CN104048980B - 一种土体微观结构分析用制样及图像获取方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种土体微观结构分析用制样及图像获取方法，包括步骤：一、试样制备，过程如下：101、取样：密封材料涂抹和土样切取；102、土样干燥；103、土样浸泡；104、土样养护；105、土样取出；106、土样后续加工：对土样进行切割、磨平和抛光处理，获得土样观测面；二、电镜扫描：采用扫描电镜且分多个区域，对土样观测面进行扫描，获得多幅电镜扫描图像；三、图像拼接：对多幅电镜扫描图像进行拼接，获得土样观测面的整幅电镜扫描图像。本发明方法步骤简单、实现方便且投入成本较低、所用时间短、使用效果好，所制备试样能真实反映土体实际结构，能简便、快速且准确对土体微观结构进行分析。
Description
技术领域
本发明属于土体微观结构研究技术领域，尤其是涉及一种土体微观结构分析用制样及图像获取方法。
背景技术
过去全球变化的科学目标在于确定驱动过去气候系统自然演变过程的机制，主要通过对冰芯、深海沉积物、黄土、湖泊沉积物、树轮、珊瑚等自然记录来重建地球过去的气候、环境和生态历史。我国晚第四纪环境演变和历史时期气候变迁研究有一定基础，现已经在黄土与古土壤序列分析、内陆封闭湖泊沉积古环境信息的提取和历史时期气候变迁研究等方面进行了大量研究工作。但就目前黄土微观结构的研究现状而言，未有能一套能简便、准确分析黄土在古土壤环境下的形状与粒径的方法，现有的黄土微观结构研究现状存在以下问题：第一、未能分析黄土在古土壤环境下的形状与粒径；第二、制样过程中土颗粒易移位或缺失，不能真实反映土体的实际结构；第三、观察面起伏不平，微观图像不够清晰，不利于土体微观结构分析。现如今，一般采用固化制成试样的制样方法，实际制样时，存在制样时间长、无法在工地现场开展，不能快速化、批量化、小型化制样，不能准确分析黄土在古土壤环境下的形状与粒径等缺陷，因而采用上述现有的制样方法制备土体微观结构分析试样时，将耗费大量的时间和经费，并且所制备的试样不能真实反映土体的实际结构，造成土体微观结构分析结果不准确。综上，土体微观结构分析试件的制备是在宏观条件下观察分析古土壤环境中原状黄土的微观结构(包含颗粒形状及粒径大小)的关键。相应地，其它土体微观结构分析试件的制备也存在上述问题。
综上，现如今缺少一种方法步骤简单、实现方便且投入成本较低、所用时间短、使用效果好的一种土体微观结构分析用制样及图像获取方法，所制备试样能真实反映土体的实际结构，能简便、快速且准确对土体微观结构进行分析。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种一种土体微观结构分析用制样及图像获取方法，其方法步骤简单、设计合理且操作简便、所用时间短、使用效果好，所制备试样能真实反映土体的实际结构，能简便、快速对土体微观结构进行分析。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种一种土体微观结构分析用制样及图像获取方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
步骤一、试样制备，过程如下：
步骤101、取样：采用取样器进行取样；所述取样器包括底部带刀刃的圆筒状壳体和同轴安装在圆筒状壳体内的活塞，所述圆筒状壳体的上部装有顶板，所述顶板为平板且其与圆筒状壳体呈垂直布设，所述活塞包括活塞杆、安装在活塞杆底端且能在圆筒状壳体内进行上下移动的活塞板和安装在活塞杆顶部的推拉板，所述活塞杆与圆筒状壳体呈同轴布设，所述活塞板和推拉板均与顶板呈平行布设，所述活塞板为圆饼状橡胶板；取样过程如下：
步骤1011、密封材料涂抹：在圆筒状壳体的下部内侧壁上均匀涂抹一层密封材料，所述密封材料的涂抹高度大于所取土样的厚度；
所述密封材料由环氧树脂、乙二胺、邻苯二甲酸二丁酯和丙酮按照100︰(6～8)︰(1.5～2.5)︰(25～35)的体积比均匀混合而成；
步骤1012、土样切取：采用所述取样器切取土样，所述土样为圆柱状且其底面为原土分离面；
步骤102、土样干燥：将步骤1012中所述取样器内所切取土样烘干或风干，获得干燥后的土样；
