凍土邊坡模型制作及凍土邊坡模型定向爆破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凍土邊坡模型制作及凍土邊坡模型定向爆破試驗裝置和試驗方法，透明凍土邊坡模型制作采用含氟聚合物為配制透明凍土中的透明固體材料，所述含氟聚合物為粒徑0.25㎜～2.0㎜的顆粒，為美國杜邦公司生產的TeflonAF1600，折射率1.31，密度2.1g/㎝3～2.3g/㎝3；所述試驗裝置包括透明模型槽、透明凍土邊坡模型等模擬自然邊坡的模擬裝置、包括數(shù)碼相機的記錄觀測裝置和處理裝置；本發(fā)明試驗方法可行，配制的透明土透明度高，價格低廉，無毒無害，與天然凍土土體性質的相似性好，能廣泛替代自然凍土；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，有效地用于巖土工程中的模型試驗。
【專利說明】凍土邊坡模型制作及凍土邊坡模型定向爆破試驗裝置和試驗方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種土體的定向爆破試驗裝置和試驗方法，具體地說是一種凍土邊坡模型制作及凍土邊坡模型定向爆破試驗裝置和試驗方法，特別是涉及一種可視化凍土邊坡模型制作及凍土邊坡模型定向爆破試驗裝置和試驗方法。
【背景技術】
[0002]在巖土工程方面的模型試驗中，研究土體內部變形規(guī)律和機理，如控制爆破、沉樁施工過程、基坑開挖過程等，對探索巖土工程問題本質具有重要意義。特別是地球上多年凍土、季節(jié)凍土和短時凍土區(qū)的面積約占陸地面積的50 %，其中，多年凍土分布面積3500萬km2，約占陸地面積的25 %。而凍土的工程特性與常規(guī)土的工程特性相差較大，因此，開展對凍土的工程特性以及構建物在凍土區(qū)域的特性研究顯得非常重要。
[0003]控制爆破是指對工程爆破過程中由于炸藥在被爆破對象的爆炸而產生的飛散物、地震、空氣沖擊波、煙塵、噪音等公害通過一定的技術手段加以控制的一種的爆破技術，在工程施工中得到廣泛應用。如:定向爆破、預裂爆破、光面爆破、巖塞爆破、微差控制爆破、拆除爆破、靜態(tài)爆破、拋填爆破、弱松動爆破、燃燒劑爆破等。定向爆破是利用炸藥爆炸的作用，把某一地區(qū)的土石方拋擲到指定的地區(qū)，并大致堆積成所需形狀的一種爆破技術，主要用于修壩(水壩或尾礦壩)、筑路(路堤和路基)、平整土地(工業(yè)場地和農田建設)等，對于勞力缺乏，交通不便以及無施工場地的工點尤為適宜。
[0004]專利號為201110074794.2，發(fā)明名稱為一種用于高含冰凍土試樣的制備方法的專利公開了一種利用常規(guī)設備制備高含冰凍土試樣的技術方法，該法可以根據實際需要的尺寸制作高含冰人工凍土試樣，基于制配完成的凍土試樣，利用土工測試儀器對凍土的工程特性進行測試。
[0005]文獻I《凍土爆破漏斗及凍土爆破性的模型試驗研究》(馬芹永.煤炭學報，1997，22(3): 288-293.)公開了一套不同溫度下凍結黏土、砂土的爆破漏斗模型試驗方案；文獻2《立井凍土鉆爆法施工爆破參數(shù)初探》(宗琦，楊呂俊.工程爆破，1999，5(2): 25-29.)、文獻3《立井凍土光面爆破的模型試驗研究》(姜玉松.淮南工業(yè)學院學報，2001,21 (4):31-34.)公開了一套凍結砂土掏槽爆破和光面爆破模型試驗方案；文獻4《多年凍土和人工凍土的爆破試驗與方法研究》(馬芹永.土木工程學報，2004，37 (9): 75-78.)綜合介紹了凍土爆破漏斗、掏槽爆破和光面爆破試驗的研究進展和成果。這些模型試驗方案均是基于常規(guī)試驗手段，無法有效獲得爆破試驗后凍土的具體破裂形態(tài)。而傳統(tǒng)的土體變形測量方法是在土體內部埋設一系列傳感器，得到某些離散點的位移，但是傳感器容易受外界環(huán)境擾動的影響，測量結果往往不夠準確，同時不能給出土體內部連續(xù)變形的整個位移場?，F(xiàn)代數(shù)字圖像技術也只局限于測量土體的宏觀或邊界變形，不能實現(xiàn)對土體內部變形的可視化；X-射線、Y -射線、計算機層析掃描(CAT掃描)及磁共振成像技術(MRI)雖然可以用來測量土體內部的連續(xù)變形，但昂貴的費用限制了這些技術的廣泛應用。[0006]利用人工合成透明土結合光學觀測和圖像處理技術可以實現(xiàn)土體內部變形的可視化，其費用低廉，操作簡便，可以廣泛應用在巖土工程方面的模型試驗中，研究土體內部規(guī)律和機理，對探索巖土工程問題本質具有重要意義。其前提是獲得透明度較高，且性質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制配透明土，并得到了一些成果。但是，現(xiàn)有技術資料表明，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，遠大于水的1.33折射率和冰的1.31折射率。因此，利用現(xiàn)有的配制透明土的固體顆粒無法配制出飽和透明凍土試樣。
[0007]含氟聚合物為美國杜邦公司生產的Teflon AF 1600，折射率1.31，密度2.lg/ Cm3~2.3g/ cm 3 ;具有耐高溫、耐低溫、耐化學腐蝕、無粘性、無毒、無污染、高透明度、低折射率的特性，還具有氣體滲透性結構、疏水性、化學惰性等特性，與天然土體性質的相似性好。Teflon AF 1600可溶解于氟系溶劑中，可以形成薄膜或熔融壓縮成型；目前，其主要用在涂層、浸潰或制成纖維，制成的液芯波導在吸收、熒光、拉曼光譜分析、氣體傳感器等諸多領域也有運用。由于含氟聚合物具有高透明度，折射率與冰相同，因此，可以在配制透明凍土中用作透明固體材料。
【發(fā)明內容】

[0008]本發(fā)明的目的是提供一種凍土邊坡模型制作及凍土邊坡模型定向爆破試驗裝置和試驗方法，特別是一種可視化凍土邊坡模型制作及凍土邊坡模型定向爆破試驗裝置和試驗方法。
[0009]本發(fā)明是采用如下技術方案實現(xiàn)其發(fā)明目的的，一種凍土邊坡模型制作方法，它包括以下步驟:
