一种颗粒间胶结物力学特性曲线的获取方法与流程

1.本发明属于颗粒间粘结性能测试技术领域，具体涉及一种颗粒间胶结物力学特性曲线的获取方法。


背景技术：

2.颗粒间胶结物的存在改变体颗粒间接触力的传递方式，因此显著影响天然结构性土体的宏观力学响应和强度。
3.现有技术中通常是通过模型试验方法对胶结作用进行研究，其主要包括以下三种手段：1、以钢珠、玻璃珠为骨架材料，用不同配比的蜡和膨润土为胶结材料，将胶结材料与骨架材料拌合均匀后制作三轴试样，利用三轴试验从宏观角度研究胶结物含量及性质对胶结力大小的影响。2、通过杠杆向两固定球体及其间胶结物不断加压直至破坏，研究胶结物种类及含量对胶结力大小的影响。3、选取环氧树脂、水泥为胶结物，选取向两圆形断面的金属棒代替球形颗粒，通过向两圆形断面金属棒间注入胶结物，模拟颗粒间的胶结作用。将两金属棒及其间胶结物放入特制的模具中，借助拉伸试验机研究颗粒及其间胶结物的拉伸、剪切和压缩性质。
4.然而，以上三种试验方法试验手段分别存在无法排除颗粒排列对胶结力大小的影响、选取的颗粒直径过大以及研究对象形状与实际不符的问题，进而导致试验结果与真实情况间差异较大。


