將調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；
所述抽真空為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；
所述固結為在固結儀中進行固結，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，固結度OCR值0.8?3 ;力學特性為:凝聚力I kPa?3kPa，內摩擦角22。?26。，彈性模量5MPa?9MPa，泊松比0.20?0.35。
[0030]由于采用上述技術方案，本發(fā)明較好的實現(xiàn)了發(fā)明目的，試驗方法可行，配制的透明土透明度高，與天然土土體性質的相似性好；試驗裝置操作簡便，易于實現(xiàn)，可重復性強；可用來模擬復雜的地質條件，提高人們對巖土工程問題本質的認識，特別是探索能量樁一土傳熱機理及荷載傳遞機理具有重要意義。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0031]圖1是本發(fā)明試驗裝置的結構示意圖；
圖2是本發(fā)明試驗裝置移動機構的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0032]下面結合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步說明。
[0033]實施例1:(透明固體材料為全氟環(huán)狀聚合物)
由圖1、圖2可知，一種能量樁一土荷載、溫度傳遞機理模型試驗裝置，它包括透明模型槽1，透明模型槽I內設有埋設在模擬樁周土 2、樁端土 3的透明土中的透明能量樁9，所述透明能量樁9為空心，樁底封閉，透明能量樁9內布置有傳熱管10，所述傳熱管10與冷熱循環(huán)機構聯(lián)接；透明能量樁9樁側埋設有測量透明能量樁9樁體軸力變形和溫度變化的光纖光柵14，樁底埋設有測量透明能量樁9樁底應力的土壓力盒15，透明模型槽I外一側設有安裝在移動機構上的激光源，透明模型槽I外的正視面、俯視面設有可觀察透明模型槽I空間的數(shù)碼相機6，數(shù)碼相機6通過數(shù)據(jù)線與處理裝置8聯(lián)接；激光照射透明模型槽I形成透明模型槽I的豎向面或水平面的激光切面，由數(shù)碼相機6記錄樁周土體散斑場16和透明度，確定冷熱循環(huán)作用下和樁頂荷載作用下透明能量樁9樁周土體溫度場和位移場的變化規(guī)律。
[0034]本發(fā)明所述冷熱循環(huán)機構包括恒溫水槽12、水泵11，傳熱管10通過水泵11與恒溫水槽12聯(lián)接，使恒溫水槽12內的恒溫水13在傳熱管10與恒溫水槽12之間循環(huán)流動；所述的恒溫水13由加熱設備或者制冷設備控制恒溫水槽12內水的溫度，與水泵11連接的傳熱管10在進水端和出水端位置安裝有溫度計20。
[0035]本發(fā)明所述移動機構包括底座18，底座18上設有支架17，支架17之間設有滑桿，所述激光源安裝在支桿7上，支桿7通過滑塊19安裝在滑桿上；所述激光源可在支桿7上豎直移動，所述支桿7可在滑桿上水平移動，使激光源可以在任意位置形成透明模型槽I的豎向面或水平面的激光切面。
[0036]本發(fā)明所述透明模型槽I由透明樹脂玻璃制成，所述能量樁9由有機玻璃材料制成，所述傳熱管10為透明塑料管，在能量樁9內布置成U型或W型(本實施例為U型)，所述激光源包括激光器4、線性轉化器5，激光器4為內腔式氦氖激光器，功率為50mW~500mW(本實施例為500mW);所述的線性轉換器5可以將點光源轉化為線性光源，且線性轉化器5轉化成的線性光源可以旋轉方向；
本發(fā)明所述數(shù)碼相機6為高清高速數(shù)碼相機，其分辨率為50 w~500w (本實施例為500w)，幀曝光，幀數(shù)2 5，曝光時間10μ8~IOs (本實施例為10μ8)ο
[0037]當需制得模擬飽和砂土的透明土時，本發(fā)明所述透明土它由全氟環(huán)狀聚合物與相同折射率的無色孔隙液體經(jīng)備料、混配、抽真空步驟配制而成，所述全氟環(huán)狀聚合物為粒徑
0.25 mm~2.0 mm的顆粒，其顆粒為不規(guī)則形狀，折射率1.34，密度2.03g/ cm3，透光率95 %，吸水性< 0.01 % ;所述透明土的物理特性為:密度1.53 g/ cm 3~2.0g/ cm 3，重度15kN/m3~20kN/m3，密實度20 %~80 % ;力學特性為:內摩擦角30。~31。，彈性模量8MPa~50MPa，泊松比0.2~0.45 ;所述的孔隙液體為糖溶液或氯化鈉溶液或酒精溶液或溴化鈣溶液中的一種。
[0038]本發(fā)明所述的全氟環(huán)狀聚合物顆粒0.25 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,合計為100 %。
[0039]本實施例選擇全氟環(huán)狀聚合物顆粒0.25 mm;^粒徑< 0.5 mm的為30 % , 0.5 mm;^粒徑< 1.0 mm的為 30 % , 1.0 mm;^粒徑< 1.5 mm的為 20 % , 1.5 mm;^粒徑≤ 2.0 mm的為 20 %，以重量計，合計為100 %，將其混合均勻；孔隙液體為糖溶液，所述的糖為蔗糖。調制溶液濃度(本實施例濃度為5 %)，利用阿貝折射儀測定蔗糖溶液在試驗溫度(本實施例為20°C)下的折射率(本實施例為1.34)，使其與全氟環(huán)狀聚合物的折射率一致。
[0040]一種能量樁一土荷載、溫度傳遞機理模型試驗方法，它包括以下過程:
⑴建模:根據(jù)試驗要求分別制作透明模型槽I和透明能量樁9，所述透明能量樁9為空心，其樁底封閉，透明能量樁9內布置有傳熱管10，樁側埋設有光纖光柵14，樁底埋設有土壓力盒15 ；