步骤103、土样浸泡：将所述取样器倒置后，向所述取样器内添加浸泡液，直至土样全部浸泡在所述浸泡液内；
所述浸泡液由环氧树脂、丙酮、乙二胺和邻苯二甲酸二丁酯按照100︰(130～170)︰(6～8)︰(1.8～2.2)的体积比均匀混合而成；
步骤104、土样养护：步骤103中浸泡完成后静置，直至土样内部完全固化；
步骤105、土样取出：推动所述活塞，将步骤104中养护好的土样自所述取样器内取出；
步骤106、土样后续加工：对所述土样的原土分离面进行切割、磨平和抛光处理，获得土样观测面；
步骤二、电镜扫描：采用扫描电镜且分多个区域，对步骤1017中所述土样观测面进行扫描，获得多幅电镜扫描图像；
步骤三、图像拼接：将步骤二中多幅所述电镜扫描图像均传送至数据处理设备，并采用所述数据处理设备对多幅所述电镜扫描图像进行拼接，获得所述土样观测面的整幅电镜扫描图像。
上述一种土体微观结构分析用制样及图像获取方法，其特征是：步骤103中进行土样浸泡时，过程如下：
步骤1031、取样器倒置：将所述取样器倒置，并使得所述原土分离面竖直朝上；
步骤1032、初次添加浸泡液：用滴管将所述浸泡液逐滴滴至所述原土分离面上，直至所滴浸泡液完全覆盖所述原土分离面且高出所述原土分离面2mm～5mm为止；
步骤1033、活塞下拉及浸泡液后续添加：将所述活塞下拉0.5mm～20mm，之后继续向所述取土器内添加所述浸泡液，直至所述浸泡液流入土样与所述活塞之间的空腔为止。
上述一种土体微观结构分析用制样及图像获取方法，其特征是：步骤101中所述取样器还包括支撑于顶板与推拉板之间的多个恒压支撑件，多个所述恒压支撑件的结构和尺寸均相同；所述恒压支撑件包括螺纹套筒和同轴套装在螺纹套筒内的螺纹杆，所述螺纹套筒和螺纹杆均与圆筒状壳体呈平行布设。
上述一种土体微观结构分析用制样及图像获取方法，其特征是：步骤二中进行电镜扫描之前，先根据所述扫描电镜的扫描范围将所述土样观测面划分为多个扫描区域，再由先至后分多次对多个所述扫描区域分别进行扫描，每次扫描完成后均获得一幅电镜扫描图像；对任一个所述扫描区域进行扫描时，均由左至右或由右至左进行连续扫描；步骤三中图像拼接完成后，对土样的土体微观结构进行分析时，所述数据处理设备调用Image-ProPlus软件对所述整幅电镜扫描图像进行处理。
上述一种土体微观结构分析用制样及图像获取方法，其特征是：步骤104中进行土样养护时，在常温条件下进行养护；养护之前，先将所述取土器竖直倒置于试管架中。
上述一种土体微观结构分析用制样及图像获取方法，其特征是：步骤1012中进行土样切取时，先将所述取土器底部的刃口对准取土部位，再垂直向下轻压取土器，直至所述取土器内所切取土样的厚度达到所需厚度为止；之后，轻轻晃动所述取土器使其内部所取土样与原土体分离。
上述一种土体微观结构分析用制样及图像获取方法，其特征是：步骤101中所述取样器还包括支撑于顶板与推拉板之间的多个恒压支撑件，多个所述恒压支撑件的结构和尺寸均相同；步骤1033中将所述活塞下拉0.1mm～20mm后，还需将多个所述恒压支撑件支撑于顶板与推拉板之间，使得顶板与推拉板之间的间距保持不变。
上述一种土体微观结构分析用制样及图像获取方法，其特征是：步骤101中所述圆筒状壳体的壁厚为0.2mm～2mm且其内径为10mm～30mm；步骤1012中所切取土样的厚度D＝5mm～15mm。
上述一种土体微观结构分析用制样及图像获取方法，其特征是：步骤106中对所述原土分离面进行切割、磨平和抛光处理时，先采用切割机切平，再采用自动磨片机细磨，随后采用磨料进行精磨，精磨完成后再在抛光机上进行抛光；
进行精磨时，将经细磨后的所述原土分离面在毛玻璃板上研磨，研磨时手执土样作圆周运动，研磨过程中采用水作为润滑剂和冷却剂。
上述一种土体微观结构分析用制样及图像获取方法，其特征是：步骤101中所述圆筒状壳体的中下部外侧壁上设置有第一刻度尺；步骤1011中进行密封材料涂抹时，利用所述第一刻度尺对所述密封材料的涂抹高度进行测量；步骤1012中进行土样切取时，利用所述第一刻度尺对所切取土样的厚度进行测量。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、方法步骤简单、设计合理且实现方便，投入成本较低。
