振动沉管挤密桩模型试验装置及试验方法

摘要

本发明公开了一种可视化振动沉管挤密桩模型试验装置及试验方法，其特征是它包括透明模型槽，透明模型槽内设有模拟桩周土的透明土、带桩靴的沉管，沉管中心设有注浆管，透明模型槽上方设有安装在支架上的沉桩机构；透明模型槽外一侧设有激光源，透明模型槽外的正视面、俯视面设有可观察透明模型槽空间的数码相机，数码相机通过数据线与处理装置联接；本发明试验装置操作简便，可重复性强；配制的透明土与天然土土体性质的相似性好；试验方法可以可视化观测与测量不同桩周土体特性、沉管横截面形式、桩径和桩长情况下的振动沉管挤密桩的挤土效应；对指导振动沉管桩成桩施工对周围构建物影响设计与施工具有重要意义。

说明书

技术领域

本发明涉及一种建筑桩基础的模型试验，具体地说是一种振动沉管挤密桩模型试验装置及试验方法，特别是涉及一种可视化振动沉管挤密桩模型试验装置及试验方法。

背景技术

挤密桩是把带有管塞、活门或锥头的钢管压入或打入地下挤密土层形成孔，再往孔内投放灰土、砂石等填料成的桩。挤密桩作为挤土型桩，在施工过程中相邻基桩之间、以及基桩对周围构建物的影响一直是广大工程技术人员关注的重点问题之一。

在岩土工程方面的模型试验中，研究土体内部变形规律和机理，对探索岩土工程问题本质具有重要意义。传统的土体变形测量方法是在土体内部埋设一系列传感器，得到某些离散点的位移，但是传感器容易受外界环境扰动的影响，测量结果往往不够准确，同时不能给出土体内部连续变形的整个位移场。现代数字图像技术也只局限于测量土体的宏观或边界变形，不能实现对土体内部变形的可视化。利用X-射线、γ-射线、计算机层析扫描（CAT扫描）及磁共振成像技术（MRI）虽然可以用来测量土体内部的连续变形，但昂贵的费用限制了这些技术的广泛应用。

全氟环状聚合物，英文名为Cytop，产品形状不规则，由日本旭硝子公司（网址http://www.agcce.eu.com/Cytop.asp）研发和生产，其折射率为1.34，透光率为95﹪，容重为2.03g/㎝³，吸水性＜0.01﹪，线膨胀系数7.4×10～5㎝/㎝/℃。主要应用于半导体制造中的保护膜涂料，通讯光纤等方面。

冰晶石（Cryolite）是一种矿物，化学名为六氟铝酸钠（Na₃AlF₆），单斜晶系，柱状晶体或块状体，无气味，易吸水受潮，熔点1009℃，摩氏硬度2.5，密度2.97 g /㎝³～3.0g/㎝³，折射率1.338～1.339，双折射率0.001，正光性，色散值0.024，玻璃光泽至油脂光泽，透明，无色、白色、褐色或红色，产于侵入片麻岩的花岗岩及伟晶岩脉中，主要产地为格陵兰，可用氢氟酸法、氟硅酸法、碳酸化法等方法人工合成。主要用作铝电解的助熔剂；也用作研磨产品的耐磨添加剂，可以有效提高砂轮耐磨，切，削力，延长砂轮使用寿命和存储时间；铁合金及沸腾钢的熔剂，有色金属熔剂，铸造的脱氧剂，链烯烃聚合催化剂，以及用于玻璃抗反射涂层，搪瓷的乳化剂，玻璃的乳白剂，焊材的助熔剂陶瓷业的填充剂，农药的杀虫剂等行业企业。

氟化钙，化学式为CaF₂，俗称萤石或氟石，透明度高，无色结晶或白色粉末，难溶于水，微溶于无机酸，熔点1402℃，沸点2497℃ ，折射率为1.434，密度3.18g/cm³。可用碳酸钙或氢氧化钙用氢氟酸溶解，将所得溶液浓缩，或向钙盐水溶液中加入氟离子，得到氟化钙的胶状沉淀，经精制可得。实验室一般用碳酸钙与氢氟酸作用或用浓盐酸和氢氟酸反复处理萤石粉来制备氟化钙。主要用于冶金、化工和建材三大行业，其次用于轻工、光学、雕刻和国防工业。

由于全氟环状聚合物颗粒、冰晶石颗粒、氟化钙颗粒具有高透明度，高透光率、低折射率等特点，且其颗粒物理力学性质与天然土颗粒的物理力学性质相似，因此，可以在配制透明土中用作透明固体材料。

发明内容

本发明的目的是提供一种可视化振动沉管挤密桩模型试验装置及试验方法，以可视化观测与测量不同桩周土体特性、沉管横截面形式、桩径和桩长情况下的振动沉管挤密桩的挤土效应，完成整体振动沉管挤密桩的模型试验。

本发明是采用如下技术方案实现其发明目的的，一种振动沉管挤密桩模型试验装置，它包括透明模型槽，透明模型槽内设有模拟桩周土的透明土、带桩靴的沉管，沉管中心设有注浆管，透明模型槽上方设有安装在支架上的沉桩机构；透明模型槽外一侧设有激光源，透明模型槽外的正视面、俯视面设有可观察透明模型槽空间的数码相机，数码相机通过数据线与处理装置联接；激光照射透明模型槽形成形成透明模型槽的竖向面或水平面的激光切面，由数码相机记录桩周土体内部的散斑场变化及连续变形特征，分析不同桩周土体特性、沉管横截面形式、桩径和桩长情况下的振动沉管挤密桩的挤土效应，完成整体振动沉管挤密桩的模型试验。

本发明所述沉管的横截面为空心的圆形或矩形或X形。

本发明所述透明模型槽、沉管、桩靴、注浆管均由透明有机玻璃制成，桩靴与沉管底部活动连接，沉管时桩靴闭合，上拔沉管时桩靴自动打开。

当需制得模拟饱和砂土的透明土时，本发明所述透明土它由全氟环状聚合物与相同折射率的无色孔隙液体经备料、混配、抽真空步骤配制而成，所述全氟环状聚合物为粒径0.25㎜～2.0㎜的颗粒，其颗粒为不规则形状，折射率1.34，密度2.03g/㎝³，透光率95﹪，吸水性＜0.01﹪；所述透明土的物理特性为：密度1.53 g/㎝³～2.0g/㎝³，重度15kN/m³～20kN/m³，密实度20﹪～80﹪；力学特性为：内摩擦角30°～31°，弹性模量8MPa～50MPa，泊松比0.2～0.45；所述的孔隙液体为糖溶液或氯化钠溶液或酒精溶液或溴化钙溶液中的一种。

本发明所述的全氟环状聚合物颗粒0.25㎜≤粒径＜0.5㎜的为10﹪～50﹪，0.5㎜≤粒径＜1.0㎜的为10﹪～50﹪，1.0㎜≤粒径＜1.5㎜的为10﹪～50﹪，1.5㎜≤粒径≤2.0㎜的为10﹪～50﹪，以重量计，合计为100﹪。

当需制得模拟饱和黏土的透明土时，本发明所述透明土它由全氟环状聚合物与相同折射率的无色孔隙液体经备料、混配、抽真空、固结步骤配制而成，所述全氟环状聚合物为粒径≤0.074㎜的颗粒，其颗粒为不规则形状，折射率1.34，密度2.03g/㎝³，透光率95﹪，吸水性＜0.01﹪；所述透明土的物理特性为：密度1.63g/㎝³～2.0g/㎝³，重度16kN/m³～20kN/m³，固结度OCR值0.8～3；力学特性为：凝聚力1kPa～3kPa，内摩擦角19°～22°，弹性模量5MPa～9MPa，泊松比0.20～0.35；所述的孔隙液体为糖溶液或氯化钠溶液或酒精溶液或溴化钙溶液中的一种。