⑵安裝:將透明能量樁9置入透明模型槽I并填入透明土 ；傳熱管10與冷熱循環(huán)機構聯(lián)接；透明模型槽I外一側在移動機構上安裝好激光源，在透明模型槽I外的正視面、俯視面分別安裝數(shù)碼相機6，數(shù)碼相機6通過數(shù)據(jù)線與處理裝置8聯(lián)接；打開激光源，檢查其在透明土體內部形成的顆粒切面明亮度，調整激光角度，使切面垂直入射，通過透明能量樁9中心線；打開數(shù)碼相機6，調整數(shù)碼相機6鏡頭，使其能涵括整個試驗畫面；
本發(fā)明在過程⑵中，所述冷熱循環(huán)機構包括恒溫水槽12、水泵11，傳熱管10通過水泵11與恒溫水槽12聯(lián)接，使恒溫水槽12內的水在傳熱管10與恒溫水槽12之間循環(huán)流動；所述的恒溫水13由加熱設備或者制冷設備控制恒溫水槽12內水的溫度，與水泵11連接的傳熱管10在進水端和出水端位置安裝有溫度計20。
[0041]本發(fā)明所述移動機構包括底座18，底座18上設有支架17，支架17之間設有滑桿，所述激光源安裝在支桿7上，支桿7通過滑塊19安裝在滑桿上；所述激光源可在支桿7上豎直移動，所述支桿7可在滑桿上水平移動，使激光源可以在任意位置形成透明模型槽I的豎向面或水平面的激光切面。
[0042]本發(fā)明所述透明模型槽I由透明樹脂玻璃制成，所述能量樁9由有機玻璃材料制成，所述傳熱管10為透明塑料管，在能量樁9內布置成U型或W型(本實施例為U型)，所述激光源包括激光器4、線性轉化器5，激光器4為內腔式氦氖激光器，功率為50mW~500mW(本實施例為500mW);所述的線性轉換器5可以將點光源轉化為線性光源，且線性轉化器5轉化成的線性光源可以旋轉方向；
本發(fā)明所述數(shù)碼相機6為高清高速數(shù)碼相機，其分辨率為50 w~500w (本實施例為500w)，幀曝光，幀數(shù)25，曝光時間10μ8 ~ IOs (本實施例為10μ8)ο
[0043]當需制得模擬飽和砂土的透明土時，本發(fā)明在過程⑵中，所述填入透明土包括備料、混配、抽真空步驟: 所述備料為選擇粒徑為0.25 mm~2.0 mm的全氟環(huán)狀聚合物顆粒，其顆粒為不規(guī)則形狀，清洗雜質并烘干，所述全氟環(huán)狀聚合物折射率1.34，密度2.03g/ cm 3，透光率95 %，吸水性<0.01 % ;選擇無色孔隙液體，調節(jié)溶液濃度，使孔隙液體的折射率與全氟環(huán)狀聚合物的折射率一致；所述的孔隙液體為糖溶液或氯化鈉溶液或酒精溶液或溴化鈣溶液中的一種；
所述的全氟環(huán)狀聚合物顆粒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 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，合計為100 % ；
本實施例選擇全氟環(huán)狀聚合物顆粒0.25 mm;^粒徑< 0.5 mm的為30 % , 0.5 mm;^粒徑
<1.0 mm的為 30 % , 1.0 mm≤粒徑< 1.5 mm的為 20 % , 1.5 mm;^粒徑≤ 2.0 mm的為 20 %，以重量計，合計為100 %，將其混合均勻；孔隙液體為糖溶液，所述的糖為蔗糖。調制溶液濃度(本實施例濃度為5 %)，利用阿貝折射儀測定蔗糖溶液在試驗溫度(本實施例為20°C)下的折射率(本實施例為1.34)，使其與全氟環(huán)狀聚合物的折射率一致。
[0044]所述混配為根據(jù)試驗條件與試樣的尺寸大小計算確定全氟環(huán)狀聚合物顆粒和孔隙液體的用量，先將全氟環(huán)狀聚合物顆粒分層填入透明模型槽I中，并分3~4次擊實；然后在透明模型槽I中注入孔隙液體；
本實施例在透明模型槽I中填入一定量后，對全氟環(huán)狀聚合物顆粒進行預壓；分3次擊實，控制試樣的密實度為30 % ;然后在透明模型槽I中注入孔隙液體，靜置24小時；
所述抽真空為利用抽真空裝置抽除全氟環(huán)狀聚合物顆粒之間的氣泡，利用吸球抽去高出全氟環(huán)狀聚合物顆粒的孔隙液體，制得模擬飽和砂土的透明土，其物理特性為:密度1.538/0113~2.(^/0113，重度151^/1113~201^/1113，密實度20 % ~80 % ;力學特性為:內摩擦角30。~31。，彈性模量8MPa~50MPa,泊松比0.2~0.45。
[0045]本實施例所制透明土的物理特性為:密度1.53g/ cm3，重度15kN/m3，密實度30 % ；力學特性為:內摩擦角30°，彈性模量8 MPa,泊松比0.4。
[0046]⑶試驗:根據(jù)實驗設計，在透明能量樁9樁頂加載，并按照設計溫度對樁體進行溫度控制；由數(shù)碼相機6記錄樁周土體散斑場16和透明度的變化情況，將記錄數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)線送入處理裝置8，并記錄樁側光纖光柵14的變形讀數(shù)和溫度讀數(shù)，以及樁端土壓力盒15的讀數(shù)；
所述激光器4和線性轉化器5可在支桿7上豎直移動，所述支桿7可在滑桿上水平移動；這樣，使激光源可以在透明模型槽I的任意位置形成透明模型槽I的豎向面或水平面的激光切面。
[0047]當激光照射透明模型槽I形成透明模型槽I的豎向面的激光切面時，由安裝在透明模型槽I正視面的數(shù)碼相機6記錄；當激光照射透明模型槽I形成透明模型槽I的水平面的激光切面時，由安裝在透明模型槽I俯視面的數(shù)碼相機6記錄。
[0048]試驗中，利用PIV技術(Particle Image Velocimetry粒子圖像測速法)結合圖像處理軟件PIVview2C對數(shù)碼相機6采集的圖片資料進行處理。