⑴備料:首先根據試驗要求制作模擬自然邊坡模型的模具，再根據試驗條件與模具尺寸大小計算確定含氟聚合物、顆粒冰及無色孔隙液體的用量；所述含氟聚合物為粒徑0.25mm~2.0 mm的顆粒，清洗雜質并烘干，其顆粒為不規(guī)則形狀，為美國杜邦公司生產的TeflonAF 1600，折射率1.31，密度2.lg/ cm 3~2.3g/ cm 3 ;所述顆粒冰為將凍結好的整塊冰搗碎，其粒徑為0.1 mm~0.5 mm ;所述無色孔隙液體為水；
本發(fā)明在步驟⑴中，所述的含氟聚合物顆粒0.25mm<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腿≤粒徑≤2.0 mm的為10 %~50 %，以重量計,合計為100 %。
[0010]⑵混配:在一 6.(TC~一 8.(TC低溫實驗室內，先將含氟聚合物顆粒和顆粒冰均勻攪拌，分2~3次裝入模具內制試樣，并分層擊實；再將水加入模具內，充填含氟聚合物顆粒和顆粒冰之間的空隙；
⑶抽真空:利用抽真空裝置抽除存留在試樣內部的氣泡，使試樣達到充分飽和狀態(tài)；⑷凍結:將模具裝入一 20°C低溫箱凍結48小時后拆除模具，制得模擬飽和凍砂土自然邊坡的透明凍土邊坡模型，其物理特性為: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~61MPa，泊松比0.2~0.4。
[0011]一種凍土邊坡模型制作方法，它包括以下步驟:⑴備料:首先根據試驗要求制作模擬自然邊坡模型的模具，再根據試驗條件與模具尺寸大小計算確定含氟聚合物、顆粒冰及無色孔隙液體的用量；所述含氟聚合物為粒徑(0.074 mm的顆粒，清洗雜質并烘干，其顆粒為不規(guī)則形狀，為美國杜邦公司生產的TeflonAF 1600，折射率1.31，密度2.lg/ cm 3~2.3g/ cm 3 ;所述顆粒冰為將凍結好的整塊冰搗碎，其粒徑< 0.074 mm ;所述無色孔隙液體為水；
⑵混配:在一 6.(TC~一 8.(TC低溫實驗室內，先將含氟聚合物顆粒和顆粒冰均勻攪拌，分2~3次裝入模具內制試樣，并分層擊實；再將水加入模具內，充填含氟聚合物顆粒和顆粒冰之間的空隙；
⑶抽真空:利用抽真空裝 置抽除存留在試樣內部的氣泡，使試樣達到充分飽和狀態(tài)；
⑷固結:將試樣放在固結儀中進行固結，固結度OCR值0.8~3 ;
(5)凍結:將模具裝入一 20°C低溫箱凍結48小時后拆除模具，制得模擬飽和凍黏土自然邊坡的透明凍土邊坡模型，其物理特性為:密度1.63 g/ cm 3~2.lg/ cm 3，重度16kN/m3~21kN/m3，固結度OCR值0.8~3 ;力學特性為:內摩擦角19°~22 °，凝聚力為IkPa~3kPa,彈性模量5MPa~9MPa,泊松比0.2~0.3。
[0012]一種凍土邊坡模型定向爆破試驗裝置，它包括透明模型槽，透明模型槽內設有模擬自然邊坡的透明凍土邊坡模型，透明凍土邊坡模型上依設計設有爆破孔，爆破孔內布置有炸藥及雷管；透明模型槽外的正視面、側視面和俯視面設有可觀察整個透明模型槽空間的數(shù)碼相機，數(shù)碼相機通過數(shù)據線與處理裝置聯(lián)接；定向爆破時，由數(shù)碼相機觀測記錄透明凍土邊坡模型在不同自然邊坡高度、不同爆破孔直徑與深度、不同炸藥用量情況下定向爆破形成人工邊坡的過程，并將記錄數(shù)據通過數(shù)據線送入處理裝置，完成凍土邊坡模型的定向爆破試驗。
[0013]本發(fā)明所述透明凍土邊坡模型采用透明凍土材料制作，當需制得模擬飽和凍砂土自然邊坡的透明凍土邊坡模型時，所述透明凍土它由含氟聚合物、顆粒冰與無色孔隙液體經備料、混配、抽真空、凍結步驟配制而成，所述含氟聚合物、顆粒冰與無色孔隙液體用量通過試驗條件與模型大小計算；所述無色孔隙液體為水，所述含氟聚合物為粒徑0.25mm~2.0 mm的顆粒，其顆粒為不規(guī)則形狀，為美國杜邦公司生產的Teflon AF 1600，折射率
1.31，密度2.lg/ cm 3~2.3g/ cm 3 ;所述顆粒冰的粒徑為0.1 mm~0.5 mm ;所述透明凍土的物理特性為: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~61MPa，泊松比0.2~0.4 ;所述的含氟聚合物顆粒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 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 %。
[0014]本發(fā)明所述透明凍土邊坡模型采用透明凍土材料制作，當需制得模擬飽和凍黏土自然邊坡的透明凍土邊坡模型時，所述透明凍土它由含氟聚合物、顆粒冰與無色孔隙液體經備料、混配、抽真空、固結、凍結步驟配制而成，所述含氟聚合物、顆粒冰與無色孔隙液體用量通過試驗條件與模型大小計算；所述無色孔隙液體為水，所述含氟聚合物為粒徑
<0.074 mm的顆粒，其顆粒為不規(guī)則形狀，為美國杜邦公司生產的Teflon AF 1600，折射率
1.31，密度2.lg/ cm 3~2.3g/ cm 3 ;所述顆粒冰的粒徑< 0.074 mm ;所述透明凍土的物理特性為:密度1.63 g/ cm 3~2.lg/ cm 3，重度16kN/m3~21kN/m3，固結度OCR值0.8~3 ;力學特性為:內摩擦角19。~22。，凝聚力為IkPa~3kPa，彈性模量5MPa~9MPa，泊松比
0.2 ~0.3。
[0015]本發(fā)明所述透明模型槽采用透明鋼化玻璃制成。
[0016]一種凍土邊坡模型定向爆破試驗方法，它包括以下過程:
⑴建模:根據試驗要求及自然凍土邊坡模型尺寸分別制作透明模型槽和模擬自然凍土邊坡模型的透明凍土邊坡模型，所述透明凍土邊坡模型采用透明凍土材料制作，并預留爆破孔；所述透明模型槽采用透明鋼化玻璃制成；
⑵安裝:將透明凍土邊坡模型裝入透明模型槽，根據試驗設計，在預留的爆破孔內裝入雷管及炸藥；在透明模型槽外的正視面、側視面和俯視面設置可觀察整個透明模型槽空間的數(shù)碼相機，數(shù)碼相機通過數(shù)據線與處理裝置聯(lián)接；