当需制得模拟饱和砂土的透明土时，本发明所述透明土它由冰晶石与相同折射率的无色孔隙液体经备料、混配、抽真空步骤配制而成，所述冰晶石为粒径0.25㎜～2.0㎜的颗粒，其颗粒为不规则形状，折射率1.338～1.339，密度2.97g/㎝³～3.0g/㎝³；所述透明土的物理特性为：密度1.98g/㎝³～2.5g/㎝³，重度19kN/m³～25kN/m³，密实度20﹪～80﹪；力学特性为：内摩擦角34°～35°，弹性模量12MPa～71MPa，泊松比0.2～0.45；所述的孔隙液体为糖溶液或氯化钠溶液或酒精溶液或溴化钙溶液中的一种。

本发明所述的冰晶石颗粒0.25㎜≤粒径＜0.5㎜的为10﹪～50﹪，0.5㎜≤粒径＜1.0㎜的为10﹪～50﹪，1.0㎜≤粒径＜1.5㎜的为10﹪～50﹪，1.5㎜≤粒径≤2.0㎜的为10﹪～50﹪，以重量计，合计为100﹪。

当需制得模拟饱和黏土的透明土时，本发明所述透明土它由冰晶石与相同折射率的无色孔隙液体经备料、混配、抽真空、固结步骤配制而成，所述冰晶石为粒径≤0.074㎜的颗粒，其颗粒为不规则形状，折射率1.338～1.339，密度2.97 g/㎝³～3.0g/㎝³；所述透明土的物理特性为：密度1.98g/㎝³～2.5g/㎝³，重度20kN/m³～26kN/m³，固结度OCR值0.8～3；力学特性为：凝聚力1kPa～3kPa，内摩擦角22°～26°，弹性模量5MPa～9MPa，泊松比0.20～0.35；所述的孔隙液体为糖溶液或氯化钠溶液或酒精溶液或溴化钙溶液中的一种。

当需制得模拟饱和砂土的透明土时，本发明所述透明土它由氟化钙与相同折射率的无色孔隙液体经备料、混配、抽真空步骤配制而成，所述氟化钙为粒径0.25㎜～2.0㎜的颗粒，其颗粒为不规则形状，折射率1.434，密度3.18g/㎝³；所述透明土的物理特性为：密度1.98g/㎝³～2.5g/㎝³，重度19kN/m³～25kN/m³，密实度20﹪～80﹪；力学特性为：内摩擦角34°～35°，弹性模量12MPa～71MPa，泊松比0.2～0.45；所述的孔隙液体为糖溶液或氯化钠溶液或溴化钙溶液中的一种。

本发明所述的氟化钙颗粒0.25㎜≤粒径＜0.5㎜的为10﹪～50﹪，0.5㎜≤粒径＜1.0㎜的为10﹪～50﹪，1.0㎜≤粒径＜1.5㎜的为10﹪～50﹪，1.5㎜≤粒径≤2.0㎜的为10﹪～50﹪，以重量计，合计为100﹪；

当需制得模拟饱和黏土的透明土时，本发明所述透明土它由氟化钙与相同折射率的无色孔隙液体经备料、混配、抽真空、固结步骤配制而成，所述氟化钙为粒径≤0.074㎜的颗粒，其颗粒为不规则形状，折射率1.434，密度3.18g/㎝³；所述透明土的物理特性为：密度1.98g/㎝³～2.5g/㎝³，重度20kN/m³～26kN/m³，固结度OCR值0.8～3；力学特性为：凝聚力1 kPa～3kPa，内摩擦角22°～26°，弹性模量5MPa～9MPa，泊松比0.20～0.35；所述的孔隙液体为糖溶液或氯化钠溶液或溴化钙溶液或正12烷与甘油的混合物中的一种。

一种振动沉管挤密桩模型试验方法，它包括以下过程：

⑴建模：根据试验要求分别制作透明模型槽、模拟桩周土的透明土、注浆管以及带桩靴的沉管；所述透明模型槽、沉管、桩靴、注浆管均由透明有机玻璃制成，所述沉管的横截面为空心的圆形或矩形或X形，桩靴与沉管底部活动连接，沉管时桩靴闭合，上拔沉管时桩靴自动打开；

⑵安装：在支架上安装好沉桩机构，透明模型槽外一侧安装好激光源，在透明模型槽外的正视面、俯视面分别安装数码相机，数码相机通过数据线与处理装置联接；打开激光源，检查其在透明土体内部形成的颗粒切面明亮度，调整激光角度，使切面垂直入射，打开数码相机，调整数码相机镜头，使其能涵括整个试验画面；

⑶试验：按照试验设计要求，将沉管通过法兰盘与振动锤连接，根据设计的沉桩速率和振动频率，完成振动沉管施工至设计深度；激光照射透明模型槽形成切面，由数码相机记录土体内部位移规律；

然后，卸下法兰盘，在沉管中心位置布置注浆管，并在沉管内部填筑填料后，再重新安装法兰盘，振动上拔沉管至沉管和桩靴完全拔出地表面，同时，通过沉管上部进料口补充填筑填料；激光照射透明模型槽形成切面，由数码相机记录土体内部位移规律；

接着，通过注浆器对注浆管进行注浆施工，激光照射透明模型槽形成切面，由数码相机记录土体内部位移规律及注浆桩体的形态；

⑷重复过程⑴～过程⑶，可通过处理装置分析不同桩周土体特性、沉管横截面形式、桩径和桩长情况下的振动沉管挤密桩的挤土效应，完成整体振动沉管挤密桩的模型试验。

当需制得模拟饱和砂土的透明土时，本发明在过程⑴中，所述制作模拟桩周土的透明土包括备料、混配、抽真空步骤：

所述备料为选择粒径为0.25㎜～2.0㎜的全氟环状聚合物颗粒，其颗粒为不规则形状，清洗杂质并烘干，所述全氟环状聚合物折射率1.34，密度2.03g/㎝³，透光率95﹪，吸水性＜0.01﹪；选择无色孔隙液体，调节溶液浓度，使孔隙液体的折射率与全氟环状聚合物的折射率一致；所述的孔隙液体为糖溶液或氯化钠溶液或酒精溶液或溴化钙溶液中的一种；

所述的全氟环状聚合物颗粒0.25㎜≤粒径＜0.5㎜的为10﹪～50﹪，0.5㎜≤粒径＜1.0㎜的为10﹪～50﹪，1.0㎜≤粒径＜1.5㎜的为10﹪～50﹪，1.5㎜≤粒径≤2.0㎜的为10﹪～50﹪，以重量计，合计为100﹪；

所述混配为根据试验条件与试样的尺寸大小计算确定全氟环状聚合物颗粒和孔隙液体的用量，先将全氟环状聚合物颗粒分层填入透明模型槽中，并分3～4次击实；然后在透明模型槽中注入孔隙液体；

或者先将调配好的孔隙液体装在透明模型槽中，并将全氟环状聚合物颗粒缓慢、均匀、分散地倒入透明模型槽中，倾倒过程中不断搅拌排出气泡，并保持全氟环状聚合物颗粒始终在孔隙液体液面以下；

所述抽真空为利用抽真空装置抽除全氟环状聚合物颗粒之间的气泡，利用吸球抽去高出全氟环状聚合物颗粒的孔隙液体，制得模拟饱和砂土的透明土，其物理特性为：密度1.53g/㎝³～2.0g/㎝³，重度15kN/m³～20kN/m³，密实度20﹪～80﹪；力学特性为：内摩擦角30°～31°，弹性模量8MPa～50MPa，泊松比0.2～0.45。

当需制得模拟饱和黏土的透明土时，在过程⑴中，所述制作模拟桩周土的透明土包括备料、混配、抽真空、固结步骤：

所述备料为选择粒径≤0.074㎜的全氟环状聚合物颗粒，其颗粒为不规则形状，清洗杂质并烘干，所述全氟环状聚合物折射率1.34，密度2.03g/㎝³，透光率95﹪，吸水性＜0.01﹪；选择无色孔隙液体，调节溶液浓度，使孔隙液体的折射率与全氟环状聚合物的折射率一致；所述的孔隙液体为糖溶液或氯化钠溶液或酒精溶液或溴化钙溶液中的一种；

所述混配为根据试验条件与试样的尺寸大小计算确定全氟环状聚合物颗粒和孔隙液体的用量，先将全氟环状聚合物颗粒分层填入透明模型槽中，并分3～4次击实；然后在透明模型槽中注入孔隙液体；