[0049]⑷重復過程⑴~過程⑶，可通過處理裝置8觀測分析在不同樁周土體特性、不同樁基形式和不同樁體溫度情況下的樁一土傳熱和荷載傳遞機理，完成能量樁一土荷載、溫度傳遞機理的模型試驗。 [0050]實施例2:(透明固體材料為全氟環(huán)狀聚合物)
在過程⑵中，選擇全氟環(huán)狀聚合物顆粒0.25 粒徑< 0.5 mm的為10 % , 0.5 粒徑< 1.0 mm的為 30 % , 1.0 mm;^粒徑< 1.5 mm的為 30 % , 1.5 mm;^粒徑≤ 2.0 mm的為 30 %，以重量計，合計為100 %，將其混合均勻；所述孔隙液體為氯化鈉溶液，其濃度為5 % ；混配時，先將調配好的孔隙液體裝在透明模型槽I中，并將全氟環(huán)狀聚合物顆粒緩慢、均勻、分散地倒入透明模型槽I中，傾倒過程中不斷攪拌排出氣泡，并保持全氟環(huán)狀聚合物顆粒始終在孔隙液體液面以下；
本實施例所制透明土的物理特性為:密度1.65g/ cm 3，重度17kN/m3，密實度40 % ;力學特性為:內摩擦角31。，彈性模量20MPa,泊松比0.25。
[0051]余同實施例1。
[0052]實施例3:(透明固體材料為全氟環(huán)狀聚合物)
在過程⑵中，選擇全氟環(huán)狀聚合物顆粒0.25 粒徑< 0.5 mm的為10 % , 0.5 粒徑< 1.0 mm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，合計為100 %，將其混合均勻；所述孔隙液體為酒精溶液，其濃度為15 % ；混配時，控制試樣其密實度為40 %。
[0053]本實施例所制透明土的物理特性為:密度1.83 g/ cm 3，重度17.5kN/m3,密實度40% ;力學特性為:內摩擦角31°，彈性模量15MPa，泊松比0.32。
[0054]余同實施例1。
[0055]實施例4:(透明固體材料為全氟環(huán)狀聚合物)
當需制得模擬飽和黏土的透明土時，本發(fā)明所述透明土它由全氟環(huán)狀聚合物與相同折射率的無色孔隙液體經(jīng)備料、混配、抽真空、固結步驟配制而成，所述全氟環(huán)狀聚合物為粒徑< 0.074 mm的顆粒，其顆粒為不規(guī)則形狀，折射率1.34，密度2.03g/ cm 3，透光率95 %，吸水性< 0.01 % ;所述透明土的物理特性為:密度1.63g/ cm 3?2.0g/ cm 3，重度16kN/m3?20kN/m3，固結度OCR值0.8?3 ;力學特性為:凝聚力IkPa?3kPa，內摩擦角19°?22。，彈性模量5MPa?9MPa，泊松比0.20?0.35 ;所述的孔隙液體為糖溶液或氯化鈉溶液或酒精溶液或溴化鈣溶液中的一種。
[0056]本實施例選擇粒徑< 0.074 mm的全氟環(huán)狀聚合物顆粒；孔隙液體為糖溶液，所述的糖為蔗糖。調制溶液濃度(本實施例濃度為5 %)，利用阿貝折射儀測定蔗糖溶液在試驗溫度(本實施例為20°C)下的折射率(本實施例為1.34)，使其與全氟環(huán)狀聚合物的折射率一致。
[0057]當需制得模擬飽和黏土的透明土時，在過程⑵中，所述填入透明土包括備料、混配、抽真空、固結步驟:
所述備料為選擇粒徑< 0.074 mm的全氟環(huán)狀聚合物顆粒，其顆粒為不規(guī)則形狀，清洗雜質并烘干，所述全氟環(huán)狀聚合物折射率1.34，密度2.03g/ cm 3，透光率95 %，吸水性<0.01 % ;選擇無色孔隙液體，調節(jié)溶液濃度，使孔隙液體的折射率與全氟環(huán)狀聚合物的折射率一致；所述的孔隙液體為糖溶液或氯化鈉溶液或酒精溶液或溴化鈣溶液中的一種；本實施例選擇粒徑< 0.074 mm的全氟環(huán)狀聚合物顆粒；孔隙液體為糖溶液，所述的糖為蔗糖。調制溶液濃度(本實施例濃度為5 %)，利用阿貝折射儀測定蔗糖溶液在試驗溫度(本實施例為20°C)下的折射率(本實施例為1.34)，使其與全氟環(huán)狀聚合物的折射率一致。
[0058]所述混配為根據(jù)試驗條件與試樣的尺寸大小計算確定全氟環(huán)狀聚合物顆粒和孔隙液體的用量，先將全氟環(huán)狀聚合物顆粒分層填入透明模型槽I中，并分3?4次擊實；然后在透明模型槽I中注入孔隙液體；
本實施例在透明模型槽I中填入一定量后，對全氟環(huán)狀聚合物顆粒進行預壓；分3次擊實，以控制試樣的密度；然后在透明模型槽I中注入孔隙液體，靜置24小時；
所述抽真空為利用抽真空裝置抽除全氟環(huán)狀聚合物顆粒之間的氣泡，利用吸球抽去高出全氟環(huán)狀聚合物顆粒的孔隙液體；
所述固結為在固結儀中進行固結，制得透明固體材料為全氟環(huán)狀聚合物顆粒，模擬飽和黏土的透明土，其物理特性為:密度1.63g/ cm 3?2.0g/ cm 3，重度16kN/m3?20kN/m3，固結度OCR值0.8?3 ;力學特性為:凝聚力IkPa?3kPa，內摩擦角19°?22°，彈性模量5MPa ?9MPa,泊松比 0.20 ?0.35。
[0059]本實施例所制透明土的物理特性為:密度1.73 g/ cm 3，重度17kN/m3，固結度OCR值2.0 ;力學特性為:凝聚力3kPa，內摩擦角20。，彈性模量9MPa，泊松比0.35。
[0060]余同實施例1。
[0061]實施例5:(透明固體材料為全氟環(huán)狀聚合物)
在過程⑵中，所述孔隙液體為氯化鈉溶液，其濃度為5 % ；
混配時，先將調配好的孔隙液體裝在透明模型槽I中，并將全氟環(huán)狀聚合物顆粒緩慢、均勻、分散地倒入透明模型槽I中，傾倒過程中不斷攪拌排出氣泡，并保持全氟環(huán)狀聚合物顆粒始終在孔隙液體液面以下；
本實施例所制透明土的物理特性為:密度1.83g/cm3，重度18kN/m3，固結度OCR值1.0 ;力學特性為:凝聚力2kPa，內摩擦角19。，彈性模量6MPa，泊松比0.35。[0062]余同實施例1、4。
[0063]實施例6:(透明固體材料為全氟環(huán)狀聚合物)