2、所采用的取土器结构简单、设计合理且加工制作及拆装方便，投入成本较低，轻便小巧，并且易于批量化生产，同时能重复多次使用。
3、所采用取土器取样方便，使用方式灵活，并且取样快速，工作性能稳定、可靠；取样过程简单，使用操作简便，对原状土样无扰动。
4、土样干燥、浸泡及养护过程均实现方便，不会损坏土样内部结构。
5、设置有与取土器相配合使用的恒压支撑件，易于实现，使得取土器内部存在一个局部真空腔，确保土样不发生相对位移，并且能够实现浸泡液快速渗入土样，使土样快速达到固化状态。
6、土样制备过程设计合理且实现方便，土样制备速度快、制备效率高，一次可批量制备多个土样，能在工地现场或实验室批量开展土体微观结构土样的制备，能实现土体微观结构即时观测，且能提前设定土样的取样位置。
7、所取土样体积小，并且所制作完成的土样便于野外随身携带，并且制备好的土样内部结构不会轻易损坏。由于所制备的土样固化状态，因而能简便实现土样的小型化、制备快速化和批量化生产的目的，所制备试样能真实反映土体的实际结构。
8、使用效果好且实用价值高，能在宏观条件下根据土体胶结及颗粒的相对位置，观察土体在不同历史时间环境下的原始轮廓(如原状黄土在古土壤环境下的原始轮廓等)，分析结果准确有据。并且，本发明所采用的制样及图像获取方法能有效适用至工地施工现场和实验室内的土体微观结构分析，所制成的土样能简便开展微观结构观测，能够准确分析土体在不同历史时间环境下(如黄土在古土壤环境下)的形状与粒径，并且可用于土体微观结构分析及微观结构的三维重建。综上，通过本发明能在宏观条件下观察不同历史时间环境下土体(如古土壤环境下原状黄土)的颗粒形状、粒径及成因，方法步骤简单且操作简便、快捷，取样成本低，能快速化、小型化、批量化制取土体微观结构分析用的土样。
9、适用范围广，能有效适用至黄土、膨胀土、冻土、盐渍土、软土、滑带土等土体微观结构分析中的制样及图像获取过程。
综上所述，本发明方法步骤简单、实现方便且投入成本较低、所用时间短、使用效果好，所制备试样能真实反映土体的实际结构，能简便、快速且准确对土体微观结构进行分析。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明的方法流程框图。
图2为本发明取土器的结构示意图。
图3为本发明取土器在钻孔试件上取土时的使用状态参考图。
图4为本发明取土器在水平地面上取土时的使用状态参考图。
图5为本发明取土器在倾斜地面上竖向取土时的使用状态参考图。
图6为本发明取土器在倾斜地面上倾斜向取土时的使用状态参考图。
图6-1为本发明取土器倒置后进行土样浸泡时的使用状态参考图。
图7为本发明对土样养护时的养护状态示意图。
图8-1为本发明采用扫描电镜所获取的第一电镜扫描图像。
图8-2为本发明采用扫描电镜所获取的第二电镜扫描图像。
图8-3为本发明采用扫描电镜所获取的第三电镜扫描图像。
图8-4为本发明采用扫描电镜所获取的第四电镜扫描图像。
图9为本发明拼接完成后所获得的整幅电镜扫描图像。
图10为本发明取土器上排液装置的布设位置示意图。
附图标记说明:
1—圆筒状壳体；2—顶板；3-1—活塞板；
3-2—活塞杆；3-3—推拉板；4—恒压支撑件；
4-1—螺纹套筒；4-2—螺纹杆；5—试管架；
6—土样；7—钻孔试件；7-1—排液口；
7-2—通断控制阀；8—水平地面；9—倾斜地面。
具体实施方式
实施例1
如图1所示的一种土体微观结构分析用制样及图像获取方法，包括以下步骤：
步骤一、试样制备，过程如下：
步骤101、取样：采用取样器进行取样；所述取样器包括底部带刀刃的圆筒状壳体1和同轴安装在圆筒状壳体1内的活塞，所述圆筒状壳体1的上部装有顶板2，所述顶板2为平板且其与圆筒状壳体1呈垂直布设，所述活塞包括活塞杆3-2、安装在活塞杆3-2底端且能在圆筒状壳体1内进行上下移动的活塞板3-1和安装在活塞杆3-2顶部的推拉板3-3，所述活塞杆3-2与圆筒状壳体1呈同轴布设，所述活塞板3-1和推拉板3-3均与顶板2呈平行布设，所述活塞板3-1为圆饼状橡胶板，详见图2；取样过程如下：
步骤1011、密封材料涂抹：在圆筒状壳体1的下部内侧壁上均匀涂抹一层密封材料，所述密封材料的涂抹高度大于所取土样6的厚度.