或者先将调配好的孔隙液体装在透明模型槽中，并将全氟环状聚合物颗粒缓慢、均匀、分散地倒入透明模型槽中，倾倒过程中不断搅拌排出气泡，并保持全氟环状聚合物颗粒始终在孔隙液体液面以下；

所述抽真空为利用抽真空装置抽除全氟环状聚合物颗粒之间的气泡，利用吸球抽去高出全氟环状聚合物颗粒的孔隙液体；

所述固结为在固结仪中进行固结，制得透明固体材料为全氟环状聚合物颗粒，模拟饱和黏土的透明土，其物理特性为：密度1.63g/㎝³～2.0g/㎝³，重度16kN/m³～20kN/m³，固结度OCR值0.8～3；力学特性为：凝聚力1kPa～3kPa，内摩擦角19°～22°，弹性模量5MPa～9MPa，泊松比0.20～0.35。

当需制得模拟饱和砂土的透明土时，本发明在过程⑴中，所述制作模拟桩周土的透明土包括备料、混配、抽真空步骤：

所述备料为选择粒径0.25㎜～2.0㎜的冰晶石颗粒，其颗粒为不规则形状，清洗杂质并烘干，所述冰晶石折射率1.338～1.339，密度2.97g/㎝³～3.0g/㎝³；选择无色孔隙液体，调节溶液浓度，使孔隙液体的折射率与冰晶石的折射率一致；所述的孔隙液体为糖溶液或氯化钠溶液或酒精溶液或溴化钙溶液中的一种；

所述的冰晶石颗粒0.25㎜≤粒径＜0.5㎜的为10﹪～50﹪，0.5㎜≤粒径＜1.0㎜的为10﹪～50﹪，1.0㎜≤粒径＜1.5㎜的为10﹪～50﹪，1.5㎜≤粒径≤2.0㎜的为10﹪～50﹪，以重量计，合计为100﹪；

所述混配为根据试验条件与试样的尺寸大小计算确定冰晶石颗粒和孔隙液体的用量，先将冰晶石颗粒分层填入透明模型槽中，并分3～4次击实；然后在透明模型槽中注入孔隙液体；

或者先将调配好的孔隙液体装在容器中，并将冰晶石颗粒缓慢、均匀、分散地倒入容器中，倾倒过程中不断搅拌排出气泡，并保持冰晶石颗粒始终在孔隙液体液面以下；

所述抽真空为利用抽真空装置抽除冰晶石颗粒之间的气泡，利用吸球抽去高出冰晶石颗粒的孔隙液体，制得模拟饱和砂土的透明土，其物理特性为：密度1.98 g/㎝³～2.5g/㎝³，重度19kN/m³～25kN/m³，密实度20﹪～80﹪；力学特性为：内摩擦角34°～35°，弹性模量12MPa～71MPa，泊松比0.2～0.45。

当需制得模拟饱和黏土的透明土时，在过程⑴中，所述制作模拟桩周土的透明土包括备料、混配、抽真空、固结步骤：

所述备料为选择粒径≤0.074㎜的冰晶石颗粒，其颗粒为不规则形状，清洗杂质并烘干，所述冰晶石折射率1.338～1.339，密度2.97 g /㎝³～3.0 g/㎝³；选择无色孔隙液体，调节溶液浓度，使孔隙液体的折射率与冰晶石的折射率一致；所述的孔隙液体为糖溶液或氯化钠溶液或酒精溶液或溴化钙溶液中的一种；

所述混配为根据试验条件与试样的尺寸大小计算确定冰晶石颗粒和孔隙液体的用量，先将冰晶石颗粒分层填入透明模型槽中，并分3～4次击实；然后在透明模型槽中注入孔隙液体；

或者先将调配好的孔隙液体装在透明模型槽中，并将冰晶石颗粒缓慢、均匀、分散地倒入透明模型槽中，倾倒过程中不断搅拌排出气泡，并保持冰晶石颗粒始终在孔隙液体液面以下；

所述抽真空为利用抽真空装置抽除冰晶石颗粒之间的气泡，利用吸球抽去高出冰晶石颗粒的孔隙液体；

所述固结为在固结仪中进行固结，制得模拟饱和黏土的透明土，其物理特性为：密度1.98g/㎝³～2.5g/㎝³，重度20kN/m³～26kN/m³，固结度OCR值0.8～3；力学特性为：凝聚力1kPa～3kPa，内摩擦角22°～26°，弹性模量5MPa～9MPa，泊松比0.20～0.35。

当需制得模拟饱和砂土的透明土时，本发明在过程⑴中，所述制作模拟桩周土的透明土包括备料、混配、抽真空步骤：

所述备料为选择粒径为0.25㎜～2.0㎜的氟化钙颗粒，其颗粒为不规则形状，清洗杂质并烘干，所述氟化钙折射率1.434，密度3.18g/㎝³；选择无色孔隙液体，调节溶液浓度，使孔隙液体的折射率与氟化钙的折射率一致；所述的孔隙液体为糖溶液或氯化钠溶液或溴化钙溶液中的一种；

所述的氟化钙颗粒0.25㎜≤粒径＜0.5㎜的为10﹪～50﹪，0.5㎜≤粒径＜1.0㎜的为10﹪～50﹪，1.0㎜≤粒径＜1.5㎜的为10﹪～50﹪，1.5㎜≤粒径≤2.0㎜的为10﹪～50﹪，以重量计，合计为100﹪；

所述混配为根据试验条件与试样的尺寸大小计算确定氟化钙颗粒和孔隙液体的用量，先将氟化钙颗粒分层填入透明模型槽中，并分3～4次击实；然后在透明模型槽中注入孔隙液体；

或者先将调配好的孔隙液体装在容器中，并将氟化钙颗粒缓慢、均匀、分散地倒入容器中，倾倒过程中不断搅拌排出气泡，并保持氟化钙颗粒始终在孔隙液体液面以下；

所述抽真空为利用抽真空装置抽除氟化钙颗粒之间的气泡，利用吸球抽去高出氟化钙颗粒的孔隙液体，制得模拟饱和砂土的透明土，其物理特性为：密度1.98 g/㎝³～2.5g/㎝³，重度19kN/m³～25kN/m³，密实度20﹪～80﹪；力学特性为：内摩擦角34°～35°，弹性模量12MPa～71MPa，泊松比0.2～0.45。

当需制得模拟饱和黏土的透明土时，在过程⑴中，所述制作模拟桩周土的透明土包括备料、混配、抽真空、固结步骤：

所述备料为选择粒径≤0.074㎜的氟化钙颗粒，其颗粒为不规则形状，清洗杂质并烘干，所述氟化钙折射率1.434，透光率95﹪，容重3.18g/㎝³；选择无色孔隙液体，调节溶液浓度，使孔隙液体的折射率与氟化钙的折射率一致；所述的孔隙液体为糖溶液或氯化钠溶液或溴化钙溶液或正12烷与甘油的混合物中的一种；

所述混配为根据试验条件与试样的尺寸大小计算确定氟化钙颗粒和孔隙液体的用量，先将氟化钙颗粒分层填入透明模型槽中，并分3～4次击实；然后在透明模型槽中注入孔隙液体；

或者先将调配好的孔隙液体装在容器中，并将氟化钙颗粒缓慢、均匀、分散地倒入容器中，倾倒过程中不断搅拌排出气泡，并保持氟化钙颗粒始终在孔隙液体液面以下；

所述抽真空为利用抽真空装置抽除氟化钙颗粒之间的气泡，利用吸球抽去高出氟化钙颗粒的孔隙液体；

所述固结为在固结仪中进行固结，制得模拟饱和黏土的透明土，其物理特性为：密度1.98g/㎝³～2.5g/㎝³，重度20kN/m³～26kN/m³，固结度OCR值0.8～3；力学特性为：凝聚力1 kPa～3kPa，内摩擦角22°～26°，弹性模量5MPa～9MPa，泊松比0.20～0.35。

