軟粘土定向微型取樣器的制造方法
【專利摘要】軟粘土定向微型取樣器涉及一類軟粘土定向微型取樣裝置，側(cè)重微結(jié)構(gòu)制樣方法，適用于含水率高的軟弱粘土體等軟粘介質(zhì)材料，準(zhǔn)確、有方向性地制備軟粘介質(zhì)的微結(jié)構(gòu)樣品，為軟粘介質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)測試提供一種便捷有效的取樣方法。該定向微型取樣裝置很好地避免了手工切削土樣造成的形狀大小不規(guī)則，有效避免了樣品的微觀結(jié)構(gòu)方向不統(tǒng)一；有效避免了以往人工耗費大量時間反復(fù)凍融切樣、旋轉(zhuǎn)切樣費時費工的弊端。使用該模具制備微型樣品可以在模具內(nèi)一次性地完成加工制作，簡化了微結(jié)構(gòu)試樣切割、取樣、制樣過程，提高了工作效率、規(guī)范了試樣規(guī)格尺寸；同時簡易的定向標(biāo)志為微型樣品提供了定向數(shù)據(jù)。
【專利說明】軟粘土定向微型取樣器
【技術(shù)領(lǐng)域】:
[0001]本發(fā)明涉及一種軟粘土定向微型取樣方法，特別是含水率較高、定向固結(jié)特征明顯的粘土亟待獲取定向的微觀結(jié)構(gòu)特征，屬于軟粘介質(zhì)材料的微觀結(jié)構(gòu)取樣創(chuàng)新技術(shù)。
【背景技術(shù)】:
[0002]國內(nèi)外對土的微觀結(jié)構(gòu)特征研究距今不到一個世紀(jì)，從初步的構(gòu)想到真實地觀察和研究，都依賴于大量的土樣微觀結(jié)構(gòu)測試。太沙基于1925年首次提出土體具有蜂窩結(jié)構(gòu)的微結(jié)構(gòu)的概念后，20世紀(jì)50年代至60年代初人們應(yīng)用光學(xué)顯微鏡技術(shù)對土體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了觀察，并提出了一些新的微觀結(jié)構(gòu)特征模型。隨著掃描電子顯微鏡、計算機(jī)圖形處理技術(shù)的發(fā)展，土體結(jié)構(gòu)的更深一步的研究速度大大加快。
[0003]但目前研究中，對于含水率大、強(qiáng)度低的飽和軟粘土來說，結(jié)構(gòu)易破壞。如果直接進(jìn)行風(fēng)干或者烘干，土樣也會產(chǎn)生明顯的收縮變形。因此，關(guān)于高含水量的飽和粘性土取樣的文獻(xiàn)很少，僅有干燥制作方式的研究(如真空冷凍升華干燥儀，使土樣中的液態(tài)水變成非結(jié)晶態(tài)冰的設(shè)計原理)，而取樣技術(shù)直接影響土樣微觀結(jié)構(gòu)的測試。徒手切樣、制樣的局限性在于，土體微觀結(jié)構(gòu)特征是基于大量土樣測試的數(shù)理統(tǒng)計基礎(chǔ)上得到的，受制樣水平和尺寸環(huán)境等各方面因素制約，因此在切樣和取樣手段上還有待于提高。并且，每個觀測土樣的微觀結(jié)構(gòu)自身包含了定向應(yīng)力歷史特征，如果能將樣品保持時空的一致性，將大大提高巖土宏觀力學(xué)特征和微觀結(jié)構(gòu)特征之間的機(jī)理研究。

【發(fā)明內(nèi)容】
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[0004]為了避免土樣在自然風(fēng)干過程中產(chǎn)生風(fēng)化裂隙、避免土樣烘干產(chǎn)生物質(zhì)成分變異、避免土樣在冷凍制樣時反復(fù)的提取和凍融，本發(fā)明設(shè)計了一種專用的微觀結(jié)構(gòu)取樣裝置，見圖1所示，可以直接方便地提取定向的微觀結(jié)構(gòu)樣品。根據(jù)土樣微觀結(jié)構(gòu)測試方法的規(guī)定，顆粒等效粒徑大于粉土?xí)r，直接采用風(fēng)干法制備干燥樣品，不考慮水分變化對結(jié)構(gòu)的影響，而對于軟粘介質(zhì)材料而言，細(xì)顆粒親水性強(qiáng)，水分變化大大影響結(jié)構(gòu)。
[0005]本發(fā)明中取樣器由切樣器和冷凍器組成，見圖1。切樣器的瓣模外表近似圓柱形的帶刃模具，切樣內(nèi)部區(qū)域形成“帶缺陷的圓筒”規(guī)格，見圖1中的“A-A剖面”所示。試樣在圓柱側(cè)面攜帶一條方向標(biāo)識，提供定向分析參數(shù)。為設(shè)計為有一個鋸齒狀的圓柱形，一方面作為定向標(biāo)志，可以區(qū)分上下底面和水平方向，另一方面作為冷凍劑的滲流通道。