⑶試驗:引爆雷管及炸藥，由數(shù)碼相機觀測并記錄透明凍土邊坡模型定向爆破形成人工邊坡的過程，并將記錄數(shù)據通過數(shù)據線送入處理裝置；
⑷重復過程⑴~過程⑶，可通過處理裝置觀測不同自然邊坡高度、不同爆破孔直徑與深度、不同炸藥用量情況下透明凍土邊坡模型的定向爆破過程，以分析凍土定向爆破機理，完成凍土邊坡模型的定向爆破試驗。
[0017]當需制得模擬飽和凍砂土自然邊坡的透明凍土邊坡模型時，本發(fā)明在過程⑴中，所述制作透明凍土邊坡 模型包括備料、混配、抽真空、凍結步驟:
所述備料為首先根據試驗要求制作模擬自然邊坡模型的模具，再根據試驗條件與模具尺寸大小計算確定含氟聚合物、顆粒冰及無色孔隙液體的用量；所述含氟聚合物為粒徑
0.25 IM~2.0 mm的顆粒，清洗雜質并烘干，其顆粒為不規(guī)則形狀，為美國杜邦公司生產的Teflon AF 1600，折射率1.31，密度2.lg/cm 3~2.3g/cm 3 ;所述顆粒冰為將凍結好的整塊冰搗碎，其粒徑為0.1 mm~0.5 mm ;所述無色孔隙液體為水；
所述的含氟聚合物顆粒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 %。
[0018]所述混配為在一 6.(TC~一 8.(TC低溫實驗室內，先將含氟聚合物顆粒和顆粒冰均勻攪拌，分2~3次裝入模具內制試樣，并分層擊實；再將水加入模具內，充填含氟聚合物顆粒和顆粒冰之間的空隙；
所述抽真空為利用抽真空裝置抽除存留在試樣內部的氣泡，使試樣達到充分飽和狀
態(tài)；
所述凍結為將模具裝入一 20°C低溫箱凍結48小時后拆除模具，制得模擬為飽和凍砂土自然邊坡的透明凍土邊坡模型，其物理特性為:密度1.53 8/0113~2.(^/0113，重度151^/m3~20kN/m3，密實度20 %~80 % ;力學特性為:內摩擦角30。~31。，彈性模量8MPa~61MPa，泊松比 0.2 ~0.4。
[0019]當需制得模擬飽和凍黏土自然邊坡的透明凍土邊坡模型時，本發(fā)明在過程⑴中，所述制作透明凍土邊坡模型包括備料、混配、抽真空、固結、凍結步驟:
所述備料為首先根據試驗要求制作模擬自然邊坡模型的模具，再根據試驗條件與模具尺寸大小計算確定含氟聚合物、顆粒冰及無色孔隙液體的用量；所述含氟聚合物為粒徑^ 0.074 IM的顆粒，清洗雜質并烘干，其顆粒為不規(guī)則形狀，為美國杜邦公司生產的TeflonAF 1600，折射率1.31，密度2.lg/ cm 3~2.3g/ cm 3 ;所述顆粒冰為將凍結好的整塊冰搗碎，其粒徑< 0.074 mm ;所述無色孔隙液體為水；
所述混配為在一 6.(TC~一 8.(TC低溫實驗室內，先將含氟聚合物顆粒和顆粒冰均勻攪拌，分2~3次裝入模具內制試樣，并分層擊實；再將水加入模具內，充填含氟聚合物顆粒和顆粒冰之間的空隙；
所述抽真空為利用抽真空裝置抽除存留在試樣內部的氣泡，使試樣達到充分飽和狀
態(tài)；
所述固結為將試樣放在固結儀中進行固結，固結度OCR值0.8~3 ;
所述凍結為將模具裝入一 20°C低溫箱凍結48小時后拆除模具，制得模擬為飽和凍黏土自然邊坡的透明凍土邊坡模型，其物理特性為:密度1.63 g/cm3~2.18/0113，重度161^/m3~21kN/m3，固結度OCR值0.8~3 ;力學特性為:內摩擦角19°~22°，凝聚力為I kPa~3kPa,彈性模量5MPa~9MPa,泊松比0.2~0.3。
[0020]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，價格低廉，無毒無害，與天然凍土土體性質的相似性好，能廣泛替代自然凍土 ；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，有效地用于巖土工程中的模型試驗。
【專利附圖】

【附圖說明】 [0021]圖1是本發(fā)明試驗裝置的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0022]下面結合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步說明。
[0023]實施例1:
一種凍土邊坡模型制作方法，它包括以下步驟:
⑴備料:首先根據試驗要求制作模擬自然邊坡模型的模具，再根據試驗條件與模具尺寸大小計算確定含氟聚合物、顆粒冰及無色孔隙液體的用量；所述含氟聚合物為粒徑0.25mm~2.0 mm的顆粒，清洗雜質并烘干，其顆粒為不規(guī)則形狀，為美國杜邦公司生產的TeflonAF 1600，折射率1.31，密度2.lg/ cm3~2.3g/ cm 3 ;所述顆粒冰為將凍結好的整塊冰搗碎，其粒徑為0.1 mm~0.5 mm ;所述無色孔隙液體為水；
本發(fā)明在步驟⑴中，所述的含氟聚合物顆粒0.25mm<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腿≤粒徑≤2.0 mm的為10 %~50 %，以重量計,合計為100 %。
[0024]為不影響折射率，本發(fā)明在步驟⑴中，所述的水為純凈水。
[0025]根據試驗條件與模具內試樣尺寸大小計算確定含氟聚合物、顆粒冰及純凈水的用量:
本實施例的試樣含水量100.0 %、干密度0.55g/cm3、試樣體積(374.0 cm 3)及低溫實驗室溫度一 6.(TC，換算出制備一個試樣所需含氟聚合物顆粒質量(顆粒質量=干密度X試樣體積)為206.0g,總水量(含水量100.0 %，總水量的質量與顆粒質量相等)為206.0g ；由于砂土在溫度為一 6.(TC時，其未凍水含量約為15 %，所以在制備試樣過程中加入純凈水的質量應為30.9g，顆粒冰的質量為175.lg。
[0026]本實施例選擇密度2.3g/ cm 3的含氟聚合物顆粒，含氟聚合物顆粒0.25 粒徑