本发明过程⑶中，所述的填筑填料为粒径4.5㎜～5.0㎜的全氟环状聚合物颗粒，其颗粒为不规则形状，折射率1.34，密度2.03g/㎝³，透光率95﹪，吸水性＜0.01﹪。

本发明在过程⑶中，所述的填筑填料为粒径4.5㎜～5.0㎜的冰晶石颗粒，其颗粒为不规则形状，折射率1.338～1.339，密度2.97 g /㎝³～3.0g/㎝³。

本发明在过程⑶中，所述的填筑填料为粒径4.5㎜～5.0㎜的氟化钙颗粒，其颗粒为不规则形状，折射率1.434，密度3.18g/㎝³。

由于采用上述技术方案，本发明较好的实现了发明目的，试验方法可行，配制的透明土透明度高，与天然土土体性质的相似性好；试验装置操作简便，易于实现，可重复性强；可用来模拟复杂的地质条件，提高人们对岩土工程问题本质的认识，特别是对于探索振动沉管挤密桩的挤土效应，指导振动沉管桩成桩施工对周围构建物影响设计与施工具有重要意义。

附图说明

图1是本发明试验装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

实施例1：(透明固体材料为全氟环状聚合物)

由图1可知，一种振动沉管挤密桩模型试验装置，它包括透明模型槽1，透明模型槽1内设有模拟桩周土2的透明土、带桩靴4的沉管3，沉管3中心设有注浆管5，透明模型槽1上方设有安装在支架13上的沉桩机构；透明模型槽1外一侧设有激光源，透明模型槽1外的正视面、俯视面设有可观察透明模型槽1空间的数码相机11，数码相机11通过数据线与处理装置12联接；激光照射透明模型槽1形成形成透明模型槽1的竖向面或水平面的激光切面，由数码相机11记录桩周土体内部的散斑场变化及连续变形特征，分析不同桩周土体特性、沉管横截面形式、桩径和桩长情况下的振动沉管挤密桩的挤土效应，完成整体振动沉管挤密桩的模型试验。

本发明所述沉管3的横截面为空心的圆形或矩形或X形（本实施例为空心的圆形）。

本发明所述透明模型槽1、沉管3、桩靴4、注浆管5均由透明有机玻璃制成，桩靴4与沉管3底部活动连接，沉管时桩靴4闭合，上拔沉管时桩靴4自动打开。

所述激光源包括激光器9、线性转化器10，激光器9为内腔式氦氖激光器，功率为50mW～500mW（本实施例为500mW）；所述的线性转换器10可以将点光源转化为线性光源，且线性转化器10转化成的线性光源可以旋转方向；

本发明所述数码相机11为高清高速数码相机，其分辨率为50 w～500w（本实施例为500w），帧曝光，帧数25，曝光时间10μs～10s（本实施例为10μs）。

当需制得模拟饱和砂土的透明土时，本发明所述透明土它由全氟环状聚合物与相同折射率的无色孔隙液体经备料、混配、抽真空步骤配制而成，所述全氟环状聚合物为粒径0.25㎜～2.0㎜的颗粒，其颗粒为不规则形状，折射率1.34，密度2.03g/㎝³，透光率95﹪，吸水性＜0.01﹪；所述透明土的物理特性为：密度1.53 g/㎝³～2.0g/㎝³，重度15kN/m³～20kN/m³，密实度20﹪～80﹪；力学特性为：内摩擦角30°～31°，弹性模量8MPa～50MPa，泊松比0.2～0.45；所述的孔隙液体为糖溶液或氯化钠溶液或酒精溶液或溴化钙溶液中的一种。

本发明所述的全氟环状聚合物颗粒0.25㎜≤粒径＜0.5㎜的为10﹪～50﹪，0.5㎜≤粒径＜1.0㎜的为10﹪～50﹪，1.0㎜≤粒径＜1.5㎜的为10﹪～50﹪，1.5㎜≤粒径≤2.0㎜的为10﹪～50﹪，以重量计，合计为100﹪。

本实施例选择全氟环状聚合物颗粒0.25㎜≤粒径＜0.5㎜的为30﹪，0.5㎜≤粒径＜1.0㎜的为30﹪，1.0㎜≤粒径＜1.5㎜的为20﹪，1.5㎜≤粒径≤2.0㎜的为20﹪，以重量计，合计为100﹪，将其混合均匀；孔隙液体为糖溶液，所述的糖为蔗糖。调制溶液浓度（本实施例浓度为5﹪），利用阿贝折射仪测定蔗糖溶液在试验温度（本实施例为20^oC）下的折射率（本实施例为1.34），使其与全氟环状聚合物的折射率一致。

一种振动沉管挤密桩模型试验方法，它包括以下过程：

⑴建模：根据试验要求分别制作透明模型槽1、模拟桩周土2的透明土、注浆管5以及带桩靴4的沉管3；所述透明模型槽1、沉管3、桩靴4、注浆管5均由透明有机玻璃制成，所述沉管3的横截面为空心的圆形或矩形或X形，桩靴4与沉管3底部活动连接，沉管时桩靴4闭合，上拔沉管时桩靴4自动打开；注浆管的四个侧壁均匀布置8～10个注浆孔（本实施例为8个）；

⑵安装：在支架13上安装好沉桩机构，透明模型槽1外一侧安装好激光源，在透明模型槽1外的正视面、俯视面分别安装数码相机11，数码相机11通过数据线与处理装置12联接；打开激光源，检查其在透明土体内部形成的颗粒切面明亮度，调整激光角度，使切面垂直入射，打开数码相机11，调整数码相机11镜头，使其能涵括整个试验画面；

所述激光源包括激光器9、线性转化器10，激光器9为内腔式氦氖激光器，功率为50mW～500mW（本实施例为500mW）；所述的线性转换器10可以将点光源转化为线性光源，且线性转化器10转化成的线性光源可以旋转方向；

本发明所述数码相机11为高清高速数码相机，其分辨率为50 w～500w（本实施例为500w），帧曝光，帧数25，曝光时间10μs～10s（本实施例为10μs）。

当需制得模拟饱和砂土的透明土时，本发明在过程⑴中，所述制作模拟桩周土2的透明土包括备料、混配、抽真空步骤：

所述备料为选择粒径为0.25㎜～2.0㎜的全氟环状聚合物颗粒，其颗粒为不规则形状，清洗杂质并烘干，所述全氟环状聚合物折射率1.34，密度2.03g/㎝³，透光率95﹪，吸水性＜0.01﹪；选择无色孔隙液体，调节溶液浓度，使孔隙液体的折射率与全氟环状聚合物的折射率一致；所述的孔隙液体为糖溶液或氯化钠溶液或酒精溶液或溴化钙溶液中的一种；

本发明所述全氟环状聚合物颗粒0.25㎜≤粒径＜0.5㎜的为10﹪～50﹪，0.5㎜≤粒径＜1.0㎜的为10﹪～50﹪，1.0㎜≤粒径＜1.5㎜的为10﹪～50﹪，1.5㎜≤粒径≤2.0㎜的为10﹪～50﹪，以重量计，合计为100﹪。

本实施例选择全氟环状聚合物颗粒0.25㎜≤粒径＜0.5㎜的为30﹪，0.5㎜≤粒径＜1.0㎜的为30﹪，1.0㎜≤粒径＜1.5㎜的为20﹪，1.5㎜≤粒径≤2.0㎜的为20﹪，以重量计，合计为100﹪，将其混合均匀；孔隙液体为糖溶液，所述的糖为蔗糖。调制溶液浓度（本实施例浓度为5﹪），利用阿贝折射仪测定蔗糖溶液在试验温度（本实施例为20^oC）下的折射率（本实施例为1.34），使其与全氟环状聚合物的折射率一致。

所述混配为根据试验条件与试样的尺寸大小计算确定全氟环状聚合物颗粒和孔隙液体的用量，先将全氟环状聚合物颗粒分层填入透明模型槽中，并分3～4次击实；然后在透明模型槽中注入孔隙液体；