在過程⑵中，所述孔隙液體為溴化鈣溶液，其濃度為3 % ；
本實施例所制透明土的物理特性為:密度2.0g/ cm 3，重度20kN/m3，固結度OCR值2 ;力學特性為:凝聚力3kPa，內摩擦角22。，彈性模量9MPa，泊松比0.25。
[0064]余同實施例1、4。
[0065]實施例7:(透明固體材料為冰晶石)
當需制得模擬飽和砂土的透明土時，本發(fā)明所述透明土它由冰晶石與相同折射率的無色孔隙液體經(jīng)備料、混配、抽真空步驟配制而成，所述冰晶石為粒徑0.25 mm~2.0 mm的顆粒，其顆粒為不規(guī)則形狀，折射率1.338~1.339，密度2.97g/ cm 3~3.0g/ 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19kN/m3~25kN/m3，密實度20 %~80 % ;力學特性為:內摩擦角34°~35°，彈性模量12MPa~71MPa，泊松比0.2~0.45 ;所述的孔隙液體為糖溶液或氯化鈉溶液或酒精溶液或溴化鈣溶液中的一種。[0066]本發(fā)明所述的冰晶石顆粒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，合計為100 %。
[0067]本實施例選擇密度2.97g/ cm 3、折射率1.338的冰晶石顆粒，0.25 mm<粒徑< 0.5mm的為 30 % , 0.5 mm;^粒徑< 1.0 mm的為 30 % , 1.0 mm;^粒徑< 1.5 mm的為 20 % , 1.5 mm^粒徑< 2.0 mm的為20 %，以重量計，合計為100 %，將其混合均勻；孔隙液體為糖溶液,所述的糖為蔗糖。調制溶液濃度(本實施例濃度為3.5 %)，利用阿貝折射儀測定蔗糖溶液在試驗溫度(本實施例為20°C)下的折射率(本實施例為1.338)，使其與冰晶石的折射率一致。
[0068]當需制得模擬飽和砂土的透明土時，本發(fā)明在過程⑵中，所述填入透明土包括備料、混配、抽真空步驟:
所述備料為選擇粒徑0.25 mm~2.0 mm的冰晶石顆粒，其顆粒為不規(guī)則形狀，清洗雜質并烘干，所述冰晶石折射率1.338~1.339，密度2.97g/ cm 3~3.0g/ cm 3 ;選擇無色孔隙液體，調節(jié)溶液濃度，使孔隙液體的折射率與冰晶石的折射率一致；所述的孔隙液體為糖溶液或氯化鈉溶液或酒精溶液或溴化鈣溶液中的一種；
所述的冰晶石顆粒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 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，合計為100 % ；
本實施例選擇密度2.97g/ cm 3、折射率1.338的冰晶石顆粒，0.25 粒徑< 0.5 mm的為 30 % , 0.5 mm;^粒徑< 1.0 mm的為 30 % , 1.0 mm;^粒徑< 1.5 mm的為 20 % , 1.5 mm;^粒徑< 2.0 mm的為20 %，以重量計，合計為100 %，將其混合均勻；孔隙液體為糖溶液，所述的糖為蔗糖。調制溶液濃度(本實施例濃度為3.5 %)，利用阿貝折射儀測定蔗糖溶液在試驗溫度(本實施例為20°C)下的折射率(本實施例為1.338)，使其與冰晶石的折射率一致。
[0069]所述混配為根據(jù)試驗條件與試樣的尺寸大小計算確定冰晶石顆粒和孔隙液體的用量，先將冰晶石顆粒分層填入透明模型槽I中，并分3~4次擊實；然后在透明模型槽I中注入孔隙液體；
本實施例在透明模型槽I中填入一定量后，對冰晶石顆粒進行預壓；分3次擊實，控制試樣的密實度為50 % ;然后在透明模型槽I中注入孔隙液體，靜置24小時；
所述抽真空為利用抽真空裝置抽除冰晶石顆粒之間的氣泡，利用吸球抽去高出冰晶石顆粒的孔隙液體，制得模擬飽和砂土的透明土，其物理特性為:密度1.98 g/cm3~2.5g/cm3，重度19kN/m3~25kN/m3，密實度20 %~80 % ;力學特性為:內摩擦角34°~35°，彈性模量12MPa~7IMPa,泊松比0.2~0.45。
[0070]本實施例所制透明土的物理特性為:密度1.98g/ cm3，重度19kN/m3，密實度50 % ；力學特性為:內摩擦角34。，彈性模量20MPa,泊松比0.4。
[0071]余同實施例1。
[0072]實施例8:(透明固體材料為冰晶石)
在過程⑵中，選擇密度3.0g/cm3、折射率1.339的冰晶石顆粒，0.25mm<粒徑< 0.5 mm的為 10 % , 0.5 mm≤粒徑< 1.0 mm的為 35 %，1.0 mm≤粒徑< 1.5 mm的為 35 %，1.5 mm^粒徑< 2.0 mm的為20 %，以重量計，合計為100 %，將其混合均勻；所述孔隙液體為氯化鈉溶液，調制溶液濃度(本實施例濃度為4.2 %)，利用阿貝折射儀測定氯化鈉溶液在試驗溫度(本實施例為20°C)下的折射率(本實施例為1.339)，使其與冰晶石的折射率一致。
[0073]混配時，先將調配好的孔隙液體裝在透明模型槽I中，并將冰晶石顆粒緩慢、均勻、分散地倒入透明模型槽I中，傾倒過程中不斷攪拌排出氣泡，并保持冰晶石顆粒始終在孔隙液體液面以下；
余同實施例1、7。
[0074]實施例9:(透明固體材料為冰晶石)
在過程⑵中，選擇密度3.0g/cm3、折射率1.338的冰晶石顆粒，0.25mm<粒徑< 0.5 mm的為 25 % , 0.5 mm≤粒徑< 1.0 mm的為 25 %，1.0 mm≤粒徑< 1.5 mm的為 25 %，1.5 mm^粒徑< 2.0 mm的為25 %，以重量計，合計為100 %，將其混合均勻；所述孔隙液體為酒精溶液，其濃度為12 % ；
混配時，控制試樣其密實度為60 %。