<0.5 mm的為 20 % , 0.5 mm;≤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20 %，以重量計，合計為100 %，將其混合均勻；
⑵混配:在一 6.(TC~一 8.(TC低溫實驗室內，先將含氟聚合物顆粒和顆粒冰均勻攪拌，分2~3次裝入模具內制試樣，并分層擊實；再將水加入模具內，充填含氟聚合物顆粒和顆粒冰之間的空隙；
本實施例在一 6.(TC低溫實驗室內，先將步驟⑴中確定的含氟聚合物顆粒和顆粒冰均勻攪拌，分3次裝入模具內制試樣，并分層擊實，壓至設計密實度70 % ;再將純凈水加入模具內，充填含氟聚合物顆粒和顆粒冰之間的空隙；
⑶抽真空:利用抽真空裝置抽除存留在試樣內部的氣泡，使試樣達到充分飽和狀態(tài)；⑷凍結:將模具裝入一 20°C低溫箱凍結48小時后拆除模具，制得模擬飽和凍砂土自然邊坡的透明凍土邊坡模型，其物理特性為: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~61MPa，泊松比0.2~0.4。
[0027]本實施例所制透明凍土邊坡模型的物理特性為:密度1.9g/ cm 3，重度19kN/m3，密實度70 % ;力學特性為:內摩擦角31°，彈性模量40MPa，泊松比0.3。
[0028]由圖1可知，一種凍土邊坡模型定向爆破試驗裝置，它包括透明模型槽1，透明模型槽I內設有模擬自然邊坡4的透明凍土邊坡模型2，透明凍土邊坡模型2上依設計設有爆破孔3，爆破孔3內布置有炸藥及雷管；透明模型槽I外的正視面、側視面和俯視面設有可觀察整個透明模型槽I空間的數(shù)碼相機6，數(shù)碼相機6通過數(shù)據線與處理裝置7聯(lián)接；定向爆破時，由數(shù)碼相機6觀測記錄透明凍土邊坡模型2在不同自然邊坡4高度、不同爆破孔直徑與深度、不同炸藥用量情況下定向爆破形成人工邊坡5的過程，并將記錄數(shù)據通過數(shù)據線送入處理裝置7，完成凍土邊坡模型的定向爆破試驗。
[0029]本發(fā)明所述透明模型槽I采用透明鋼化玻璃制成。
[0030]本發(fā)明所述透明凍土邊坡模型2采用透明凍土材料制作，當需制得模擬飽和凍砂土自然邊坡的透明凍土邊坡模型2時，所述透明凍土它由含氟聚合物、顆粒冰與無色孔隙液體經備料、混配、抽真空、凍結步驟配制而成，所述含氟聚合物、顆粒冰與無色孔隙液體用量通過試驗條件與模型大小計算；所述無色孔隙液體為水，所述含氟聚合物為粒徑0.25mm~2.0 mm的顆粒，其顆粒為不規(guī)則形狀，為美國杜邦公司生產的Teflon AF 1600，折射率
1.31，密度2.lg/ cm 3~2.3g/ cm 3 ;所述顆粒冰的粒徑為0.1 mm~0.5 mm ;所述透明凍土的物理特性為: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~61MPa，泊松比0.2~0.4 ;所述的含氟聚合物顆粒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 mm的為10 %~50 % , 1.5mm≤粒徑≤2.0 mm的為10 %~50 %，以重量計，合計為100 %。
[0031]為不影響折射率，本發(fā)明所述的水為純凈水。
[0032]本實施例選擇密度2.3g/ cm 3的含氟聚合物顆粒，含氟聚合物顆粒0.25≤ 粒徑
<0.5 mm的為 20 % , 0.5 mm≤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20 %，以重量計,合計為100 %。
[0033]根據試驗條件與模具內試樣尺寸大小計算確定含氟聚合物、顆粒冰及純凈水的用量:
本實施例的試樣含水量100.0 %、干密度0.55g/cm3、試樣體積(374.0 cm 3)及低溫實驗室溫度一 6.(TC，換算出制備一個試樣所需含氟聚合物顆粒質量(顆粒質量=干密度X試樣體積)為206.0g,總水量(含水量100.0 %，總水量的質量與顆粒質量相等)為206.0g ；由于砂土在溫度為一 6.(TC時，其未凍水含量約為15 %，所以在制備試樣過程中加入純凈水的質量應為30.9g，顆粒冰的質量為175.lg。
[0034]所述混配為在一 6.(TC~一 8.(TC低溫實驗室內，先將含氟聚合物顆粒和顆粒冰均勻攪拌，分2~3次裝入模具內制試樣，并分層擊實；再將水加入模具內，充填含氟聚合物顆粒和顆粒冰之間的空隙；
本實施例在一 6.0℃低溫實驗室內，先將確定的含氟聚合物顆粒和顆粒冰均勻攪拌，分3次裝入模具內制試樣，并分層擊實，壓至設計密實度70 % ;再將純凈水加入模具內，充填含氟聚合物顆粒和顆粒冰之間的空隙；
所述利用抽真空裝置抽除存留在試樣內部的氣泡，使試樣達到充分飽和狀態(tài)；
所述凍結為將模具裝入一 20°C低溫箱凍結48小時后拆除模具，制得模擬飽和凍砂土自然邊坡的透明凍土邊坡模型2，其物理特性為:密度1.53 8/0113~2.(^/0113，重度151^/m3~20kN/m3，密實度20 %~80 % ;力學特性為:內摩擦角30。~31。，彈性模量8MPa~61MPa，泊松比 0.2 ~0.4。
[0035]本實施例所制透明凍土邊坡模型2的物理特性為:密度1.9g/ cm 3，重度19kN/m3，密實度70 % ;力學特性為:內摩擦角31°，彈性模量40MPa，泊松比0.3。
[0036]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)。
[0037]一種凍土邊坡模型定向爆破試驗方法，它包括以下過程:
⑴建模:根據試驗要求及自然凍土邊坡模型尺寸分別制作透明模型槽I和模擬自然凍土邊坡模型的透明凍土邊坡模型2，所述透明凍土邊坡模型2采用透明凍土材料制作，并預留爆破孔3 ;所述透明模型槽I采用透明鋼化玻璃制成；
當需制得模擬飽和凍砂土自然邊坡的透明凍土邊坡模型2時，本發(fā)明在過程⑴中，所述制作透明凍土邊坡模型包括備料、混配、抽真空、凍結步驟:
所述備料為首先根據試驗要求制作模擬自然邊坡模型的模具，再根據試驗條件與模具尺寸大小計算確定含氟聚合物、顆粒冰及無色孔隙液體的用量；所述含氟聚合物為粒徑
