一种透明土孔隙液回收方法和透明土配制方法

技术领域

本发明属于岩土工程技术领域，具体涉及一种透明土孔隙液回收方法和透明土配制方法。

背景技术

透明土作为一种非常重要的实验手段，配合相应的数字图像处理技术，实现了对土体内部的非侵入连续测量，使观察土体内部任意点的变形和土体内部结构变形成为可能，为许多实际问题提供了一种可靠的实验方法。

透明土是由透明的固体颗粒和折射率相匹配的孔隙溶液组成。然而，透明土的制备中，孔隙液体的配制繁琐，现有液体配制技术分为有机溶液、无机溶液和有机无机溶液混合配制三种方式。孔隙液较昂贵，占透明土成本的很大比例。因此，一个有效的回收透明土孔隙液的方法十分重要。

此外，要保证透明土的透明性，需在配制透明土过程中尽量减少空气气泡的混入。目前多采用手工散落的方法，在散落时尽量使土颗粒靠近孔隙液表面，降低土颗粒掉落速度防止其带入过多的空气产生气泡。然而，手工的方式费时费力且稳定性低，难以保证一个固定的散落高度和散落速率。这对土体的透明度和均匀程度均产生不良影响，增大了实验误差。因此，一个高效的配制透明土的方法十分重要。

发明内容

针对以上问题，本发明提供一种透明土孔隙液回收方法和透明土配制方法，涉及的装置功能多样、操作简单、实用性强，能快速分离透明土中孔隙液，配制出透明度好且质地均匀的透明土，可大幅提高实验效率和实验准确度。

本发明技术方案如下：

一种透明土配制方法，通过透明土配制装置进行透明土配制，所述透明土配制装置包括透明土承装系统、透明土模型箱和出砂控制系统；所述透明土承装系统包括稳定底座，所述稳定底座连接有升降系统、所述升降系统顶部设有滑轨、滑轨滑动连接有滑块、颗粒容器与滑块固定连接；所述颗粒容器内装有透明土固体颗粒；所述出砂控制系统包括单向激振器和防堵出砂头，所述单向激振器安装在颗粒容器顶部，所述防堵出砂头包括出砂口、第一调节板和第二调节板，所述出砂口置于颗粒容器的底部，出砂口上部放置有封堵板，所述第一调节板和第二调节板通过楔形燕尾槽咬接，第一调节板的左右两侧分别通过摇晃弹簧与颗粒容器底部两侧连接；所述第一调节板上设有分砂锥体；

所述透明土配制方法包括如下步骤：

S1调整升降系统，使颗粒容器底部伸入透明土模型箱中，使颗粒容器底部尽量贴近透明土模型箱中孔隙液的液面；

S2打开单向激振器和封堵板并调整第一调节板和第二调节板，使固体颗粒低速均匀落下；

S3沿滑轨匀速移动颗粒容器，分层均匀铺设透明土固体颗粒，随着颗粒的铺设缓慢调整升降系统，提高颗粒容器高度，保持容器底部始终贴近孔隙液液面；

S4重复步骤S3直至完成土体配制。

一种透明土孔隙液回收方法，通过透明土孔隙液回收兼透明土配制装置进行孔隙液回收，所述透明土孔隙液回收兼透明土配制装置包括所述的透明土配制装置、引流振捣棒和真空系统；所述颗粒容器内装有待处理的透明土；所述引流振捣棒插入透明土内部，下端分出多根细小的振捣头；所述真空系统包括真空集液罐、真空阀门和真空泵，所述真空集液罐密封固定在颗粒容器外侧，真空集液罐底部设有密封阀和集液口，所述集液口与透明土模型箱连通；