本实施例在透明模型槽1中填入一定量后，对全氟环状聚合物颗粒进行预压；分3次击实，控制试样的密实度为30﹪；然后在透明模型槽1中注入孔隙液体，静置24小时；

所述抽真空为利用抽真空装置抽除全氟环状聚合物颗粒之间的气泡，利用吸球抽去高出全氟环状聚合物颗粒的孔隙液体，制得模拟饱和砂土的透明土，其物理特性为：密度1.53g/㎝³～2.0g/㎝³，重度15kN/m³～20kN/m³，密实度20﹪～80﹪；力学特性为：内摩擦角30°～31°，弹性模量8MPa～50MPa，泊松比0.2～0.45。

本实施例所制透明土的物理特性为：密度1.53g/㎝³，重度15kN/m³，密实度30﹪；力学特性为：内摩擦角30°，弹性模量8 MPa，泊松比0.4。

⑶试验：按照试验设计要求，将沉管3通过法兰盘7与振动锤8连接，根据设计的沉桩速率和振动频率，完成振动沉管施工至设计深度；激光照射透明模型槽1形成切面，由数码相机11记录土体内部位移规律；

然后，卸下法兰盘7，在沉管3中心位置布置注浆管5，并在沉管3内部填筑填料6后，再重新安装法兰盘7，振动上拔沉管3至沉管3和桩靴4完全拔出地表面，同时，通过沉管3上部进料口补充填筑填料6；激光照射透明模型槽1形成切面，由数码相机11记录土体内部位移规律；

在过程⑶中，所述的填筑填料6为粒径4.5㎜～5.0㎜的全氟环状聚合物颗粒，其颗粒为不规则形状，折射率1.34，密度2.03g/㎝³，透光率95﹪，吸水性＜0.01﹪。

接着，通过注浆器对注浆管5进行注浆施工，激光照射透明模型槽1形成切面，由数码相机11记录土体内部位移规律及注浆桩体的形态；

所述激光器9和线性转化器10可在透明模型槽1的任意位置形成透明模型槽1的竖向面或水平面的激光切面。

当激光照射透明模型槽1形成透明模型槽1的竖向面的激光切面时，由安装在透明模型槽1正视面的数码相机11记录；当激光照射透明模型槽1形成透明模型槽1的水平面的激光切面时，由安装在透明模型槽1俯视面的数码相机11记录。

试验中，利用PIV技术（Particle Image Velocimetry粒子图像测速法）结合图像处理软件PIVview2C对数码相机11采集的图片资料进行处理。

⑷重复过程⑴～过程⑶，可通过处理装置12分析不同桩周土体特性、沉管3横截面形式、桩径和桩长情况下的振动沉管挤密桩的挤土效应，完成整体振动沉管挤密桩的模型试验。

实施例2：(透明固体材料为全氟环状聚合物)

在过程⑴中，选择全氟环状聚合物颗粒0.25㎜≤粒径＜0.5㎜的为10﹪，0.5㎜≤粒径＜1.0㎜的为30﹪，1.0㎜≤粒径＜1.5㎜的为30﹪，1.5㎜≤粒径≤2.0㎜的为30﹪，以重量计，合计为100﹪，将其混合均匀；所述孔隙液体为氯化钠溶液，其浓度为5﹪；

混配时，先将调配好的孔隙液体装在透明模型槽1中，并将全氟环状聚合物颗粒缓慢、均匀、分散地倒入透明模型槽1中，倾倒过程中不断搅拌排出气泡，并保持全氟环状聚合物颗粒始终在孔隙液体液面以下；

本实施例所制透明土的物理特性为：密度1.65g/㎝³，重度17kN/m³，密实度40﹪；力学特性为：内摩擦角31°，弹性模量20MPa，泊松比0.25。

余同实施例1。

实施例3：(透明固体材料为全氟环状聚合物)

在过程⑴中，选择全氟环状聚合物颗粒0.25㎜≤粒径＜0.5㎜的为10﹪，0.5㎜≤粒径＜1.0㎜的为40﹪，1.0㎜≤粒径＜1.5㎜的为35﹪，1.5㎜≤粒径≤2.0㎜的为15﹪，以重量计，合计为100﹪，将其混合均匀；所述孔隙液体为酒精溶液，其浓度为15﹪；

混配时，控制试样其密实度为40﹪。

本实施例所制透明土的物理特性为：密度1.83 g/㎝³，重度17.5kN/m³，密实度40﹪；力学特性为：内摩擦角31°，弹性模量15MPa，泊松比0.32。

余同实施例1。

实施例4：(透明固体材料为全氟环状聚合物)

本发明所述沉管3的横截面为空心的圆形或矩形或X形（本实施例为空心的矩形）。

当需制得模拟饱和黏土的透明土时，本发明所述透明土它由全氟环状聚合物与相同折射率的无色孔隙液体经备料、混配、抽真空、固结步骤配制而成，所述全氟环状聚合物为粒径≤0.074㎜的颗粒，其颗粒为不规则形状，折射率1.34，密度2.03g/㎝³，透光率95﹪，吸水性＜0.01﹪；所述透明土的物理特性为：密度1.63g/㎝³～2.0g/㎝³，重度16kN/m³～20kN/m³，固结度OCR值0.8～3；力学特性为：凝聚力1kPa～3kPa，内摩擦角19°～22°，弹性模量5MPa～9MPa，泊松比0.20～0.35；所述的孔隙液体为糖溶液或氯化钠溶液或酒精溶液或溴化钙溶液中的一种。

本实施例选择粒径≤0.074㎜的全氟环状聚合物颗粒；孔隙液体为糖溶液，所述的糖为蔗糖。调制溶液浓度（本实施例浓度为5﹪），利用阿贝折射仪测定蔗糖溶液在试验温度（本实施例为20^oC）下的折射率（本实施例为1.34），使其与全氟环状聚合物的折射率一致。

当需制得模拟饱和黏土的透明土时，在过程⑴中，所述制作模拟桩周土2的透明土包括备料、混配、抽真空、固结步骤：

所述备料为选择粒径≤0.074㎜的全氟环状聚合物颗粒，其颗粒为不规则形状，清洗杂质并烘干，所述全氟环状聚合物折射率1.34，密度2.03g/㎝³，透光率95﹪，吸水性＜0.01﹪；选择无色孔隙液体，调节溶液浓度，使孔隙液体的折射率与全氟环状聚合物的折射率一致；所述的孔隙液体为糖溶液或氯化钠溶液或酒精溶液或溴化钙溶液中的一种；

本实施例选择粒径≤0.074㎜的全氟环状聚合物颗粒；孔隙液体为糖溶液，所述的糖为蔗糖。调制溶液浓度（本实施例浓度为5﹪），利用阿贝折射仪测定蔗糖溶液在试验温度（本实施例为20^oC）下的折射率（本实施例为1.34），使其与全氟环状聚合物的折射率一致。

所述混配为根据试验条件与试样的尺寸大小计算确定全氟环状聚合物颗粒和孔隙液体的用量，先将全氟环状聚合物颗粒分层填入透明模型槽1中，并分3～4次击实；然后在透明模型槽1中注入孔隙液体；

本实施例在透明模型槽1中填入一定量后，对全氟环状聚合物颗粒进行预压；分3次击实，以控制试样的密度；然后在透明模型槽1中注入孔隙液体，静置24小时；

所述抽真空为利用抽真空装置抽除全氟环状聚合物颗粒之间的气泡，利用吸球抽去高出全氟环状聚合物颗粒的孔隙液体；

所述固结为在固结仪中进行固结，制得透明固体材料为全氟环状聚合物颗粒，模拟饱和黏土的透明土，其物理特性为：密度1.63g/㎝³～2.0g/㎝³，重度16kN/m³～20kN/m³，固结度OCR值0.8～3；力学特性为：凝聚力1kPa～3kPa，内摩擦角19°～22°，弹性模量5MPa～9MPa，泊松比0.20～0.35。

本实施例所制透明土的物理特性为：密度1.73 g/㎝³，重度17kN/m³，固结度OCR值2.0；力学特性为：凝聚力3kPa，内摩擦角20°，弹性模量9MPa，泊松比0.35。

余同实施例1。

实施例5：(透明固体材料为全氟环状聚合物)