[0075]本實施例所制透明土的物理特性為:密度2.3g/ cm 3，重度23kN/m3，密實度60 % ；力學特性為:內摩擦角35。，彈性模量45MPa，泊松比0.35。
[0076]余同實施例1、7。
[0077]實施例10:(透明固體材料為冰晶石)
當需制得模擬飽和黏土的透明土時，本發(fā)明所述透明土它由冰晶石與相同折射率的無色孔隙液體經(jīng)備料、混配、抽真空、固結步驟配制而成，所述冰晶石為粒徑< 0.074 mm的顆粒，其顆粒為不規(guī)則形狀，折射率1.338~1.339，密度2.97 g/ cm 3~3.0g/ 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，固結度OCR值
0.8~3 ;力學特性為:凝聚力IkPa~3kPa，內摩擦角22。~26。，彈性模量5MPa~9MPa，泊松比0.20~0.35 ;所述的孔隙液體為糖溶液或氯化鈉溶液或酒精溶液或溴化鈣溶液中的一種。
[0078]本實施例選擇密度2.97g/ cm 3、折射率1.338、粒徑< 0.074 mm的冰晶石顆粒；孔隙液體為糖溶液，所述的糖為蔗糖。調制溶液濃度(本實施例濃度為3.5 %)，利用阿貝折射儀測定蔗糖溶液在試驗溫度(本實施例為20°C)下的折射率(本實施例為1.338)，使其與冰晶石的折射率一致。[0079]當需制得模擬飽和黏土的透明土時，在過程⑵中，所述填入透明土包括備料、混配、抽真空、固結步驟:
所述備料為選擇粒徑< 0.074 mm的冰晶石顆粒，其顆粒為不規(guī)則形狀，清洗雜質并烘干，所述冰晶石折射率1.338?1.339，密度2.97 g / cm 3?3.0 g/cm3 ;選擇無色孔隙液體，調節(jié)溶液濃度，使孔隙液體的折射率與冰晶石的折射率一致；所述的孔隙液體為糖溶液或氯化鈉溶液或酒精溶液或溴化鈣溶液中的一種；
本實施例選擇密度2.97g/ cm 3、折射率1.338、粒徑< 0.074 mm的冰晶石顆粒；孔隙液體為糖溶液，所述的糖為蔗糖。調制溶液濃度(本實施例濃度為3.5 %)，利用阿貝折射儀測定蔗糖溶液在試驗溫度(本實施例為20°C)下的折射率(本實施例為1.338)，使其與冰晶石的折射率一致。
[0080]所述混配為根據(jù)試驗條件與試樣的尺寸大小計算確定冰晶石顆粒和孔隙液體的用量，先將冰晶石顆粒分層填入透明模型槽I中，并分3?4次擊實；然后在透明模型槽I中注入孔隙液體；
本實施例在透明模型槽I中填入一定量后，對冰晶石顆粒進行預壓；分3次擊實，以控制試樣的密度；然后在透明模型槽I中注入孔隙液體，靜置24小時；
所述抽真空為利用抽真空裝置抽除冰晶石顆粒之間的氣泡，利用吸球抽去高出冰晶石顆粒的孔隙液體；
所述固結為在固結儀中進行固結，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，固結度OCR值0.8?3 ;力學特性為:凝聚力IkPa?3kPa，內摩擦角22。?26。，彈性模量5MPa?9MPa，泊松比0.20?0.35。
[0081]本實施例所制透明土的物理特性為:密度2.0g/ Cm 3，重度21kN/m3，固結度OCR值
0.8 ;力學特性為:凝聚力IkPa,內摩擦角23。，彈性模量5MPa，泊松比0.30。
[0082]余同實施例1。
[0083]實施例11:(透明固體材料為冰晶石)
在過程⑵中，選擇密度3.0g/ cm 3、折射率1.338、粒徑< 0.074 mm的冰晶石顆粒；所述孔隙液體為氯化鈉溶液，其濃度為4.1 % ;
混配時，先將調配好的孔隙液體裝在透明模型槽I中，并將冰晶石顆粒緩慢、均勻、分散地倒入透明模型槽I中，傾倒過程中不斷攪拌排出氣泡，并保持冰晶石顆粒始終在孔隙液體液面以下；
本實施例所制透明土的物理特性為:密度2.3g/cm3，重度24kN/m3，固結度OCR值1.5 ；力學特性為:凝聚力3kPa，內摩擦角23。，彈性模量8MPa，泊松比0.25。
[0084]余同實施例1、11。
[0085]實施例12:(透明固體材料為冰晶石)
在過程⑵中，選擇密度3.0g/ cm 3、折射率1.338、粒徑< 0.074 mm的冰晶石顆粒；所述孔隙液體為溴化鈣溶液，其濃度為I % ;
本實施例所制透明土的物理特性為:密度2.3g/ cm 3，重度26kN/m3，固結度OCR值2 ;力學特性為:凝聚力3kPa，內摩擦角6。，彈性模量9MPa，泊松比0.25。
[0086]余同實施例1、10。
[0087]實施例13:(透明固體材料為氟化鈣)當需制得模擬飽和砂土的透明土時，本發(fā)明所述透明土它由氟化鈣與相同折射率的無色孔隙液體經(jīng)備料、混配、抽真空步驟配制而成，所述氟化鈣為粒徑0.25 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 ;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，密實度20 %~80 % ;力學特性為:內摩擦角34°~35°，彈性模量12MPa~71MPa，泊松比0.2~0.45 ;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。
[0088] 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，合計為100 % ；
本實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< 1.0 mm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，合計為100 %，將其混合均勻；孔隙液體為糖溶液，所述的糖為蔗糖。調制溶液濃度(本實施例濃度為56 %)，利用阿貝折射儀測定蔗糖溶液在試驗溫度(本實施例為20°C)下的折射率(本實施例為1.434)，使其與氟化鈣的折射率一致。