技术实现要素：

5.为解决上述问题，本发明公开了一种颗粒间胶结物力学特性曲线的获取方法。
6.本发明公开了一种颗粒间胶结物力学特性曲线的获取方法，包括以下步骤：
7.s1、在第一颗粒的球顶处滴加呈液态状的胶结物；
8.s2、将第二颗粒放置于所述胶结物处，待所述胶结物呈固态状时，得到拉伸试样；
9.所述第一颗粒和所述第二颗粒的粒径为1-3mm；
10.s3、对所述拉伸试样进行拉伸实验，获取颗粒间胶结物拉力-拉伸位移曲线。
11.所述第一颗粒和所述第二颗粒的表面粗糙度在预设范围内。
12.所述胶结物常温下为固态，加热至预设温度时为液态。
13.优选地，所述s2具体包括：
14.s21、控制所述拉伸试样中的第一颗粒与所述第二颗粒沿同一条直线朝相反的方向运动，并记录测试装置受到的拉力和所述第一颗粒相对所述第二颗粒的拉伸位移；
15.s22、重复s21，记录多个拉力和对应的拉伸位移，根据所述多个拉力和对应的拉伸位移获取拉力-拉伸位移曲线。
16.优选地，在所述s3之后还包括：
17.s4、在第三颗粒的球顶处滴加呈液态状的胶结物；
18.s5、将第四颗粒放置于所述胶结物处，待所述胶结物呈固态状时，得到剪切试样；
19.所述第三颗粒和所述第四颗粒的粒径为1-3mm；
20.s6、对所述剪切试样进行剪切实验，获取颗粒间胶结物剪切力-剪切位移曲线。
21.优选地，所述s6具体包括：
22.s61、控制所述剪切试样中的第三颗粒与所述第四颗粒沿其球心连线的垂线朝相反的方向运动，并记录测试装置受到的剪切力和所述第三颗粒相对所述第四颗粒的剪切位移；
23.s62、重复s61，记录多个剪切力和对应的剪切位移，根据所述多个剪切力和对应的剪切位移获取剪切力-剪切位移曲线。
24.优选地，在所述s61之前，还包括：
25.利用第一辅助棒和第二辅助棒分别固定所述剪切试样的第三颗粒和所述第四颗粒。
26.优选地，在所述s1之前，还包括：
27.用去离子水对所述第一颗粒和所述第二颗粒的表面进行清洗。
28.优选地，在所述s3和所述s4之间，还包括：
29.用去离子水对所述第三颗粒和所述第四颗粒的表面进行清洗。
30.相较于现有技术，本发明具有如下有益效果：
31.本发明选取1-3毫米级别的两颗粒并在其之间加入胶结物，来研究胶结物的拉伸和剪切性能，本发明中的颗粒大小以及颗粒排列方式更接近土体，故本发明获得的胶结物力学特性曲线更准确。
附图说明
32.图1是本发明公开的一种颗粒间胶结物力学特性曲线的获取方法示意图；
33.图2是本发明实施例一中纳米多功能拉伸试验机的结构示意图；
34.图3中的(a)是本发明实施例1中固定第一颗粒和第二颗粒的示意图；(b)是本发明实施例1中滴加胶结物的示意图；(c)是本发明实施例1中拉伸试样制备完成的示意图；
35.图4是本发明实施例1中拉伸试样拉伸破坏后的形态图；
36.图5是本发明实施例1得到的拉力-拉伸位移曲线；
37.图6中的(a)是本发明实施例2中制备剪切试样的过程示意图；(b)是本发明实施例2中剪切试样的示意图；(c)是本发明实施例2中多个剪切试样的示意图；
38.图7是本发明实施例2中剪切试验的过程示意图；
39.图8是本发明实施例2中剪切试样剪切破坏后的形态图；
40.图9是本发明实施例2中得到的剪切力-剪切位移曲线。
41.图中，1是前侧对中旋钮；2是左侧对中旋钮；3是第一颗粒；4是上方nmat延长头；5是下方nmat延长头；6是数据采集系统；7是第二颗粒；8是微型移液枪；9是胶结物；10是第四颗粒；11是第三颗粒；12是第一有机玻璃棒；13是第二有机玻璃棒。
具体实施方式
42.以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体
细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。
43.如图1所示，本发明公开了一种颗粒间胶结物力学特性曲线的获取方法，包括以下步骤：
44.s1、在第一颗粒的球顶处滴加呈液态状的胶结物；
45.优选地，在s1之前，还包括：
46.用去离子水对第一颗粒和第二颗粒的表面进行清洗。
47.本发明在制备试样前，用去离子水清洗颗粒表面，可避免其表面的灰尘、油污等影响胶结物黏附效果，进而对试验结果的准确性造成影响。
48.s2、将第二颗粒放置于胶结物处，待胶结物呈固态状时，得到拉伸试样；
49.优选地，第一颗粒和第二颗粒的粒径为1-3mm；第一颗粒和第二颗粒的表面粗糙度在预设范围内。
50.优选的，预设范围为1-3微米。
51.本发明选取粗糙度在预设范围内的颗粒来制备拉伸试样，可保证胶结物与要粘接的颗粒之间良好接触。
52.本实施例中，胶结物材料应选取凝固后性质较为稳定的材料，且满足下列条件之一：
53.1)常温下呈现固态，加热后呈现液态，冷却后恢复固态；
54.2)使用前为液态，风干后为固态；
55.3)依据颗粒大小及试验要求确定胶结物的体积。
56.本发明按照上述要求选取胶结物材料，可保证其凝固速度快，进而增强了实验操作的可行性。
57.优选地，s2具体包括：
58.s21、控制拉伸试样中的第一颗粒与第二颗粒沿同一条直线朝相反的方向运动，并记录测试装置受到的拉力和第一颗粒相对第二颗粒的拉伸位移；
59.s22、重复s21，记录多个拉力和对应的拉伸位移，根据多个拉力和对应的拉伸位移获取拉力-拉伸位移曲线。
60.s3、对拉伸试样进行拉伸实验，获取颗粒间胶结物拉力-拉伸位移曲线。