0.25 mm~2.0 mm的顆粒，清洗雜質并烘干，其顆粒為不規(guī)則形狀，為美國杜邦公司生產的Teflon AF 1600，折射率1.31，密度2.lg/cm 3~2.3g/cm 3 ;所述顆粒冰為將凍結好的整塊冰搗碎，其粒徑為0.1 mm~0.5 mm ;所述無色孔隙液體為水；
所述的含氟聚合物顆粒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 %。
[0038]為不影響折射率，本發(fā)明所述的水為純凈水。
[0039]根據試驗條件與模具內試樣尺寸大小計算確定含氟聚合物、顆粒冰及純凈水的用量:
本實施例的試樣含水量100.0 %、干密度0.55g/cm3、試樣體積(374.0 cm 3)及低溫實驗室溫度一 6.(TC，換算出制備一個試樣所需含氟聚合物顆粒質量(顆粒質量=干密度X試樣體積)為206.0g,總水量(含水量100.0 %，總水量的質量與顆粒質量相等)為206.0g ；由于砂土在溫度為一 6.(TC時，其未凍水含量約為15 %，所以在制備試樣過程中加入純凈水的質量應為30.9g，顆粒冰的質量為175.lg。
[0040]本實施例選擇密度2.3g/ cm 3的含氟聚合物顆粒，含氟聚合物顆粒0.25 粒徑
<0.5 mm的為 20 % , 0.5 mm;^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20 %，以重量計，合計為100 %，將其混合均勻；
所述混配為在一 6.(TC~一 8.(TC低溫實驗室內，先將含氟聚合物顆粒和顆粒冰均勻攪拌，分2~3次裝入模具內制試樣，并分層擊實；再將水加入模具內，充填含氟聚合物顆粒和顆粒冰之間的空隙；
本實施例在一 6.(TC低溫實驗室內，先將確定的含氟聚合物顆粒和顆粒冰均勻攪拌，分3次裝入模具內制試樣，并分層擊實，壓至設計密實度70 % ;再將純凈水加入模具內，充填含氟聚合物顆粒和顆粒冰之間的空隙；
所述抽真空為利用抽真空裝置抽除存留在試樣內部的氣泡，使試樣達到充分飽和狀
態(tài)；
所述凍結為將模具裝入一 20°C低溫箱凍結48小時后拆除模具，制得模擬為飽和凍砂土自然邊坡的透明凍土邊坡模型2，其物理特性為: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 ~6IMPa,泊松比 0.2 ~0.4。
[0041]本實施例所制透明凍土邊坡模型2的物理特性為:密度1.9g/ cm 3，重度19kN/m3，密實度70 % ;力學特性為:內摩擦角31°，彈性模量40MPa，泊松比0.3。
[0042]⑵安裝:將透明凍土邊坡模型2裝入透明模型槽1，根據試驗設計，在預留的爆破孔3內裝入雷管及炸藥，炸藥藥量根據試驗設計要求確定；在透明模型槽I外的正視面、側視面和俯視面設置可觀察整個透明模型槽I空間的數(shù)碼相機6，數(shù)碼相機6通過數(shù)據線與處理裝置7聯(lián)接；
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10μ8~1Os (本實施例為10μ8)ο
[0043]⑶試驗:引爆雷管及炸藥，由數(shù)碼相機6觀測并記錄透明凍土邊坡模型2定向爆破形成人工邊坡5的過程，并將記錄數(shù)據通過數(shù)據線送入處理裝置7 ；
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對由數(shù)碼相機6采集的圖片資料進行處理。
[0044]⑷重復過程⑴~過程⑶，可通過處理裝置7觀測不同自然邊坡4高度、不同爆破孔3直徑與深度、不同炸藥用量情況下透明凍土邊坡模型2的定向爆破過程，以分析凍土定向爆破機理，完成凍土邊坡模型2的定向爆破試驗。
[0045]實施例2:
在凍土邊坡模型2的制備中，選擇密度2.lg/ cm 3的含氟聚合物顆粒，含氟聚合物顆粒
0.25 mm≤粒徑< 0.5 mm的為 20 % , 0.5 mm≤粒徑< 1.0 mm的為 30 %，1.0 mm≤粒徑< 1.5mm的為30 %，1.5 mmi^粒徑< 2.0 mm的為20 %，以重量計，合計為100 %，將其混合均勻；混配時，控制密實度30 % ;本實施例所制透明凍土邊坡模型2的物理特性為:密度1.82g/ cm3，重度18kN/m3，密實度30 % ;力學特性為:內摩擦角30。，彈性模量lOMPa，泊松比0.35。
[0046]余同實施例1。
[0047]實施例3:
一種凍土邊坡模型制作方法，它包括以下步驟:
⑴備料:首先根據試驗要求制作模擬自然邊坡模型的模具，再根據試驗條件與模具尺寸大小計算確定含氟聚合物、顆粒冰及無色孔隙液體的用量；所述含氟聚合物為粒徑(0.074 mm的顆粒，清洗雜質并烘干，其顆粒為不規(guī)則形狀，為美國杜邦公司生產的TeflonAF 1600，折射率1.31，密度2.lg/ cm 3~2.3g/ cm 3 ;所述顆粒冰為將凍結好的整塊冰搗碎，其粒徑< 0.074 mm ;所述無色孔隙液體為水；
為不影響折射率，本發(fā)明所述的水為純凈水。
[0048]本實施例試驗條件與模具內試樣尺寸大小和計算方法與實施例1相同。
[0049]本實施例確定含氟聚合物顆粒、顆粒冰及純凈水的用量分別為206.0g、175.1g和30.9g0
[0050]本實施例選擇密度2.3g/ cm 3、粒徑< 0.074 mm的含氟聚合物顆粒。
[0051]⑵混配:在一 6.(TC~一 8.(TC低溫實驗室內，先將含氟聚合物顆粒和顆粒冰均勻攪拌，分2~3次裝入模具內制試樣，并分層擊實；再將水加入模具內，充填含氟聚合物顆粒和顆粒冰之間的空隙；
本實施例在一 6.(TC低溫實驗室內，先將步驟⑴中確定的含氟聚合物顆粒和顆粒冰均勻攪拌，分3次裝入模具內制試樣，并分層擊實，壓至設計密實度70 % ;再將純凈水加入模具內，充填含氟聚合物顆粒和顆粒冰之間的空隙；
⑶抽真空:利用抽真空裝置抽除存留在試樣內部的氣泡，使試樣達到充分飽和狀態(tài)； ⑷固結:將試樣放在固結儀中進行固結，固結度OCR值0.8~3 ; 本實施例固結度OCR值1.5 ;