[0089]當需制得模擬飽和砂土的透明土時，本發(fā)明在過程⑵中，所述填入透明土包括備料、混配、抽真空步驟:
所述備料為選擇粒徑為0.25 mm~2.0 mm的氟化鈣顆粒，其顆粒為不規(guī)則形狀，清洗雜質并烘干，所述氟化鈣折射率1.434，密度3.18g/ cm 3 ;選擇無色孔隙液體，調節(jié)溶液濃度，使孔隙液體的折射率與氟化鈣的折射率一致；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；
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 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，合計為100 % ；
本實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< 1.0 mm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，合計為100 %，將其混合均勻；孔隙液體為糖溶液，所述的糖為蔗糖。調制溶液濃度(本實施例濃度為56 %)，利用阿貝折射儀測定蔗糖溶液在試驗溫度(本實施例為20°C)下的折射率(本實施例為1.434)，使其與氟化鈣的折射率一致。
[0090]所述混配為根據(jù)試驗條件與試樣的尺寸大小計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透明模型槽I中，并分3~4次擊實；然后在透明模型槽I中注入孔隙液體；
本實施例在透明模型槽I中填入一定量后，對氟化鈣顆粒進行預壓；分3次擊實，控制試樣的密實度為30 % ;然后在透明模型槽I中注入孔隙液體，靜置24小時；
所述抽真空為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/cm3~2.5g/cm3，重度19kN/m3~25kN/m3，密實度20 %~80 % ;力學特性為:內摩擦角34°~35°，彈性模量12MPa~7IMPa,泊松比0.2~0.45。
[0091]本實施例所制透明土的物理特性為:密度2.lg/ Cm 3，重度21kN/m3，密實度30 % ；力學特性為:內摩擦角34°，彈性模量17MPa，泊松比0.35。[0092]余同實施例1。
[0093]實施例14:(透明固體材料為氟化鈣)
在過程⑵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，合計為100 %，將其混合均勻；所述孔隙液體為氯化鈉溶液，其濃度為54 % ；
混配時，先將調配好的孔隙液體裝在透明模型槽I中，并將氟化鈣顆粒緩慢、均勻、分散地倒入透明模型槽I中，傾倒過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，密實度40 % ;力學特性為:內摩擦角34。，彈性模量20MPa,泊松比0.4。
[0094]余同實施例1、13。
[0095]實施例15:(透明固體材料為氟化鈣)
在過程⑵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，合計為100 %，將其混合均勻；所述孔隙液體為溴化鈣溶液，其濃度為45 % ；
混配時，控制試樣其密實度為50 %。
[0096]本實施例所制透明土的物理特性為:密度1.53g/ cm3，重度15kN/m3，密實度50 % ；力學特性為:內摩擦角35。，彈性模量25MPa，泊松比0.3。
[0097]余同實施例1、13。
[0098]實施例16:(透明固體材料為氟化鈣)
當需制得模擬飽和黏土的透明土時，本發(fā)明所述透明土它由氟化鈣與相同折射率的無色孔隙液體經(jīng)備料、混配、抽真空、固結步驟配制而成，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，固結度OCR值0.8~3 ;力學特性為:凝聚力I kPa~3kPa，內摩擦角22。~26。，彈性模量5MPa~9MPa，泊松比0.20~0.35 ;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。
[0099]本實施例選擇粒徑≤ 0.074 mm的氟化鈣顆粒；孔隙液體為糖溶液，所述的糖為蔗糖。調制溶液濃度(本實施例濃度為56 %)，利用阿貝折射儀測定蔗糖溶液在試驗溫度(本實施例為20°C)下的折射率(本實施例為1.434)，使其與氟化鈣的折射率一致。
[0100]當需制得模擬飽和黏土的透明土時，在過程⑵中，所述填入透明土包括備料、混配、抽真空、固結步驟:
所述備料為選擇粒徑≤ 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 ;選擇無色孔隙液體，調節(jié)溶液濃度，使孔隙液體的折射率與氟化鈣的折射率一致；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；
本實施例選擇粒徑< 0.074 mm的氟化鈣顆粒；孔隙液體為糖溶液，所述的糖為蔗糖。調制溶液濃度(本實施例濃度為56 % )，利用阿貝折射儀測定蔗糖溶液在試驗溫度(本實施例為20°C)下的折射率(本實施例為1.434)，使其與氟化鈣的折射率一致。
[0101]所述混配為根據(jù)試驗條件與試樣的尺寸大小計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透明模型槽I中，并分3~4次擊實；然后在透明模型槽I中注入孔隙液體；
本實施例在透明模型槽I中填入一定量后，對氟化鈣顆粒進行預壓；分3次擊實，以控制試樣的密度；然后在透明模型槽I中注入孔隙液體，靜置24小時；
所述抽真空為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；