61.本发明选取1-3毫米级别的两颗粒并在其之间加入胶结物，来研究胶结物的拉伸和剪切性能，本发明中的颗粒大小以及颗粒排列方式更接近土体，故本发明获得的胶结物力学特性曲线更准确。
62.利用本发明的方法获取拉力-拉伸位移曲线的一个实施例如下：
63.实施例一、
64.如图3、图4所示，为拉伸试样制备及拉伸试验过程
65.试验前用去离子水清洗颗粒，以去除颗粒表面的灰尘。
66.本实施例以在纳米多功能拉伸试验机上的操作为例进行说明，仪器的主要构造如图2所示。
67.如图3(a)所示，将第一颗粒3与第二颗粒7用硬基质的胶分别固定在上方nmat延长头4和下方nmat延长头5两端。
68.保持第一颗粒3始终处于稳定状态，控制第二颗粒7向下移动至与第一颗粒3距离较近处后保持稳定，用微型移液枪8吸取相应体积的液态胶结物9滴在第一颗粒3球顶处，如图3(b)所示。
69.控制上方nmat延长头4迅速向下移动，使第一颗粒3与第二颗粒4紧密接触，待液态胶结物9冷却/风干为固体，两颗粒及其间胶结物9成为一个整体后试样制备完成。试样制备过程中应注意避免上方nmat延长头4下降速度过大而撞坏下方nmat延长头5。
70.拉伸试样制备完成后，将试验机数据归零，打开试验机数据采集系统6，控制上方nmat延长头4匀速向上移动，进行拉伸实验。试验过程可人为或试验机自动记录试验过程。
71.如图5所示，是本发明实施例1得到的拉力-拉伸位移曲线。
72.优选地，在s3之后还包括：
73.s4、在第三颗粒的球顶处滴加呈液态状的胶结物；
74.优选地，在s3和s4之间，还包括：
75.用去离子水对第三颗粒和第四颗粒的表面进行清洗。
76.s5、将第四颗粒放置于胶结物处，待胶结物呈固态状时，得到剪切试样；
77.第三颗粒和第四颗粒的粒径为1-3mm；优选地，第三颗粒和第四颗粒的表面粗糙度在预设范围内。
78.优选的，第一颗粒、第二颗粒、第三颗粒以及第四颗粒为同一批次且毛面粗糙度在预设范围内的玻璃珠。
79.s6、对剪切试样进行剪切实验，获取颗粒间胶结物剪切力-剪切位移曲线。
80.优选地，s6具体包括：
81.s61、控制剪切试样中的第三颗粒与第四颗粒沿其球心连线的垂线朝相反的方向运动，并记录测试装置受到的剪切力和第三颗粒相对第四颗粒的剪切位移；
82.s62、重复s61，记录多个剪切力和对应的剪切位移，根据多个剪切力和对应的剪切位移获取剪切力-剪切位移曲线。
83.在s61之前，还包括：
84.利用第一辅助棒和第二辅助棒分别固定剪切试样的第三颗粒和第四颗粒。
85.本发明借助第一辅助棒和第二辅助棒分别固定剪切试样的第三颗粒和第四颗粒，在使用仪器将滴有胶结物的第三颗粒和第四颗粒粘接在一起时，便于控制速度和方向。
86.利用本发明的方法获取剪切力-剪切位移曲线的一个实施例如下：
87.实施例二、
88.如图6所示，为剪切试样制备过程：
89.剪切试样制备时，将第三颗粒11轻放在下方nmat延长头5中，用少量软基质的胶将第四颗粒10轻轻粘在上方nmat延长头4上。
90.接下来按照步骤s4和s5的步骤对第三颗粒11和第四颗粒10进行粘接，待胶结物9完全凝固后，控制上方nmat延长头4向上移动，将两颗粒及其间胶结物9整体提起，如图6(a)所示。
91.用镊子轻轻夹住第四颗粒10，将第三颗粒11、第四颗粒10及其间胶结物9整体取下后放在一旁备用，如图6(b)所示。
92.考虑到剪切试验操作较为复杂，试样的损坏率较高，因此同一胶结物9含量下制备
10个平行试样备用，制备完成的剪切试样如图6(c)所示。
93.如图7、8所示，为剪切试验过程
94.图7为剪切试样安装的整体效果图，图8为剪切试样剪切破坏后的形态图。
95.本实施例安装剪切试样的过程如下：借助与nmat延长头等直径的有机玻璃棒，旋转前侧对中旋钮1和左侧对中旋钮2，将预制的第一有机玻璃棒12和第二有机玻璃棒13分别与上、下方nmat延长头5对中后，用硬基质的胶将第一有机玻璃棒12和第二有机玻璃棒13分别粘接在上方nmat延长头4的下端和下方nmat延长头5的上端。
96.旋转左侧对中旋钮2使上方nmat延长头4和下方nmat延长头5轴心前后对中而左右偏心，偏心距可根据试验要求自行确定。
97.将预先制备好的剪切试样水平向粘在与上方nmat延长头4相连的第一有机玻璃棒12上。
98.控制上方nmat延长头4向下移动，待试样另一端轻触到与下方nmat延长头5相连的第二有机玻璃棒13时，用硬基质的胶将其固定在第二有机玻璃棒13上。
99.试样安装完成后，将试验机数据归零，打开试验机数据采集系统6，控制上方nmat延长头4匀速向上移动，即可开始剪切实验。试验过程可人为或试验机自动记录试验过程。
100.如图9所示，是本发明实施例2中得到的剪切力-剪切位移曲线。
101.相较于现有技术，本发明具有如下有益效果：
102.本发明选取1-3毫米级别的两颗粒并在其之间加入胶结物，来研究胶结物的拉伸和剪切性能，本发明中的颗粒大小以及颗粒排列方式更接近土体，故本发明获得的胶结物力学特性曲线更准确。
103.以上所述，仅是本技术的几个实施例，并非对本技术做任何形式的限制，虽然本技术以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限制本技术，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本技术技术方案的范围内，利用上述揭示的技术内容做出些许的变动或修饰均等同于等效实施案例，均属于技术方案范围内。