(5)凍結:將模具裝入一 20°C低溫箱凍結48小時后拆除模具，制得模擬飽和凍黏土自然邊坡的透明凍土邊坡模型，其物理特性為:密度1.63 g/ cm 3~2.lg/ cm 3，重度16kN/m3~21kN/m3，固結度OCR值0.8~3 ;力學特性為:內摩擦角19°~22 °，凝聚力為IkPa~3kPa,彈性模量5MPa~9MPa,泊松比0.2~0.3。
[0052]本實施例所制透明凍土邊坡模型的物理特性為:密度1.93g/cm3,重度19.lkN/m3 ；力學特性為:內摩擦角20°，凝聚力為3kPa，彈性模量9MPa，泊松比0.3。
[0053]由圖1可知，一種凍土邊坡模型定向爆破試驗裝置，它包括透明模型槽1，透明模型槽I內設有模擬自然邊坡4的透明凍土邊坡模型2，透明凍土邊坡模型2上依設計設有爆破孔3，爆破孔3內布置有炸藥及雷管；透明模型槽I外的正視面、側視面和俯視面設有可觀察整個透明模型槽I空間的數(shù)碼相機6，數(shù)碼相機6通過數(shù)據線與處理裝置7聯(lián)接；定向爆破時，由數(shù)碼相機6觀測記錄透明凍土邊坡模型2在不同自然邊坡4高度、不同爆破孔直徑與深度、不同炸藥用量情況下定向爆破形成人工邊坡5的過程，并將記錄數(shù)據通過數(shù)據線送入處理裝置7，完成凍土邊坡模型的定向爆破試驗。
[0054]本發(fā)明所述透明模型槽I采用透明鋼化玻璃制成。[0055]本發(fā)明所述透明凍土邊坡模型2采用透明凍土材料制作，當需制得模擬飽和凍黏土自然邊坡的透明凍土邊坡模型2時，所述透明凍土它由含氟聚合物、顆粒冰與無色孔隙液體經備料、混配、抽真空、固結、凍結步驟配制而成，所述含氟聚合物、顆粒冰與無色孔隙液體用量通過試驗條件與模型大小計算；所述無色孔隙液體為水，所述含氟聚合物為粒徑(0.074 mm的顆粒，其顆粒為不規(guī)則形狀，為美國杜邦公司生產的Teflon AF 1600，折射率
1.31，密度2.lg/ cm 3?2.3g/ cm 3 ;所述顆粒冰的粒徑< 0.074 mm ;所述透明凍土的物理特性為:密度1.63 g/ cm 3?2.lg/ cm 3，重度16kN/m3?21kN/m3，固結度OCR值0.8?3 ;力學特性為:內摩擦角19。?22。，凝聚力為IkPa?3kPa，彈性模量5MPa?9MPa，泊松比
0.2 ?0.3。
[0056]為不影響折射率，本發(fā)明所述的水為純凈水。
[0057]本實施例試驗條件與模具內試樣尺寸大小和計算方法與實施例1相同。
[0058]本實施例確定含氟聚合物顆粒、顆粒冰及純凈水的用量分別為206.0g、175.1g和30.9g0
[0059]本實施例選擇密度2.3g/ cm 3、粒徑< 0.074 mm的含氟聚合物顆粒。
[0060]所述混配為在一 6.(TC?一 8.(TC低溫實驗室內，先將含氟聚合物顆粒和顆粒冰均勻攪拌，分2?3次裝入模具內制試樣，并分層擊實；再將水加入模具內，充填含氟聚合物顆粒和顆粒冰之間的空隙；
本實施例在一 6.(TC低溫實驗室內，先將確定的含氟聚合物顆粒和顆粒冰均勻攪拌，分3次裝入模具內制試樣，并分層擊實，壓至設計密實度70 % ;再將純凈水加入模具內，充填含氟聚合物顆粒和顆粒冰之間的空隙；
所述抽真空為利用抽真空裝置抽除存留在試樣內部的氣泡，使試樣達到充分飽和狀
態(tài)；
所述固結為將試樣放在固結儀中進行固結，固結度OCR值0.8?3 ;
本實施例固結度OCR值1.5 ;
所述凍結為將模具裝入一 20°C低溫箱凍結48小時后拆除模具，制得模擬飽和凍黏土自然邊坡的透明凍土邊坡模型2，其物理特性為:密度1.63 g/cm3?2.lg/cm3，重度16kN/m3?21kN/m3，固結度OCR值0.8?3 ;力學特性為:內摩擦角19°?22°，凝聚力為IkPa?3kPa,彈性模量5MPa?9MPa,泊松比0.2?0.3。
[0061]本實施例所制透明凍土邊坡模型2的物理特性為:密度1.93g/ cm 3，重度19.1kN/m3 ;力學特性為:內摩擦角20°，凝聚力為3kPa，彈性模量9MPa，泊松比0.3。
[0062]一種凍土邊坡模型定向爆破試驗方法，它包括以下過程:
⑴建模:根據試驗要求及自然凍土邊坡模型尺寸分別制作透明模型槽I和模擬自然凍土邊坡模型的透明凍土邊坡模型2，所述透明凍土邊坡模型2采用透明凍土材料制作，并預留爆破孔3 ;所述透明模型槽I采用透明鋼化玻璃制成；
當需制得模擬飽和凍黏土自然邊坡的透明凍土邊坡模型2時，本發(fā)明在過程⑴中，所述制作透明凍土邊坡模型包括備料、混配、抽真空、固結、凍結步驟:
所述備料為首先根據試驗要求制作模擬自然邊坡模型的模具，再根據試驗條件與模具尺寸大小計算確定含氟聚合物、顆粒冰及無色孔隙液體的用量；所述含氟聚合物為粒徑(0.074 mm的顆粒，清洗雜質并烘干，其顆粒為不規(guī)則形狀，為美國杜邦公司生產的TeflonAF 1600，折射率1.31，密度2.lg/ cm 3?2.3g/ cm 3 ;所述顆粒冰為將凍結好的整塊冰搗碎，其粒徑< 0.074 mm ;所述無色孔隙液體為水；
為不影響折射率，本發(fā)明所述的水為純凈水。
[0063]本實施例試驗條件與模具內試樣尺寸大小和計算方法與實施例1相同。
[0064]本實施例確定含氟聚合物顆粒、顆粒冰及純凈水的用量分別為206.0g、175.1g和30.9g0
[0065]本實施例選擇密度2.3g/ cm 3、粒徑< 0.074 mm的含氟聚合物顆粒。
[0066]所述混配為在一 6.(TC?一 8.(TC低溫實驗室內，先將含氟聚合物顆粒和顆粒冰均勻攪拌，分2?3次裝入模具內制試樣，并分層擊實；再將水加入模具內，充填含氟聚合物顆粒和顆粒冰之間的空隙；
本實施例在一 6.(TC低溫實驗室內，先將確定的含氟聚合物顆粒和顆粒冰均勻攪拌，分3次裝入模具內制試樣，并分層擊實，壓至設計密實度70 % ;再將純凈水加入模具內，充填含氟聚合物顆粒和顆粒冰之間的空隙；
所述抽真空為利用抽真空裝置抽除存留在試樣內部的氣泡，使試樣達到充分飽和狀
態(tài)；