在过程⑴中，所述孔隙液体为氯化钠溶液，其浓度为5﹪；

混配时，先将调配好的孔隙液体装在透明模型槽1中，并将全氟环状聚合物颗粒缓慢、均匀、分散地倒入透明模型槽1中，倾倒过程中不断搅拌排出气泡，并保持全氟环状聚合物颗粒始终在孔隙液体液面以下；

本实施例所制透明土的物理特性为：密度1.83g/㎝³，重度18kN/m³，固结度OCR值1.0；力学特性为：凝聚力2kPa，内摩擦角19°，弹性模量6MPa，泊松比0.35。

余同实施例1、4。

实施例6：(透明固体材料为全氟环状聚合物)

在过程⑴中，所述孔隙液体为溴化钙溶液，其浓度为3﹪；

本实施例所制透明土的物理特性为：密度2.0g/㎝³，重度20kN/m³，固结度OCR值2；力学特性为：凝聚力3kPa，内摩擦角22°，弹性模量9MPa，泊松比0.25。

余同实施例1、4。

实施例7：(透明固体材料为冰晶石)

本发明所述沉管3的横截面为空心的圆形或矩形或X形（本实施例为空心的X形）。

当需制得模拟饱和砂土的透明土时，本发明所述透明土它由冰晶石与相同折射率的无色孔隙液体经备料、混配、抽真空步骤配制而成，所述冰晶石为粒径0.25㎜～2.0㎜的颗粒，其颗粒为不规则形状，折射率1.338～1.339，密度2.97g/㎝³～3.0g/㎝³；所述透明土的物理特性为：密度1.98g/㎝³～2.5g/㎝³，重度19kN/m³～25kN/m³，密实度20﹪～80﹪；力学特性为：内摩擦角34°～35°，弹性模量12MPa～71MPa，泊松比0.2～0.45；所述的孔隙液体为糖溶液或氯化钠溶液或酒精溶液或溴化钙溶液中的一种。

本发明所述的冰晶石颗粒0.25㎜≤粒径＜0.5㎜的为10﹪～50﹪，0.5㎜≤粒径＜1.0㎜的为10﹪～50﹪，1.0㎜≤粒径＜1.5㎜的为10﹪～50﹪，1.5㎜≤粒径≤2.0㎜的为10﹪～50﹪，以重量计，合计为100﹪。

本实施例选择密度2.97g/㎝³、折射率1.338的冰晶石颗粒，0.25㎜≤粒径＜0.5㎜的为30﹪，0.5㎜≤粒径＜1.0㎜的为30﹪，1.0㎜≤粒径＜1.5㎜的为20﹪，1.5㎜≤粒径≤2.0㎜的为20﹪，以重量计，合计为100﹪，将其混合均匀；孔隙液体为糖溶液，所述的糖为蔗糖。调制溶液浓度（本实施例浓度为3.5﹪），利用阿贝折射仪测定蔗糖溶液在试验温度（本实施例为20^oC）下的折射率（本实施例为1.338），使其与冰晶石的折射率一致。

当需制得模拟饱和砂土的透明土时，本发明在过程⑴中，所述制作模拟桩周土2的透明土包括备料、混配、抽真空步骤：

所述备料为选择粒径0.25㎜～2.0㎜的冰晶石颗粒，其颗粒为不规则形状，清洗杂质并烘干，所述冰晶石折射率1.338～1.339，密度2.97g/㎝³～3.0g/㎝³；选择无色孔隙液体，调节溶液浓度，使孔隙液体的折射率与冰晶石的折射率一致；所述的孔隙液体为糖溶液或氯化钠溶液或酒精溶液或溴化钙溶液中的一种；

所述的冰晶石颗粒0.25㎜≤粒径＜0.5㎜的为10﹪～50﹪，0.5㎜≤粒径＜1.0㎜的为10﹪～50﹪，1.0㎜≤粒径＜1.5㎜的为10﹪～50﹪，1.5㎜≤粒径≤2.0㎜的为10﹪～50﹪，以重量计，合计为100﹪；

本实施例选择密度2.97g/㎝³、折射率1.338的冰晶石颗粒，0.25㎜≤粒径＜0.5㎜的为30﹪，0.5㎜≤粒径＜1.0㎜的为30﹪，1.0㎜≤粒径＜1.5㎜的为20﹪，1.5㎜≤粒径≤2.0㎜的为20﹪，以重量计，合计为100﹪，将其混合均匀；孔隙液体为糖溶液，所述的糖为蔗糖。调制溶液浓度（本实施例浓度为3.5﹪），利用阿贝折射仪测定蔗糖溶液在试验温度（本实施例为20^oC）下的折射率（本实施例为1.338），使其与冰晶石的折射率一致。

所述混配为根据试验条件与试样的尺寸大小计算确定冰晶石颗粒和孔隙液体的用量，先将冰晶石颗粒分层填入透明模型槽1中，并分3～4次击实；然后在透明模型槽1中注入孔隙液体；

本实施例在透明模型槽1中填入一定量后，对冰晶石颗粒进行预压；分3次击实，控制试样的密实度为50﹪；然后在透明模型槽1中注入孔隙液体，静置24小时；

所述抽真空为利用抽真空装置抽除冰晶石颗粒之间的气泡，利用吸球抽去高出冰晶石颗粒的孔隙液体，制得模拟饱和砂土的透明土，其物理特性为：密度1.98 g/㎝³～2.5g/㎝³，重度19kN/m³～25kN/m³，密实度20﹪～80﹪；力学特性为：内摩擦角34°～35°，弹性模量12MPa～71MPa，泊松比0.2～0.45。

本实施例所制透明土的物理特性为：密度1.98g/㎝³，重度19kN/m³，密实度50﹪；力学特性为：内摩擦角34°，弹性模量20MPa，泊松比0.4。

在过程⑶中，所述的填筑填料6为粒径4.5㎜～5.0㎜的冰晶石颗粒，其颗粒为不规则形状，折射率1.338～1.339，密度2.97g/㎝³～3.0g/㎝³。

余同实施例1。

实施例8：(透明固体材料为冰晶石)

在过程⑴中，选择密度3.0g/㎝³、折射率1.339的冰晶石颗粒，0.25㎜≤粒径＜0.5㎜的为10﹪，0.5㎜≤粒径＜1.0㎜的为35﹪，1.0㎜≤粒径＜1.5㎜的为35﹪，1.5㎜≤粒径≤2.0㎜的为20﹪，以重量计，合计为100﹪，将其混合均匀；所述孔隙液体为氯化钠溶液，调制溶液浓度（本实施例浓度为4.2﹪），利用阿贝折射仪测定氯化钠溶液在试验温度（本实施例为20^oC）下的折射率（本实施例为1.339），使其与冰晶石的折射率一致。

混配时，先将调配好的孔隙液体装在透明模型槽1中，并将冰晶石颗粒缓慢、均匀、分散地倒入透明模型槽1中，倾倒过程中不断搅拌排出气泡，并保持冰晶石颗粒始终在孔隙液体液面以下；

余同实施例1、7。

实施例9：(透明固体材料为冰晶石)

在过程⑴中，选择密度3.0g/㎝³、折射率1.338的冰晶石颗粒，0.25㎜≤粒径＜0.5㎜的为25﹪，0.5㎜≤粒径＜1.0㎜的为25﹪，1.0㎜≤粒径＜1.5㎜的为25﹪，1.5㎜≤粒径≤2.0㎜的为25﹪，以重量计，合计为100﹪，将其混合均匀；所述孔隙液体为酒精溶液，其浓度为12﹪；

混配时，控制试样其密实度为60﹪。

本实施例所制透明土的物理特性为：密度2.3g/㎝³，重度23kN/m³，密实度60﹪；力学特性为：内摩擦角35°，弹性模量45MPa，泊松比0.35。

余同实施例1、7。

实施例10：(透明固体材料为冰晶石)