所述固結為在固結儀中進行固結，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，固結度OCR值0.8~3 ;力學特性為:凝聚力I kPa~3kPa，內摩擦角22。~26。，彈性模量5MPa~9MPa，泊松比0.20~0.35。
[0102]本實施例所制透明土的物理特性為:密度1.98g/cm3，重度20kN/m3，固結度OCR值
0.8 ;力學特性為:凝聚力I kPa，內摩擦角22°，彈性模量5MPa，泊松比0.35。
[0103]余同實施例1。
[0104]實施例17:(透明固體材料為氟化鈣)
在過程⑵中，所述孔隙液體為氯化鈉溶液，其濃度為54 % ；
混配時，先將調配好的孔隙液體裝在透明模型槽I中，并將氟化鈣顆粒緩慢、均勻、分散地倒入透明模型槽I中，傾倒過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；
本實施例所制透明土的物理特性為:密度2.3g/cm3，重度23kN/m3，固結度OCR值1.5 ；力學特性為:凝聚力2 kPa，內摩擦角23。，彈性模量8MPa，泊松比0.30。
[0105]余同實施例1、16。
[0106]實施例18:(透明固體材料為氟化鈣)
在過程⑵中，所述孔隙液體為溴化鈣溶液，其濃度為45 % ；
本實施例所制透明土的物理特性為:密度2.18/0113，重度211^/1113，固結度00?值1.0;力學特性為:凝聚力IkPa,內摩擦角22。，彈性模量6MPa，泊松比0.30。
[0107]余同實施例1、16。
[0108]實施例19:(透明固體材料為氟化鈣)
在過程⑵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，通過調整正12烷與甘油的的質量比來改變混合油的折射率，使其與氟化鈣顆粒的折射率一致；本實施例正12烷與甘油的的質量比為1:3 ；
本實施例所制透明土的物理特性為:密度2.3g/cm3，重度23kN/m3，固結度OCR值1.5 ；力學特性為:凝聚力3kPa，內摩擦角26。，彈性模量8MPa，泊松比0.35。
[0109]余同實施例1、16。
【權利要求】
1.一種能量樁一土荷載、溫度傳遞機理模型試驗裝置，其特征是它包括透明模型槽，透明模型槽內設有埋設在模擬樁周土、樁端土的透明土中的透明能量樁，所述透明能量樁為空心，樁底封閉，透明能量樁內布置有傳熱管，所述傳熱管與冷熱循環(huán)機構聯(lián)接；透明能量樁樁側埋設有測量透明能量樁樁體軸力變形和溫度變化的光纖光柵，樁底埋設有測量透明能量樁樁底應力的土壓力盒，透明模型槽外一側設有安裝在移動機構上的激光源，透明模型槽外的正視面、俯視面設有可觀察透明模型槽空間的數(shù)碼相機，數(shù)碼相機通過數(shù)據(jù)線與處理裝置聯(lián)接；激光照射透明模型槽形成透明模型槽的豎向面或水平面的激光切面，由數(shù)碼相機記錄樁周土體散斑場和透明度，確定冷熱循環(huán)作用下和樁頂荷載作用下透明能量樁樁周土體溫度場和位移場的變化規(guī)律。
2.根據(jù)權利要求1所述的能量樁一土荷載、溫度傳遞機理模型試驗裝置，其特征是所述冷熱循環(huán)機構包括恒溫水槽、水泵，傳熱管通過水泵與恒溫水槽聯(lián)接，使恒溫水槽內的恒溫水在傳熱管與恒溫水槽之間循環(huán)流動。
3.根據(jù)權利要求1所述的能量樁一土荷載、溫度傳遞機理模型試驗裝置，其特征是所述移動機構包括底座，底座上設有支架，支架之間設有滑桿，所述激光源安裝在支桿上，支桿通過滑塊安裝在滑桿上；所述激光源可在支桿上豎直移動，所述支桿可在滑桿上水平移動，使激光源可以在任意位置形成透明模型槽的豎向面或水平面的激光切面。
4.根據(jù)權利要求1或2或3所述的能量樁一土荷載、溫度傳遞機理模型試驗裝置，其特征是所述透明土它由全氟環(huán)狀聚合物與相同折射率的無色孔隙液體經(jīng)備料、混配、抽真空步驟配制而成，所述全氟環(huán)狀聚合物為粒徑0.25 mm~2.0 mm的顆粒，其顆粒為不規(guī)則形狀，折射率1.34，密度2.03g/ cm 3，透光率95 %，吸水性< 0.01 % ;所述透明土的物理特性為:密度1.53 g/ cm 3~2.0g/ cm 3，重度15kN/m3~20kN/m3，密實度20 %~80 % ;力學特性為:內摩擦角30。~31°，彈性模量8MPa~50MPa,泊松比0.2~0.45 ;所述的孔隙液體為糖溶液或氯化鈉溶液或酒精溶液或溴化鈣溶液中的一種。
5.根據(jù)權利要求4所述的能量樁一土荷載、溫度傳遞機理模型試驗裝置，其特征是所述的全氟環(huán)狀聚合物顆粒0.25 mm<粒徑< 0.5 mm的為10 %~50 %，0.5 mm<粒徑< 1.0mm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，合計為100 %。
6.根據(jù)權利要求1或2或3所述的能量樁一土荷載、溫度傳遞機理模型試驗裝置，其特征是所述透明土它由全氟環(huán)狀聚合物與相同折射率的無色孔隙液體經(jīng)備料、混配、抽真空、固結步驟配制而成，所述全氟環(huán)狀聚合物為粒徑< 0.074 mm的顆粒，其顆粒為不規(guī)則形狀，折射率1.34，密度2.03g/ cm 3，透光率95 %，吸水性< 0.01 % ;所述透明土的物理特性為:密度1.63g/cm3~2.0g/cm 3，重度16kN/m3~20kN/m3，固結度OCR值0.8~3 ;力學特性為:凝聚力IkPa~3kPa，內摩擦角19。~22。，彈性模量5MPa~9MPa，泊松比0.20~0.35 ;所述的孔隙液體為糖溶液或氯化鈉溶液或酒精溶液或溴化鈣溶液中的一種。
