[发明专利]基于微观结构分析的室内模型试验取土装置及取土方法

说明书

技术领域

本发明专利涉及一种基于室内模型试验、可对模型箱内土体进行不同位置、深度处进行取土的试验装置及取土方法。

背景技术

土工模型试验是人们认识土体及土与结构相互作用宏观行为的重要手段，由于实际岩土工程问题规模较大，土工模型试验通常采用缩尺模型。所谓土的微观结构一般是指微结构单元体的大小、形状、表面特征及其定量比例关系，也包括各单元体之间在空间上的排列方式及其相互作用形式。土的各种物理力学性质与微观结构组成密切相关，认识土的宏观特性首先必须对土的微观结构有深刻的了解。在土力学研究中，基于室内模型试验的土体微观结构参数研究，对于把握其宏观物理力学性质，建立及校验本构模型都有十分重要的意义。

目前，国内在这方面的研究主要集中在利用模型试验箱的透明壁面，拍取土体的横截面图像进行处理和分析，从而获取土体的微观结构参数。这种方法试验操作较为复杂，现场照相机及辅助照明设施的安装受场地条件所限。另外，土体与壁面存在摩擦且壁面对土体变形具有约束效应，透过模型箱透明壁面摄取的数字图像并不能反映模型箱内部土体的真实应力环境。

若能在模型箱内选取能代表土样微观结构变化的特征部位，将土体无扰动取出，制样后利用扫描电镜技术进行微观结构分析，可为分析土体宏观力学参数与微观结构变化间的定量关系提供重要的试验依据。扫描电镜技术是用聚焦电子束在试样表面逐点扫描成像，可以观察直径为 0～30mm 的粘性土试样，制样方法简单，微观图像富有立体感、真实感、易于识别和解释。该技术是目前土的微观结构研究中最普遍，也是最重要的研究手段之一。

目前国内外的取土器多用于工程地质钻探，一般多为厚壁敞口和薄壁敞口取土器，这种取土器本身性能就不是很理想，并且多数取土器无压入及反力装置而普遍采用轻锤多击法取样，对采集的土样结构扰动极大。考虑到用于微观结构定量分析的样品应最大限度地减少由于结构不合理引起的扰动，所以，该类取土装置的结构设计与取土方法并不能满足室内模型试验场地小型化、取土位置精细化的要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，克服上述取土装置及取样方法的缺陷，提供一种基于室内模型试验、可对模型箱内土体进行不同位置、深度处进行取土的试验装置及取土方法。

为了实现本发明的目的，采用了以下技术方案：

一种基于微观结构分析的室内模型试验取土装置，包括模型箱、取土器、反力支架；其中，反力支架包括底板、左右两根可伸缩式支撑杆、顶梁、四个滑轮和两个滑道；可伸缩式支撑杆分为上杆和下杆，下杆的下端为人字形开叉，人字形开叉的下端分别装有一个滑轮；两根可伸缩式支撑杆的滑轮分别放置在滑道中，两个滑道平行焊接于底板上；滑道的两个侧壁分别设有一排等间距的插销孔，滑轮中心轴为空心圆轴，用插销插入滑道上的插销孔及滑轮上的空心圆轴；可伸缩式支撑杆上杆设有一排等间距布设的插销孔，下杆的上端设有一个插销孔，通过插销与上杆紧固连接；两根所述可伸缩式支撑杆上杆的顶端分别与顶梁的两端焊接；顶梁上设有一排等间距布设的螺孔，电动推杆的顶端与顶梁上的螺孔通过螺栓紧固连接；上述取土器包括管靴、取土管、活塞、连接帽、双通接头、橡胶软管、电动气泵、电动推杆和插销；其中，管靴设于取土管的下端，为单倾斜刃口；取土管内设置一活塞，可上下移动；取土管上端与连接帽以螺纹相连接，连接帽上端有一圆柱形凸块，凸块上有一圆柱形凹槽，凹槽两侧各有一个插销孔；电动推杆下端设有一通孔，并通过插销与连接帽相连；连接帽一侧设有一带有内螺纹的通孔，该通孔与取土管的内腔相连通；通孔与双通接头一端的外螺纹相连接，橡胶软管的一端与双通接头套接，另一端与电动气泵的气嘴套接；其中，管靴与取土管为整体制作，管靴、取土管为薄壁受压元件；取土管的内壁光滑，内径相同，外径的上端小于下端。