所述固結為將試樣放在固結儀中進行固結，固結度OCR值0.8?3 ;
本實施例固結度OCR值1.5 ;
所述凍結為將模具裝入一 20°C低溫箱凍結48小時后拆除模具，制得模擬飽和凍黏土自然邊坡的透明凍土邊坡模型，其物理特性為:密度1.63 g/ cm 3?2.lg/ cm 3，重度16kN/m3?21kN/m3，固結度OCR值0.8?3 ;力學特性為:內摩擦角19°?22°，凝聚力為IkPa?3kPa,彈性模量5MPa?9MPa,泊松比0.2?0.3。
[0067]本實施例所制透明凍土邊坡模型2的物理特性為:密度1.93g/ cm 3，重度19.1kN/m3 ;力學特性為:內摩擦角20°，凝聚力為3kPa，彈性模量9MPa，泊松比0.3。
[0068]⑵安裝:將透明凍土邊坡模型2裝入透明模型槽1，根據試驗設計，在預留的爆破孔3內裝入雷管及炸藥，炸藥藥量根據試驗設計要求確定；在透明模型槽I外的正視面、側視面和俯視面設置可觀察整個透明模型槽I空間的數(shù)碼相機6，數(shù)碼相機6通過數(shù)據線與處理裝置7聯(lián)接；
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
[0069]⑶試驗:引爆雷管及炸藥，由數(shù)碼相機6觀測并記錄透明凍土邊坡模型2定向爆破形成人工邊坡5的過程，并將記錄數(shù)據通過數(shù)據線送入處理裝置7 ；
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對由數(shù)碼相機6采集的圖片資料進行處理。
[0070]⑷重復過程⑴?過程⑶，可通過處理裝置7觀測不同自然邊坡4高度、不同爆破孔3直徑與深度、不同炸藥用量情況下透明凍土邊坡模型2的定向爆破過程，以分析凍土定向爆破機理，完成凍土邊坡模型2的定向爆破試驗。
[0071]余同實施例1。
[0072]實施例4:
在凍土邊坡模型2的制備中，選擇密度2.lg/ cm 3的含氟聚合物顆粒；固結時，固結度OCR值0.8 ;本實施例所制透明凍土邊坡模型2的物理特性為:密度1.83g/ cm 3，重度17.8kN/m3 ;力學特性為:內摩擦角19°，凝聚力為lkPa，彈性模量5.2MPa，泊松比0.22。
[0073]余同實施例3。
【權利要求】
1.一種凍土邊坡模型制作方法，其特征是它包括以下步驟: ⑴備料:首先根據試驗要求制作模擬自然邊坡模型的模具，再根據試驗條件與模具尺寸大小計算確定含氟聚合物、顆粒冰及無色孔隙液體的用量；所述含氟聚合物為粒徑0.25mm~2.0 mm的顆粒，清洗雜質并烘干，其顆粒為不規(guī)則形狀，為美國杜邦公司生產的TeflonAF 1600，折射率1.31，密度2.lg/ cm3~2.3g/ cm 3 ;所述顆粒冰為將凍結好的整塊冰搗碎，其粒徑為0.1 mm~0.5 mm ;所述無色孔隙液體為水； ⑵混配:在一 6.(TC~一 8.(TC低溫實驗室內，先將含氟聚合物顆粒和顆粒冰均勻攪拌，分2~3次裝入模具內制試樣，并分層擊實；再將水加入模具內，充填含氟聚合物顆粒和顆粒冰之間的空隙； ⑶抽真空:利用抽真空裝置抽除存留在試樣內部的氣泡，使試樣達到充分飽和狀態(tài)； ⑷凍結:將模具裝入一 20°C低溫箱凍結48小時后拆除模具，制得模擬飽和凍砂土自然邊坡的透明凍土邊坡模型，其物理特性為: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~61MPa，泊松比0.2~0.4。
2.根據權利要求1所述的凍土邊坡模型制作方法，其特征是在步驟⑴中，所述的含氟聚合物顆粒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 mm的為10 %~50 % , 1.5腿≤粒徑≤2.0 mm的為10 %~50 %，以重量計,合計為100 %。
3.—種凍土邊坡模型制作方法，其特征是它包括以下步驟: ⑴備料:首先根據試驗要求制作模擬自然邊坡模型的模具，再根據試驗條件與模具尺寸大小計算確定含氟聚合物、顆粒冰及無色孔隙液體的用量；所述含氟聚合物為粒徑(0.074 mm的顆粒，清洗雜質并烘干，其顆粒為不規(guī)則形狀，為美國杜邦公司生產的TeflonAF 1600，折射率1.31，密度2.lg/ cm 3~2.3g/ cm 3 ;所述顆粒冰為將凍結好的整塊冰搗碎，其粒徑< 0.074 mm ;所述無色孔隙液體為水； ⑵混配:在一 6.(TC~一 8.(TC低溫實驗室內，先將含氟聚合物顆粒和顆粒冰均勻攪拌，分2~3次裝入模具內制試樣，并分層擊實；再將水加入模具內，充填含氟聚合物顆粒和顆粒冰之間的空隙； ⑶抽真空:利用抽真空裝置抽除存留在試樣內部的氣泡，使試樣達到充分飽和狀態(tài)； ⑷固結:將試樣放在固結儀中進行固結，固結度OCR值0.8~3 ; (5)凍結:將模具裝入一 20°C低溫箱凍結48小時后拆除模具，制得模擬飽和凍黏土自然邊坡的透明凍土邊坡模型，其物理特性為:密度1.63 g/ cm 3~2.lg/ cm 3，重度16kN/m3~21kN/m3，固結度OCR值0.8~3 ;力學特性為:內摩擦角19°~22 °，凝聚力為IkPa~3kPa,彈性模量5MPa~9MPa,泊松比0.2~0.3。
4.一種凍土邊坡模型定向爆破試驗裝置，其特征是它包括透明模型槽，透明模型槽內設有模擬自然邊坡的透明凍土邊坡模型，透明凍土邊坡模型上依設計設有爆破孔，爆破孔內布置有炸藥及雷管；透明模型槽外的正視面、側視面和俯視面設有可觀察整個透明模型槽空間的數(shù)碼相機，數(shù)碼相機通過數(shù)據線與處理裝置聯(lián)接；定向爆破時，由數(shù)碼相機觀測記錄透明凍土邊坡模型在不同自然邊坡高度、不同爆破孔直徑與深度、不同炸藥用量情況下定向爆破形成人工邊坡的過程，并將記錄數(shù)據通過數(shù)據線送入處理裝置，完成凍土邊坡模型的定向爆破試驗。