7.一種能量樁一土荷載、溫度傳遞機理模型試驗方法，其特征是它包括以下過程: ⑴建模:根據(jù)試驗要求分別制作透明模型槽和透明能量樁，所述透明能量樁為空心，其樁底封閉，透明能量樁內布置有傳熱管，樁側埋設有光纖光柵，樁底埋設有土壓力盒； ⑵安裝:將透明能量樁置入透明模型槽并填入透明土 ；傳熱管與冷熱循環(huán)機構聯(lián)接；透明模型槽外一側在移動機構上安裝好激光源，在透明模型槽外的正視面、俯視面分別安裝數(shù)碼相機，數(shù)碼相機通過數(shù)據(jù)線與處理裝置聯(lián)接；打開激光源，檢查其在透明土體內部形成的顆粒切面明亮度，調整激光角度，使切面垂直入射，通過透明能量樁中心線；打開數(shù)碼相機，調整數(shù)碼相機鏡頭，使其能涵括整個試驗畫面； ⑶試驗:根據(jù)實驗設計，在透明能量樁樁頂加載，并按照設計溫度對樁體進行溫度控制；由數(shù)碼相機記錄樁周土體散斑場和透明度的變化情況，將記錄數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)線送入處理裝置，并記錄樁側光纖光柵的變形讀數(shù)和溫度讀數(shù)，以及樁端土壓力盒的讀數(shù)； ⑷重復過程⑴~過程⑶，可通過處理裝置觀測分析在不同樁周土體特性、不同樁基形式和不同樁體溫度情況下的樁一土傳熱和荷載傳遞機理，完成能量樁一土荷載、溫度傳遞機理的模型試驗。
8.根據(jù)權利要求7所述的能量樁一土荷載、溫度傳遞機理模型試驗方法，其特征是在過程⑵中，所述冷熱循環(huán)機構包括恒溫水槽、水泵，傳熱管通過水泵與恒溫水槽聯(lián)接，使恒溫水2內的恒溫水在傳熱管與恒溫水槽之間循環(huán)流動；所述移動機構包括底座，底座上設有支架，支架之間設有滑桿，所述激光源安裝在支桿上，支桿通過滑塊安裝在滑桿上；所述激光源可在支桿上豎直移動，所述支桿可在滑桿上水平移動，使激光源可以在任意位置形成透明模型槽的豎向面或水平面的激光切面。
9.根據(jù)權利要求7或8所述的能量樁一土荷載、溫度傳遞機理模型試驗方法，其特征是在過程⑵中，所述填入透明土包括備料、混配、抽真空步驟: 所述備料為選擇粒徑為0.25 mm~2.0 mm的全氟環(huán)狀聚合物顆粒，其顆粒為不規(guī)則形狀，清洗雜質并烘干，所述全氟環(huán)狀聚合物折射率1.34，密度2.03g/ cm 3，透光率95 %，吸水性<0.01 % ;選擇無色孔隙液體，調節(jié)溶液濃度，使孔隙液體的折射率與全氟環(huán)狀聚合物的折射率一致；所述的孔隙液體為糖溶液或氯化鈉溶液或酒精溶液或溴化鈣溶液中的一種； 所述的全氟環(huán)狀聚合物顆粒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 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，合計為100 % ； 所述混配為根據(jù)試驗條件與試樣的尺寸大小計算確定全氟環(huán)狀聚合物顆粒和孔隙液體的用量，先將全氟環(huán)狀聚合物顆粒分層填入透明模型槽中，并分3~4次擊實；然后在透明模型槽中注入孔隙液體； 或者先將調配好的孔隙液體裝在透明模型槽中，并將全氟環(huán)狀聚合物顆粒緩慢、均勻、分散地倒入透明模型槽中，傾倒過程中不斷攪拌排出氣泡，并保持全氟環(huán)狀聚合物顆粒始終在孔隙液體液面以下； 所述抽真空為利用抽真空裝置抽除全氟環(huán)狀聚合物顆粒之間的氣泡，利用吸球抽去高出全氟環(huán)狀聚合物顆粒的孔隙液體，制得模擬飽和砂土的透明土，其物理特性為:密度1.538/0113~2.(^/0113，重度151^/1113~201^/1113，密實度20 % ~80 % ;力學特性為:內摩擦角30。~31。，彈性模量8MPa~50MPa,泊松比0.2~0.45。
10.根據(jù)權利要求7或8所述的能量樁一土荷載、溫度傳遞機理模型試驗方法，其特征是在過程⑵中，所述填入透明土包括備料、混配、抽真空、固結步驟: 所述備料為選擇粒徑< 0.074 mm的全氟環(huán)狀聚合物顆粒，其顆粒為不規(guī)則形狀，清洗雜質并烘干，所述全氟環(huán)狀聚合物折射率1.34，密度2.03g/ cm 3，透光率95 %，吸水性<0.01 % ;選擇無色孔隙液體，調節(jié)溶液濃度，使孔隙液體的折射率與全氟環(huán)狀聚合物的折射率一致；所述的孔隙液體為糖溶液或氯化鈉溶液或酒精溶液或溴化鈣溶液中的一種；所述混配為根據(jù)試驗條件與試樣的尺寸大小計算確定全氟環(huán)狀聚合物顆粒和孔隙液體的用量，先將全氟環(huán)狀聚合物顆粒分層填入透明模型槽中，并分3~4次擊實；然后在透明模型槽中注入孔隙液體； 或者先將調配好的孔隙液體裝在透明模型槽中，并將全氟環(huán)狀聚合物顆粒緩慢、均勻、分散地倒入透明模型槽中，傾倒過程中不斷攪拌排出氣泡，并保持全氟環(huán)狀聚合物顆粒始終在孔隙液體液面以下； 所述抽真空為利用抽真空裝置抽除全氟環(huán)狀聚合物顆粒之間的氣泡，利用吸球抽去高出全氟環(huán)狀聚合物顆粒的孔隙液體； 所述固結為在固結儀中進行固結，制得透明固體材料為全氟環(huán)狀聚合物顆粒，模擬飽和黏土的透明土，其物理特性為:密度1.63g/ cm 3~2.0g/ cm 3，重度16kN/m3~20kN/m3，固結度OCR值0.8~3 ;力學特性為:凝聚力IkPa~3kPa，內摩擦角19°~22°，彈性模量5MPa ~9MPa,泊松比 0.20 ~0.35。
【文檔編號】G01M99/00GK103926102SQ201410177624
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2014年4月30日 優(yōu)先權日:2014年4月30日
【發(fā)明者】孔綱強 申請人:湖南城市學院