本实施例中，所述密封材料由环氧树脂、乙二胺、邻苯二甲酸二丁酯和丙酮按照100︰7︰2︰30的体积比均匀混合而成。实际使用时，所述密封材料配制简便且使用效果好，具有粘度适宜、密封性能好等优点。
实际使用时，可以根据具体需要，对所述密封材料中环氧树脂、乙二胺、邻苯二甲酸二丁酯和丙酮的体积比进行相应调整。
也就是说，实际进行涂抹时，所述密封材料均匀涂抹于圆筒状壳体1中靠近刃口且与土样6直接接触一侧的内壁上，所涂抹的密封材料能迅速固定所切取的土样6，防止土样6移动造成内部结构破坏。
步骤1012、土样切取：采用所述取样器切取土样6，所述土样6为圆柱状且其底面为原土分离面。
本实施例中，所述土样6为古环境下黄土的试样。
实际使用时，所述土样6也可以为其它历史时期的其它土体试样。
步骤102、土样干燥：将步骤1012中所述取样器内所切取土样6烘干或风干，获得干燥后的土样6。
步骤103、土样浸泡：将所述取样器倒置后，向所述取样器内添加浸泡液10，直至土样6全部浸泡在所述浸泡液10内。
本实施例中，所述浸泡液10由环氧树脂、丙酮、乙二胺和邻苯二甲酸二丁酯按照100︰150︰7︰2的体积比均匀混合而成。实际使用时，所述浸泡液10配制简便且使用效果好，具有粘度较小、热固性能好等优点。
实际使用时，可以根据具体需要，对所述浸泡液10中环氧树脂、丙酮、乙二胺和邻苯二甲酸二丁酯的体积比进行相应调整。
步骤104、土样养护：步骤103中浸泡完成后静置，直至土样6内部完全固化。
步骤105、土样取出：推动所述活塞，将步骤104中养护好的土样6自所述取样器内取出。
步骤106、土样后续加工：对所述土样6的原土分离面进行切割、磨平和抛光处理，获得土样观测面。
实际使用时，所述密封材料和所述浸泡液10中的所述环氧树脂均为双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、多官能度酚醛环氧树脂、线性酚醛环氧树脂或溴化型环氧树脂中的一种或任意几种的混合物。本实施例中，所述密封材料和所述浸泡液10中的所述环氧树脂为双酚A型环氧树脂。
本实施例中，步骤101中所述圆筒状壳体1的壁厚为0.2mm～2mm且其内径为10mm～30mm。实际使用时，可以根据具体需要，对所述圆筒状壳体1的壁厚和内径进行相应调整。
实际使用时，壁厚为0.2mm～2mm的圆筒状壳体1便于土体切取，所述活塞板3-1与圆筒状壳体1内壁紧密贴合。
本实施例中，步骤1012中所切取土样6的厚度D＝5mm～15mm。
实际使用时，可以根据具体需要，对所切取土样6的厚度D进行相应调整。
本实施例中，步骤1012中进行土样切取之前，根据需切取土样6的厚度D，先将所述活塞向外拉出，留出土样6的取样空间；之后，在圆筒状壳体1的下部内侧壁上均匀涂抹一层密封材料，再进行土样切取。
本实施例中，步骤1012中进行土样切取时，先将所述取土器底部的刃口对准取土部位，再垂直向下轻压取土器，直至所述取土器内所切取土样6的厚度达到所需厚度为止；之后，轻轻晃动所述取土器使其内部所取土样6与原土体分离。
也就是说，实际进行土样切取时，采用仿环刀法取样，取样过程简单、实现方便，只需将所述取土器的刃口对准要取土样部位后，垂直向下轻压取土器，边削边压，至土样厚度达到所需厚度后，轻轻晃动所述取土器，使所述取土器中的土样6与原土体分离。
