透明砂土可视透明度及物理力学特性研究

传统土体变形测量一般限定于土体的宏观变形及边界区域,透明砂土为土体流动、变形和应变的可视化观测提供了可能.通过分析人工合成透明砂土的核心思想、所用材料和配置方法,选用熔融石英砂作为固体颗粒与15#白油和正十二烷的混合液体作为孔隙液体制配透明砂土以模拟天然砂土,研究了孔隙液体配合比例和熔融石英砂粒径对透明度的影响,对透明砂土和天津地区河砂进行了筛分试验、压缩试验、直剪试验等物理力学特性试验并对基本物理力学参数进行对比分析.研究表明:15#白油和正十二烷的体积比为10∶3时为孔隙液体的最佳配合比例,粒径为0.1～1.3 mm为最适合透明砂土模型试验的粒径尺寸,固体颗粒和孔隙液体的匹配折射率为1.455 2.通过压缩试验得出透明砂土比天津地区河砂的压缩性要高,两者的压缩指标较为接近;通过直剪试验得出两者在较低法向应力条件下的剪应力-剪切位移曲线相近,较高法向应力条件下剪应力-剪切位移曲线出现较大差异,透明砂土的内摩擦角为38.6°,天津地区河砂的内摩擦角为35.7°,黏聚力均可忽略不计.对比分析表明人工合成透明砂土在土体强度及变形方面能够表征天然砂土,验证了透明砂土应用于模型试验的可行性.