5.根據權利要求4所述的凍土邊坡模型定向爆破試驗裝置，其特征是所述透明凍土邊坡模型采用透明凍土材料制作，所述透明凍土它由含氟聚合物、顆粒冰與無色孔隙液體經備料、混配、抽真空、凍結步驟配制而成，所述含氟聚合物、顆粒冰與無色孔隙液體用量通過試驗條件與模型大小計算；所述無色孔隙液體為水，所述含氟聚合物為粒徑0.25 mm~2.0mm的顆粒，其顆粒為不規(guī)則形狀，為美國杜邦公司生產的Teflon AF 1600，折射率1.31，密度2.lg/ cm 3~2.3g/ cm 3 ;所述顆粒冰的粒徑為0.1 mm~0.5 mm ;所述透明凍土的物理特性為: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~61MPa，泊松比0.2~0.4 ;所述的含氟聚合物顆粒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 % , 1.5mm≤粒徑≤2.0腿的為10 %~50 %，以重量計,合計為100 %。
6.根據權利要求4所述的凍土邊坡模型定向爆破試驗裝置，其特征是所述透明凍土邊坡模型采用透明凍土材料制作，所述透明凍土它由含氟聚合物、顆粒冰與無色孔隙液體經備料、混配、抽真空、固結、凍結步驟配制而成，所述含氟聚合物、顆粒冰與無色孔隙液體用量通過試驗條件與模型大小計算；所述無色孔隙液體為水，所述含氟聚合物為粒徑(0.074 mm的顆粒，其顆粒為不規(guī)則形狀，為美國杜邦公司生產的Teflon AF 1600，折射率1.31，密度2.lg/ cm 3~2.3g/ cm 3 ;所述顆粒冰的粒徑< 0.074 mm ;所述透明凍土的物理特性為:密度1.63 g/ cm 3~2.lg/ cm 3，重度16kN/m3~21kN/m3，固結度OCR值0.8~3 ;力學特性為:內摩擦 角19。~22。，凝聚力為IkPa~3kPa，彈性模量5MPa~9MPa，泊松比0.2 ~0.3。
7.根據權利要求4或5或6所述的凍土邊坡模型定向爆破試驗裝置，其特征是所述透明模型槽采用透明鋼化玻璃制成。
8.—種凍土邊坡模型定向爆破試驗方法，其特征是它包括以下過程: ⑴建模:根據試驗要求及自然凍土邊坡模型尺寸分別制作透明模型槽和模擬自然凍土邊坡模型的透明凍土邊坡模型，所述透明凍土邊坡模型采用透明凍土材料制作，并預留爆破孔；所述透明模型槽采用透明鋼化玻璃制成； ⑵安裝:將透明凍土邊坡模型裝入透明模型槽，根據試驗設計，在預留的爆破孔內裝入雷管及炸藥；在透明模型槽外的正視面、側視面和俯視面設置可觀察整個透明模型槽空間的數(shù)碼相機，數(shù)碼相機通過數(shù)據線與處理裝置聯(lián)接； ⑶試驗:引爆雷管及炸藥，由數(shù)碼相機觀測并記錄透明凍土邊坡模型定向爆破形成人工邊坡的過程，并將記錄數(shù)據通過數(shù)據線送入處理裝置； ⑷重復過程⑴~過程⑶，可通過處理裝置觀測不同自然邊坡高度、不同爆破孔直徑與深度、不同炸藥用量情況下透明凍土邊坡模型的定向爆破過程，以分析凍土定向爆破機理，完成凍土邊坡模型的定向爆破試驗。
9.根據權利要求8所述的凍土邊坡模型定向爆破試驗方法，其特征是在過程⑴中，所述制作透明凍土邊坡模型包括備料、混配、抽真空、凍結步驟: 所述備料為首先根據試驗要求制作模擬自然邊坡模型的模具，再根據試驗條件與模具尺寸大小計算確定含氟聚合物、顆粒冰及無色孔隙液體的用量；所述含氟聚合物為粒徑.0.25 mm~2.0 mm的顆粒，清洗雜質并烘干，其顆粒為不規(guī)則形狀，為美國杜邦公司生產的Teflon AF 1600，折射率1.31，密度2.lg/cm 3~2.3g/cm 3 ;所述顆粒冰為將凍結好的整塊冰搗碎，其粒徑為0.1 mm~0.5 mm ;所述無色孔隙液體為水； 所述的含氟聚合物顆粒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 % ； 所述混配為在一 6.0℃~一 8.(TC低溫實驗室內，先將含氟聚合物顆粒和顆粒冰均勻攪拌，分2~3次裝入模具內制試樣，并分層擊實；再將水加入模具內，充填含氟聚合物顆粒和顆粒冰之間的空隙； 所述抽真空為利用抽真空裝置抽除存留在試樣內部的氣泡，使試樣達到充分飽和狀態(tài)； 所述凍結為將模具裝入一 20°C低溫箱凍結48小時后拆除模具，制得模擬為飽和凍砂土自然邊坡的透明凍土邊坡模型，其物理特性為:密度1.53 8/0113~2.(^/0113，重度151^/m3~20kN/m3，密實度20 %~80 % ;力學特性為:內摩擦角30。~31。，彈性模量8MPa~.61MPa，泊松比 0.2 ~0.4。
10.根據權利要求8所述的凍土邊坡模型定向爆破試驗方法，其特征是在過程⑴中，所述制作透明凍土邊坡模型包括備料、混配、抽真空、固結、凍結步驟: 所述備料為首先根據試驗要求制作模擬自然邊坡模型的模具，再根據試驗條件與模具尺寸大小計算確定含氟聚合物、顆粒冰及無色孔隙液體的用量；所述含氟聚合物為粒徑≤ 0.074 mm的顆粒，清洗雜質并烘干，其顆粒為不規(guī)則形狀，為美國杜邦公司生產的TeflonAF 1600，折射率1.31，密度2.lg/ cm 3~2.3g/ cm 3 ;所述顆粒冰為將凍結好的整塊冰搗碎，其粒徑< 0.074 mm ;所述無色孔隙液體為水； 所述混配為在一 6.(TC~一 8.(TC低溫實驗室內，先將含氟聚合物顆粒和顆粒冰均勻攪拌，分2~3次裝入模具內制試樣，并分層擊實；再將水加入模具內，充填含氟聚合物顆粒和顆粒冰之間的空隙； 所述抽真空為利用抽真空裝置抽除存留在試樣內部的氣泡，使試樣達到充分飽和狀態(tài)； 所述固結為將試樣放在固結儀中進行固結，固結度OCR值0.8~3 ; 所述凍結為將模具裝入一 20°C低溫箱凍結48小時后拆除模具，制得模擬為飽和凍黏土自然邊坡的透明凍土邊坡模型，其物理特性為:密度1.63 g/cm3~2.18/0113，重度161^/m3~21kN/m3，固結度OCR值0.8~3 ;力學特性為:內摩擦角19°~22°，凝聚力為I kPa~.3kPa,彈性模量5MPa~9MPa,泊松比0.2~0.3。
【文檔編號】G01N1/28GK103926127SQ201410179108
【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