当需制得模拟饱和黏土的透明土时，本发明所述透明土它由冰晶石与相同折射率的无色孔隙液体经备料、混配、抽真空、固结步骤配制而成，所述冰晶石为粒径≤0.074㎜的颗粒，其颗粒为不规则形状，折射率1.338～1.339，密度2.97 g/㎝³～3.0g/㎝³；所述透明土的物理特性为：密度1.98g/㎝³～2.5g/㎝³，重度20kN/m³～26kN/m³，固结度OCR值0.8～3；力学特性为：凝聚力1kPa～3kPa，内摩擦角22°～26°，弹性模量5MPa～9MPa，泊松比0.20～0.35；所述的孔隙液体为糖溶液或氯化钠溶液或酒精溶液或溴化钙溶液中的一种。

本实施例选择密度2.97g/㎝³、折射率1.338、粒径≤0.074㎜的冰晶石颗粒；孔隙液体为糖溶液，所述的糖为蔗糖。调制溶液浓度（本实施例浓度为3.5﹪），利用阿贝折射仪测定蔗糖溶液在试验温度（本实施例为20^oC）下的折射率（本实施例为1.338），使其与冰晶石的折射率一致。

当需制得模拟饱和黏土的透明土时，在过程⑴中，所述制作模拟桩周土2的透明土包括备料、混配、抽真空、固结步骤：

所述备料为选择粒径≤0.074㎜的冰晶石颗粒，其颗粒为不规则形状，清洗杂质并烘干，所述冰晶石折射率1.338～1.339，密度2.97 g /㎝³～3.0 g/㎝³；选择无色孔隙液体，调节溶液浓度，使孔隙液体的折射率与冰晶石的折射率一致；所述的孔隙液体为糖溶液或氯化钠溶液或酒精溶液或溴化钙溶液中的一种；

本实施例选择密度2.97g/㎝³、折射率1.338、粒径≤0.074㎜的冰晶石颗粒；孔隙液体为糖溶液，所述的糖为蔗糖。调制溶液浓度（本实施例浓度为3.5﹪），利用阿贝折射仪测定蔗糖溶液在试验温度（本实施例为20^oC）下的折射率（本实施例为1.338），使其与冰晶石的折射率一致。

所述混配为根据试验条件与试样的尺寸大小计算确定冰晶石颗粒和孔隙液体的用量，先将冰晶石颗粒分层填入透明模型槽1中，并分3～4次击实；然后在透明模型槽1中注入孔隙液体；

本实施例在透明模型槽1中填入一定量后，对冰晶石颗粒进行预压；分3次击实，以控制试样的密度；然后在透明模型槽1中注入孔隙液体，静置24小时；

所述抽真空为利用抽真空装置抽除冰晶石颗粒之间的气泡，利用吸球抽去高出冰晶石颗粒的孔隙液体；

所述固结为在固结仪中进行固结，制得模拟饱和黏土的透明土，其物理特性为：密度1.98g/㎝³～2.5g/㎝³，重度20kN/m³～26kN/m³，固结度OCR值0.8～3；力学特性为：凝聚力1kPa～3kPa，内摩擦角22°～26°，弹性模量5MPa～9MPa，泊松比0.20～0.35。

本实施例所制透明土的物理特性为：密度2.0g/㎝³，重度21kN/m³，固结度OCR值0.8；力学特性为：凝聚力1kPa，内摩擦角23°，弹性模量5MPa，泊松比0.30。

在过程⑶中，所述的填筑填料6为粒径4.5㎜～5.0㎜的冰晶石颗粒，其颗粒为不规则形状，折射率1.338～1.339，密度2.97g/㎝³～3.0g/㎝³。

余同实施例1。

实施例11：(透明固体材料为冰晶石)

在过程⑴中，选择密度3.0g/㎝³、折射率1.338、粒径≤0.074㎜的冰晶石颗粒；所述孔隙液体为氯化钠溶液，其浓度为4.1﹪；

混配时，先将调配好的孔隙液体装在透明模型槽1中，并将冰晶石颗粒缓慢、均匀、分散地倒入透明模型槽1中，倾倒过程中不断搅拌排出气泡，并保持冰晶石颗粒始终在孔隙液体液面以下；

本实施例所制透明土的物理特性为：密度2.3g/㎝³，重度24kN/m³，固结度OCR值1.5；力学特性为：凝聚力3kPa，内摩擦角23°，弹性模量8MPa，泊松比0.25。

余同实施例1、11。

实施例12：(透明固体材料为冰晶石)

在过程⑴中，选择密度3.0g/㎝³、折射率1.338、粒径≤0.074㎜的冰晶石颗粒；所述孔隙液体为溴化钙溶液，其浓度为1﹪；

本实施例所制透明土的物理特性为：密度2.3g/㎝³，重度26kN/m³，固结度OCR值2；力学特性为：凝聚力3kPa，内摩擦角6°，弹性模量9MPa，泊松比0.25。

余同实施例1、10。

实施例13：(透明固体材料为氟化钙)

当需制得模拟饱和砂土的透明土时，本发明所述透明土它由氟化钙与相同折射率的无色孔隙液体经备料、混配、抽真空步骤配制而成，所述氟化钙为粒径0.25㎜～2.0㎜的颗粒，其颗粒为不规则形状，折射率1.434，密度3.18g/㎝³；所述透明土的物理特性为：密度1.98g/㎝³～2.5g/㎝³，重度19kN/m³～25kN/m³，密实度20﹪～80﹪；力学特性为：内摩擦角34°～35°，弹性模量12MPa～71MPa，泊松比0.2～0.45；所述的孔隙液体为糖溶液或氯化钠溶液或溴化钙溶液中的一种。

本发明所述的氟化钙颗粒0.25㎜≤粒径＜0.5㎜的为10﹪～50﹪，0.5㎜≤粒径＜1.0㎜的为10﹪～50﹪，1.0㎜≤粒径＜1.5㎜的为10﹪～50﹪，1.5㎜≤粒径≤2.0㎜的为10﹪～50﹪，以重量计，合计为100﹪；

本实施例选择氟化钙颗粒0.25㎜≤粒径＜0.5㎜的为30﹪，0.5㎜≤粒径＜1.0㎜的为20﹪，1.0㎜≤粒径＜1.5㎜的为20﹪，1.5㎜≤粒径≤2.0㎜的为30﹪，以重量计，合计为100﹪，将其混合均匀；孔隙液体为糖溶液，所述的糖为蔗糖。调制溶液浓度（本实施例浓度为56﹪），利用阿贝折射仪测定蔗糖溶液在试验温度（本实施例为20^oC）下的折射率（本实施例为1.434），使其与氟化钙的折射率一致。

当需制得模拟饱和砂土的透明土时，本发明在过程⑴中，所述制作模拟桩周土2的透明土包括备料、混配、抽真空步骤：

所述备料为选择粒径为0.25㎜～2.0㎜的氟化钙颗粒，其颗粒为不规则形状，清洗杂质并烘干，所述氟化钙折射率1.434，密度3.18g/㎝³；选择无色孔隙液体，调节溶液浓度，使孔隙液体的折射率与氟化钙的折射率一致；所述的孔隙液体为糖溶液或氯化钠溶液或溴化钙溶液中的一种；

所述的氟化钙颗粒0.25㎜≤粒径＜0.5㎜的为10﹪～50﹪，0.5㎜≤粒径＜1.0㎜的为10﹪～50﹪，1.0㎜≤粒径＜1.5㎜的为10﹪～50﹪，1.5㎜≤粒径≤2.0㎜的为10﹪～50﹪，以重量计，合计为100﹪；

本实施例选择氟化钙颗粒0.25㎜≤粒径＜0.5㎜的为30﹪，0.5㎜≤粒径＜1.0㎜的为20﹪，1.0㎜≤粒径＜1.5㎜的为20﹪，1.5㎜≤粒径≤2.0㎜的为30﹪，以重量计，合计为100﹪，将其混合均匀；孔隙液体为糖溶液，所述的糖为蔗糖。调制溶液浓度（本实施例浓度为56﹪），利用阿贝折射仪测定蔗糖溶液在试验温度（本实施例为20^oC）下的折射率（本实施例为1.434），使其与氟化钙的折射率一致。