所述孔隙液回收方法包括如下步骤：

S1固定稳定底座，调节升降系统；

S2将真空集液罐安装到颗粒容器上，调整封堵板和出砂口，保证仅有孔隙液流出；

S3将待处理的透明土填入颗粒容器中，在填土的过程中插入引流振捣棒并进行振捣，振实土体排除气泡；

S4关闭真空阀门和密封阀，打开真空泵，边进行振捣边进行孔隙液的收集；

S5真空集液罐收集一定量的孔隙液后，打开密封阀，通过集液口将孔隙液直接倒入透明土模型箱；

S6重复上述S4和S5这两个步骤，直至不再有孔隙液溢出。

本发明还提供一种透明土配制的方法，包括如下步骤：

S1完成待处理透明土中孔隙液的收集后，拔出引流振捣棒，旋转并摘掉真空集液罐；

S2调整升降系统，使颗粒容器底部伸入透明土模型箱中，使颗粒容器底部尽量贴近透明土模型箱中孔隙液的液面；

S3打开单向激振器和封堵板并调整第一调节板和第二调节板，使固体颗粒低速均匀落下；

S4沿滑轨匀速移动颗粒容器，分层均匀铺设透明土固体颗粒，随着颗粒的铺设缓慢调整升降系统，提高颗粒容器高度，保持容器底部始终贴近孔隙液液面。

S5重复步骤S4直至完成土体配制。

所述真空集液罐通过螺纹固定在颗粒容器外侧，并且在螺纹顶部设置有密封橡胶圈，保证了收集孔隙液过程中的稳定性和密封性。所述真空集液罐下部设有集液口和密封阀。

所述集液口与透明土模型箱通过软管连接。

所述引流振捣棒的棒体内部中空，振捣头内部中空与棒体内部中空相连通，且表面布有大量导气孔，振捣头表面沿长度方向布置有多根引流条。

所述真空系统还包括真空表和真空波纹管。

所述单向激振器对称装在颗粒容器顶部。

所述稳定底座通过螺栓固定在一个固定的台面上。

所述稳定底座与升降系统栓接，升降系统顶部与滑轨固定连接。

所述颗粒容器的直径小于透明土模型箱，在透明土配制过程中可伸入模型箱中散落固体颗粒。

所述升降系统包括滑动连杆、剪叉、调节旋钮，通过转动调节旋钮控制剪叉的角度变化，进而精确调节颗粒容器的高度。在透明土颗粒散落的过程中，当散落土体处距液面较远时，土颗粒掉落进土体内会带入一定量的空气，产生气泡影响土体的透明度。所述升降装置可使颗粒容器下部出砂口降至贴近孔隙液表面，降低散落处高度，减少气泡混入，增大土体的透明度，提高实验效率保证实验质量。

所述出砂口与第一调节板之间有一定的距离，保证弹簧能够晃动起来。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)孔隙液收集更彻底、更迅速。孔隙液具有一定粘性，采用简单的倾倒的方法不容易收集孔隙液。本发明引流振捣棒下端分出多根细小的振捣头，可全方位均匀振捣待处理的透明土土体。此外，振捣头内部中空且表面布有大量导气孔，振捣头表面沿长度方向布置有多根引流条。多头振捣棒将土体上部的空气引导土体深处，上部土体中的孔隙液可顺着引流条流动，加快孔隙液收集。该装置配合真空系统使用，可以使空气通过导气孔被加速引入土体中，引流条促进孔隙液的流动，有利于更彻底、更迅速地收集孔隙液，采用振动和抽真空相结合的方法，引流振捣棒具有振动排除气泡和引流的作用，真空系统利用压力差使孔隙液迅速流动达到收集的目的。

(2)有效保证土体的透明度。在配制透明土的过程中，利用升降装置将颗粒容器底部降至孔隙液液面处，尽可能缩短了散落距离，避免在配制过程中混入空气。升降装置有效的保证了土体的透明度。