技术特征：
1.一种颗粒间胶结物力学特性曲线的获取方法，其特征在于，包括以下步骤：s1、在第一颗粒的球顶处滴加呈液态状的胶结物；s2、将第二颗粒放置于所述胶结物处，待所述胶结物呈固态状时，得到拉伸试样；所述第一颗粒和所述第二颗粒的粒径为1-3mm；s3、对所述拉伸试样进行拉伸实验，获取颗粒间胶结物拉力-拉伸位移曲线。2.根据权利要求1所述的颗粒间胶结物力学特性曲线的获取方法，其特征在于，所述第一颗粒和所述第二颗粒的表面粗糙度在预设范围内。3.根据权利要求1所述的一种颗粒间胶结物力学特性曲线的获取方法，其特征在于，所述胶结物常温下为固态，加热至预设温度时为液态。4.根据权利要求1所述的颗粒间胶结物力学特性曲线的获取方法，其特征在于，所述s2具体包括：s21、控制所述拉伸试样中的第一颗粒与所述第二颗粒沿同一条直线朝相反的方向运动，并记录测试装置受到的拉力和所述第一颗粒相对所述第二颗粒的拉伸位移；s22、重复s21，记录多个拉力和对应的拉伸位移，根据所述多个拉力和对应的拉伸位移获取拉力-拉伸位移曲线。5.根据权利要求1所述的颗粒间胶结物力学特性曲线的获取方法，其特征在于，在所述s3之后还包括：s4、在第三颗粒的球顶处滴加呈液态状的胶结物；s5、将第四颗粒放置于所述胶结物处，待所述胶结物呈固态状时，得到剪切试样；所述第三颗粒和所述第四颗粒的粒径为1-3mm；s6、对所述剪切试样进行剪切实验，获取颗粒间胶结物剪切力-剪切位移曲线。6.根据权利要求1所述的颗粒间胶结物力学特性曲线的获取方法，其特征在于，所述s6具体包括：s61、控制所述剪切试样中的第三颗粒与所述第四颗粒沿其球心连线的垂线朝相反的方向运动，并记录测试装置受到的剪切力和所述第三颗粒相对所述第四颗粒的剪切位移；s62、重复s61，记录多个剪切力和对应的剪切位移，根据所述多个剪切力和对应的剪切位移获取剪切力-剪切位移曲线。7.根据权利要求6所述的一种颗粒间胶结物力学特性曲线的获取方法，其特征在于，在所述s61之前，还包括：利用第一辅助棒和第二辅助棒分别固定所述剪切试样的第三颗粒和所述第四颗粒。8.根据权利要求1所述的颗粒间胶结物力学特性曲线的获取方法，其特征在于，在所述s1之前，还包括：用去离子水对所述第一颗粒和所述第二颗粒的表面进行清洗。9.根据权利要求5所述的颗粒间胶结物力学特性曲线的获取方法，其特征在于，在所述s3和所述s4之间，还包括：用去离子水对所述第三颗粒和所述第四颗粒的表面进行清洗。

技术总结
本发明公开了一种颗粒间胶结物力学特性曲线的获取方法，包括以下步骤：在第一颗粒的球顶处滴加呈液态状的胶结物；将第二颗粒放置于胶结物处，待胶结物呈固态状时，得到拉伸试样；其中，第一颗粒和第二颗粒的粒径为1-3mm；对拉伸试样进行拉伸实验，获取颗粒间胶结物拉力-拉伸位移曲线。本发明选取1-3毫米级别的两颗粒并在其之间加入胶结物，来研究胶结物的拉伸和剪切性能，本发明中的颗粒大小以及颗粒排列方式更接近土体，故本发明获得的胶结物力学特性曲线更准确。特性曲线更准确。特性曲线更准确。


技术研发人员：蒲诚 王劭涵 刘奉银 赵靖伟 李跃涛 李敬昌 韩斌 张云广 张会员 龙耀东
受保护的技术使用者：中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司
技术研发日：2023.06.29
技术公布日：2023/10/8