所述混配为根据试验条件与试样的尺寸大小计算确定氟化钙颗粒和孔隙液体的用量，先将氟化钙颗粒分层填入透明模型槽1中，并分3～4次击实；然后在透明模型槽1中注入孔隙液体；

本实施例在透明模型槽1中填入一定量后，对氟化钙颗粒进行预压；分3次击实，控制试样的密实度为30﹪；然后在透明模型槽1中注入孔隙液体，静置24小时；

所述抽真空为利用抽真空装置抽除氟化钙颗粒之间的气泡，利用吸球抽去高出氟化钙颗粒的孔隙液体，制得模拟饱和砂土的透明土，其物理特性为：密度1.98 g/㎝³～2.5g/㎝³，重度19kN/m³～25kN/m³，密实度20﹪～80﹪；力学特性为：内摩擦角34°～35°，弹性模量12MPa～71MPa，泊松比0.2～0.45。

本实施例所制透明土的物理特性为：密度2.1g/㎝³，重度21kN/m³，密实度30﹪；力学特性为：内摩擦角34°，弹性模量17MPa，泊松比0.35。

在过程⑶中，所述的填筑填料6为粒径4.5㎜～5.0㎜的氟化钙颗粒，其颗粒为不规则形状，折射率1.434，密度3.18g/㎝³。

余同实施例1。

实施例14：(透明固体材料为氟化钙)

在过程⑴中，选择氟化钙颗粒0.25㎜≤粒径＜0.5㎜的为20﹪，0.5㎜≤粒径＜1.0㎜的为30﹪，1.0㎜≤粒径＜1.5㎜的为30﹪，1.5㎜≤粒径≤2.0㎜的为20﹪，以重量计，合计为100﹪，将其混合均匀；所述孔隙液体为氯化钠溶液，其浓度为54﹪；

混配时，先将调配好的孔隙液体装在透明模型槽1中，并将氟化钙颗粒缓慢、均匀、分散地倒入透明模型槽1中，倾倒过程中不断搅拌排出气泡，并保持氟化钙颗粒始终在孔隙液体液面以下；

本实施例所制透明土的物理特性为：密度2.0g/㎝³，重度20kN/m³，密实度40﹪；力学特性为：内摩擦角34°，弹性模量20MPa，泊松比0.4。

余同实施例1、13。

实施例15：(透明固体材料为氟化钙)

在过程⑴中，选择氟化钙颗粒0.25㎜≤粒径＜0.5㎜的为10﹪，0.5㎜≤粒径＜1.0㎜的为40﹪，1.0㎜≤粒径＜1.5㎜的为35﹪，1.5㎜≤粒径≤2.0㎜的为15﹪，以重量计，合计为100﹪，将其混合均匀；所述孔隙液体为溴化钙溶液，其浓度为45﹪；

混配时，控制试样其密实度为50﹪。

本实施例所制透明土的物理特性为：密度1.53g/㎝³，重度15kN/m³，密实度50﹪；力学特性为：内摩擦角35°，弹性模量25MPa，泊松比0.3。

余同实施例1、13。

实施例16：(透明固体材料为氟化钙)

当需制得模拟饱和黏土的透明土时，本发明所述透明土它由氟化钙与相同折射率的无色孔隙液体经备料、混配、抽真空、固结步骤配制而成，所述氟化钙为粒径≤0.074㎜的颗粒，其颗粒为不规则形状，折射率1.434，密度3.18g/㎝³；所述透明土的物理特性为：密度1.98g/㎝³～2.5g/㎝³，重度20kN/m³～26kN/m³，固结度OCR值0.8～3；力学特性为：凝聚力1 kPa～3kPa，内摩擦角22°～26°，弹性模量5MPa～9MPa，泊松比0.20～0.35；所述的孔隙液体为糖溶液或氯化钠溶液或溴化钙溶液或正12烷与甘油的混合物中的一种。

本实施例选择粒径≤0.074㎜的氟化钙颗粒；孔隙液体为糖溶液，所述的糖为蔗糖。调制溶液浓度（本实施例浓度为56﹪），利用阿贝折射仪测定蔗糖溶液在试验温度（本实施例为20^oC）下的折射率（本实施例为1.434），使其与氟化钙的折射率一致。

当需制得模拟饱和黏土的透明土时，在过程⑴中，所述制作模拟桩周土2的透明土包括备料、混配、抽真空、固结步骤：

所述备料为选择粒径≤0.074㎜的氟化钙颗粒，其颗粒为不规则形状，清洗杂质并烘干，所述氟化钙折射率1.434，透光率95﹪，容重3.18g/㎝³；选择无色孔隙液体，调节溶液浓度，使孔隙液体的折射率与氟化钙的折射率一致；所述的孔隙液体为糖溶液或氯化钠溶液或溴化钙溶液或正12烷与甘油的混合物中的一种；

本实施例选择粒径≤0.074㎜的氟化钙颗粒；孔隙液体为糖溶液，所述的糖为蔗糖。调制溶液浓度（本实施例浓度为56﹪），利用阿贝折射仪测定蔗糖溶液在试验温度（本实施例为20^oC）下的折射率（本实施例为1.434），使其与氟化钙的折射率一致。

所述混配为根据试验条件与试样的尺寸大小计算确定氟化钙颗粒和孔隙液体的用量，先将氟化钙颗粒分层填入透明模型槽1中，并分3～4次击实；然后在透明模型槽1中注入孔隙液体；

本实施例在透明模型槽1中填入一定量后，对氟化钙颗粒进行预压；分3次击实，以控制试样的密度；然后在透明模型槽1中注入孔隙液体，静置24小时；

所述抽真空为利用抽真空装置抽除氟化钙颗粒之间的气泡，利用吸球抽去高出氟化钙颗粒的孔隙液体；

所述固结为在固结仪中进行固结，制得模拟饱和黏土的透明土，其物理特性为：密度1.98g/㎝³～2.5g/㎝³，重度20kN/m³～26kN/m³，固结度OCR值0.8～3；力学特性为：凝聚力1 kPa～3kPa，内摩擦角22°～26°，弹性模量5MPa～9MPa，泊松比0.20～0.35。

本实施例所制透明土的物理特性为：密度1.98g/㎝³，重度20kN/m³，固结度OCR值0.8；力学特性为：凝聚力1 kPa，内摩擦角22°，弹性模量5MPa，泊松比0.35。

在过程⑶中，所述的填筑填料6为粒径4.5㎜～5.0㎜的氟化钙颗粒，其颗粒为不规则形状，折射率1.434，密度3.18g/㎝³。

余同实施例1。

实施例17：(透明固体材料为氟化钙)

在过程⑴中，所述孔隙液体为氯化钠溶液，其浓度为54﹪；

混配时，先将调配好的孔隙液体装在透明模型槽1中，并将氟化钙颗粒缓慢、均匀、分散地倒入透明模型槽1中，倾倒过程中不断搅拌排出气泡，并保持氟化钙颗粒始终在孔隙液体液面以下；

本实施例所制透明土的物理特性为：密度2.3g/㎝³，重度23kN/m³，固结度OCR值1.5；力学特性为：凝聚力2 kPa，内摩擦角23°，弹性模量8MPa，泊松比0.30。

余同实施例1、16。

实施例18：(透明固体材料为氟化钙)

在过程⑴中，所述孔隙液体为溴化钙溶液，其浓度为45﹪；

本实施例所制透明土的物理特性为：密度2.1g/㎝³，重度21kN/m³，固结度OCR值1.0；力学特性为：凝聚力1kPa，内摩擦角22°，弹性模量6MPa，泊松比0.30。

余同实施例1、16。

实施例19：(透明固体材料为氟化钙)

在过程⑴中，所述孔隙液体为正12烷（折射率为1.421）与甘油（折射率为1.473）的混合物，通过调整正12烷与甘油的的质量比来改变混合油的折射率，使其与氟化钙颗粒的折射率一致；本实施例正12烷与甘油的的质量比为1：3；

本实施例所制透明土的物理特性为：密度2.3g/㎝³，重度23kN/m³，固结度OCR值1.5；力学特性为：凝聚力3kPa，内摩擦角26°，弹性模量8MPa，泊松比0.35。

余同实施例1、16。