(3)防堵出砂头不易堵塞，且可控制砂土颗粒的散落速率。砂土表面湿润时容易聚集成团堵住出砂的位置，因此需要防堵出砂头与单向激振器配合使用。其中摇晃弹簧可以放大单向激振器的震动，带动其下部的调节板产生大幅震动。此外，出砂口与第一调节板之间有一定的距离，第一调节板上部布设有分砂锥体。分砂锥体可将第一出砂口落下的土颗粒打散，此外在激振器作用下，分砂锥体与聚在一起的土颗粒相互碰撞并将其打散。上述结构可有效防止轻砂粒堵住出砂口。第一调节板和第二调节板之间通过楔形燕尾槽咬接，二者可相对滑动，通过调节第一调节板、第二调节板的相对位置进而控制出砂口的大小进而控制土颗粒的散落速率，还可在试验过程中完全关闭出砂口。综上，单向激振器与防堵出砂头协同作用，保证顺利出砂且控制颗粒的散落速率。此外，在制作透明土的过程中，双层结构可以保证散落速率不受颗粒容器中土颗粒重量变化的影响。该结构可有效避免因土体不均性导致的实验误差。

(4)多功能设计，操作简便。可分别实现孔隙液收集和透明土配制两个功能，节省实验经费。

附图说明

图1为本发明透明土孔隙液回收兼透明土配制装置的主视图。

图2为本发明透明土孔隙液回收兼透明土配制装置的侧视图。

图3为真空收集待处理的透明土的孔隙液回收兼透明土配制装置的主视图。

图4为防堵出砂口的结构示意图，A为封堵板打开的示意图，B为封堵板关闭的示意图。

图5为图3中A部分的局部放大示意图。

图6为引流振捣棒的剖面图。

图7为透明土配制装置示意图。

图8为透明土配制装置侧视图。

图中各标号为：1、稳定底座；2、升降系统；201、滑动连杆；202、剪叉； 203、调节旋钮；3、滑轨；4、滑块；5、单向激振器；6、颗粒容器；7、引流振捣棒；701、引流条；702、导气孔；8待处理透明土；9、防堵出砂头；901、封堵板；902、出砂口、903、摇晃弹簧、904、第一调节板；905、第二调节板；906、分砂锥体；10、真空系统；1001、真空表；1002、真空阀门；1003、真空波纹管； 1004、真空泵；1005、密封阀；1006、集液口；1007、真空集液罐；11、透明土模型箱；12、密封胶圈。

具体实施方式

下面结合附图具体对本发明做进一步的详细说明。

实施例1

如图1-6所示，一种透明土孔隙液回收及透明土配制的方法，通过透明土孔隙液回收兼透明土配制装置进行孔隙液回收及透明土配制，所述透明土孔隙液回收兼透明土配制装置包括透明土承装系统、引流振捣棒7、抽真空系统、透明土模型箱11和出砂控制系统；所述透明土承装系统包括稳定底座1，所述稳定底座1连接有升降系统2、所述升降系统2顶部设有滑轨3、滑轨3滑动连接有滑块4、颗粒容器6与滑块4固定连接，搭接在滑轨3上；所述颗粒容器6内装有待处理透明土8；所述引流振捣棒7插入透明土内部，所述引流振捣棒7的棒体内部中空，下端分出多根细小的振捣头，可全方位均匀振捣待处理的透明土土体，振捣头内部中空与棒体内部中空相连通且表面布有大量导气孔，振捣头表面沿长度方向布置有多根引流条；所述真空系统包括真空集液罐1007，所述真空集液罐1007通过螺纹固定在颗粒容器6外侧，并且在螺纹顶部设置有密封橡胶圈，真空集液罐1007底部设有密封阀1005和集液口1006，所述集液口1006与透明土模型箱11通过软管连通，收集一定孔隙液后，打开密封阀1005通过集液口 1006将孔隙液引入透明土模型箱11中，方便快捷提高实验效率；所述真空集液罐1007一侧连接有真空表1001、真空阀门1002；真空波纹管1003和真空泵1004；所述出砂控制系统包括单向激振器5和防堵出砂头9；所述单向激振器5对称安装在颗粒容器6顶部；所述防堵出砂头包括出砂口902、第一调节板904和第二调节板905，所述出砂口902置于颗粒容器6的底部，出砂口902上部放置有封堵板901，以调节出砂口902的大小，所述第一调节板904和第二调节板905通过楔形燕尾槽咬接，第一调节板904的左右两侧分别通过摇晃弹簧903与颗粒容器5底部两侧连接，所述第一调节板904上设有分砂锥体906，所述出砂口902 与第一调节板904之间有一定的距离，保证弹簧能够晃动起来；所述颗粒容器6 的直径小于透明土模型箱11。