[0006]切樣器由切樣瓣模和套管組成，見圖2。切樣高度a (mm)，切樣套管高度b (mm)，切樣器內(nèi)壁的最小直徑c(mm)，且c不應(yīng)小于顆粒等效直徑30倍，滿足最小尺寸要求，便于小區(qū)域觀測，易于實行試驗。
[0007]冷凍器如圖3所示，內(nèi)壁為隔熱材料制作的保溫層，冷凍器高度e (mm)，冷凍劑入口距離頂端高度為d(mm)，冷凍器直徑為f (mm)，冷凍器底端為活頁片，通過滑動切割底部軟弱、粘性介質(zhì)，達(dá)到順利取樣的目的。
[0008]實驗裝置(見圖1)各部分功能說明如下:[0009]1.切樣器頂面:切樣時承受豎向壓力
[0010]2.切樣器內(nèi)壁:用于切割及直接接觸試樣側(cè)表面
[0011]3.瓣模:三片瓣模組合形成切樣器
[0012]4.套管:固定切樣器
[0013]5.冷凍器頂面:固定切樣器外壁
[0014]6.冷凍劑注入閥門:預(yù)留的冷凍劑入口
[0015]7.冷凍器外壁:支撐整個取樣器的支架，底端可彈性收縮切樣
[0016]8.隔熱層:維持冷凍器內(nèi)部溫度
[0017]9.冷凍劑盛載區(qū)域:作為冷凍劑注入后的留存區(qū)間
【專利附圖】

【附圖說明】:
[0018]圖1實驗裝置及A-A剖面
[0019]圖2切樣器軸向縱剖面的尺寸結(jié)構(gòu)圖
[0020]圖3冷凍器軸向縱剖面的尺寸結(jié)構(gòu)圖
【具體實施方式】:
[0021]取樣操作步驟簡要分3步，如圖3所示。
[0022](I)定位&定向:將切樣器和冷凍器組合，扭轉(zhuǎn)切樣器凹槽位置，三角形直角邊對準(zhǔn)正北方向，或者樣品擬設(shè)的正方向；
[0023](2)切樣:左手拇指放在切樣器頂部，左手其余四指緊握冷凍器。拇指向下壓入，模擬針管工作原理，切取樣品；如果軟粘介質(zhì)含水率相對較低，此步驟即可完成操作。只需將裝置取出，切樣器套管卸除，切樣器三瓣模拆開即可提取樣品。
[0024](3)冷凍:對于含水率特別大的軟粘介質(zhì)材料，基于第(2)步切樣，注入冷凍劑。等待冷凍劑消耗完畢，將裝置取出，切樣器套管卸除，切樣器卸除套管，三瓣模拆開即可提取樣品。
【權(quán)利要求】
1.一種采用冷凝方法定向切割微型土樣的方法，其特征是為了避免手工切削土樣造成的形狀大小不規(guī)則不統(tǒng)一，避免以往人工耗費大量時間反復(fù)凍融切樣、旋轉(zhuǎn)切樣費時費工的弊端，設(shè)計的一種專用微結(jié)構(gòu)制取模具，通過該模具的控制，軟粘土樣被制成“有缺陷的圓柱體”規(guī)格，有效獲取軟粘土樣微結(jié)構(gòu)，并可以明確軟粘介質(zhì)或材料的定向結(jié)構(gòu)特征。
2.根據(jù)權(quán)利I所要求的冷凝定向切割微型土樣的方法，其特征在于土樣在模具內(nèi)直接完成制樣工作，直接得到具有方向特征的結(jié)構(gòu)，避免反復(fù)制取、凍融切割的人為擾動。
3.根據(jù)權(quán)利2的要求，其特征在于切樣器由三瓣組合而成，內(nèi)壁涂抹凡士林，取樣后即可避免樣品擾動，方便獲得最終微型樣品。
4.根據(jù)權(quán)利3的要求，其特征在于切樣器的三瓣模片中的一片為內(nèi)凹直角邊，避免對稱設(shè)計，明確樣品水平定向特征。
5.根據(jù)權(quán)利3的要求，其特征在于樣品截面具備天然頂?shù)酌?，明確樣品豎直定向特征。
6.根據(jù)權(quán)利I的要求，其特征在于考慮到土樣軟弱粘性特征，取樣時直接用冷凍計制樣，提高了制樣效率。
7.根據(jù)權(quán)利6的要求，其特征在于凍樣裝置與切樣裝置連接一體，同時操作，簡便易行，冷凍劑入口作為標(biāo)志深度，提示樣品取樣高度滿足要求。
【文檔編號】G01N1/04GK103728153SQ201310756323
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2013年12月24日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月24日
【發(fā)明者】宋晶, 湯連生, 張鵬, 宋寧, 宋杰, 羅珍貴 申請人:中山大學(xué), 中交第四航務(wù)工程勘察設(shè)計院有限公司, 廣東省建筑設(shè)計研究院, 焦作黃河河務(wù)局武陟第一黃河河務(wù)局