所述稳定底座1通过螺栓固定在一个固定的台面上。

所述稳定底座1与升降系统2栓接，升降系统2顶部与滑轨3固定连接。

所述升降装置包括滑动连杆201、剪叉202、调节旋钮203。

所述孔隙液回收方法，包括如下步骤：

S1固定稳定底座1，调节升降系统2；

S2将真空集液罐1007安装到颗粒容器6上，调整封堵板901和出砂口902，保证仅有孔隙液流出；

S3将待处理的透明土填入颗粒容器6中，在填土的过程中插入引流振捣棒7 并进行振捣，振实土体排除气泡；

S4关闭真空阀门1002和密封阀1005，打开真空泵1004，边进行振捣边进行孔隙液的收集；

S5真空集液罐1007收集一定量的孔隙液后，打开密封阀1005，通过集液口 1006将孔隙液直接倒入透明土模型箱11；

S6重复上述S4和S5这两个步骤，直至不再有孔隙液溢出。

所述透明土配制方法，包括如下步骤：

S1完成待处理透明土中孔隙液的收集后，拔出引流振捣棒7，旋转并摘掉真空集液系统；

S2调整升降系统2，使颗粒容器6底部伸入透明土模型箱11中，使颗粒容器底部尽量贴近透明土模型箱11中孔隙液的液面；

S3打开封堵板901并调整第一调节板904和第二调节板905，使固体颗粒低速均匀落下；

S4沿滑轨3匀速移动颗粒容器5，分层均匀铺设透明土固体颗粒，随着颗粒的铺设缓慢调整升降系统2，提高颗粒容器6高度，保持容器6底部始终贴近孔隙液液面；

S5重复步骤S4直至完成土体配制。

实施例2

如图4，7和8所示，一种透明土配制方法，通过透明土配制装置进行透明土配制，所述透明土配制装置包括透明土承装系统、透明土模型箱11和出砂控制系统；所述透明土承装系统包括稳定底座1，所述稳定底座1连接有升降系统 2、所述升降系统2顶部设有滑轨3、滑轨3滑动连接有滑块4、颗粒容器6与滑块4固定连接；所述颗粒容器6内装有透明土固体颗粒；所述出砂控制系统包括单向激振器5和防堵出砂头9，所述单向激振器5对称安装在颗粒容器6顶部，所述防堵出砂头包括出砂口902、第一调节板904和第二调节板905，所述出砂口902置于颗粒容器6的底部，出砂口902上部放置有封堵板901，以调节出砂口902的大小，所述第一调节板904和第二调节板905通过楔形燕尾槽咬接，第一调节板904的左右两侧分别通过摇晃弹簧903与颗粒容器6底部两侧连接，所述第一调节板上设有分砂锥体906，所述出砂口902与第一调节板904之间有一定的距离，保证弹簧能够晃动起来，所述颗粒容器6的直径小于透明土模型箱 11；

所述稳定底座1通过螺栓固定在一个固定的台面上。

所述稳定底座1与升降系统2栓接，升降系统2顶部与滑轨3固定连接。

所述升降装置包括滑动连杆201、剪叉202、调节旋钮203。

所述透明土配制方法包括如下步骤：

S1调整升降系统，使颗粒容器6底部伸入透明土模型箱11中，使颗粒容器 6底部尽量贴近透明土模型箱11中孔隙液的液面；

S2打开封堵板901并调整第一调节板904和第二调节板905，使固体颗粒低速均匀落下；

S3沿滑轨3匀速移动颗粒容器6，分层均匀铺设透明土固体颗粒，随着颗粒的铺设缓慢调整升降系统2，提高颗粒容器6高度，保持容器底部始终贴近孔隙液液面；

S4重复步骤S3直至完成土体配制。