实际进行土样切取，既可以在施工现场的地面上直接切取土样6；也可以在预先钻取的钻孔试件7上切取土样6，详见图3。其中，在水平地面8上切取土样6时，所述取土器呈竖直向布设，详见图4。在倾斜地面9上切取土样6时，所述取土器既可以呈竖直向布设，详见图5；也可以与倾斜地面9呈垂直布设，详见图6。
步骤1012中进行土样切取时，需先选定取土部位，所选定的取土部位为需通过电镜扫描进行古土壤环境下微观结构分析的土体所在位置。
本实施例中，所述活塞板3-1为橡胶板。由于土样切取之前，在圆筒状壳体1的下部内侧壁上均匀涂抹有一层密封材料，因而土样切取之后，能确保所述圆筒状壳体1内所切取土样6与活塞板3-1之间的空腔处于密封状态。
本实施例中，步骤101中所述圆筒状壳体1的中下部外侧壁上设置有第一刻度尺。并且，所述第一刻度尺为以毫米为单位的刻度。
本实施例中，步骤101中所述取样器还包括支撑于顶板2与推拉板3-3之间的多个恒压支撑件4，多个所述恒压支撑件的结构和尺寸均相同。所述恒压支撑件包括螺纹套筒4-1和同轴套装在螺纹套筒4-1内的螺纹杆4-2，所述螺纹套筒4-1和螺纹杆4-2均与圆筒状壳体1呈平行布设。
实际安装时，所述螺纹杆4-2的内端套装在螺纹套筒4-1内且其外端支顶在推拉板3-3上，所述推拉板3-3上设置有供螺纹杆4-2安装的安装槽，所述螺纹套筒4-1的内端套装在螺纹杆4-2上且其外端支顶在顶板2上，所述顶板2上设置有供螺纹套筒4-1安装的安装槽。
本实施例中，多个所述恒压支撑件4沿圆周方向布设在活塞杆3-2外侧。并且，多个所述恒压支撑件4呈均匀布设。
本实施例中，所述恒压支撑件4的数量为两个。
实际使用时，可以根据具体需要，对所述恒压支撑件4的数量以及各恒压支撑件4的布设位置进行相应调整。
本实施例中，步骤1011中进行密封材料涂抹时，利用所述第一刻度尺对所述密封材料的涂抹高度进行测量；步骤1012中进行土样切取时，利用所述第一刻度尺对所切取土样6的厚度进行测量。
本实施例中，所述螺纹套筒4-1为外侧壁上设置有第二刻度尺的透明套筒。
综上，所述取土器带有多个所述恒压支撑件4，所述取土器的一端装有活塞且其另一端为圆环形刃口，步骤103中进行土样浸泡时，所述活塞中的活塞板3-1使得所述圆筒状壳体1内所切取土样6与活塞板3-1之间的空腔处于高度密封状态，这样在土样浸泡时，能对圆筒状壳体1内的土样6的内端施工负压，从而使得所述浸泡液10能尽快浸入土样6内部以达到迅速固化效果。并且，通过多个所述恒压支撑件4使得所述圆筒状壳体1内所切取土样6与活塞板3-1之间的空腔内部始终处于恒压状态，使得土样浸泡过程中所述圆筒状壳体1内土样6的位置不会发生变化，即圆筒状壳体1的管壁与土样6之间不发生相对位移，因而能有效防止所述活塞受内压而移动并破坏土样6内部结构的现象发生。由于所述恒压支撑件4上设置有第二刻度尺，该第二刻度尺用于于观测和调节恒压支撑件4的支撑高度。
本实施例中，步骤102中进行土样干燥时，将土样6连同所述取样器内一并放入烘箱内进行烘干。实际使用时，也可以采用自然风干方式。
烘干结束之前，需每隔8min～12min对土样6进行一次称量，直到与上一次称量结果相比连续三次称量所述土样6的质量变化均不超过0.02g时，烘干过程结束。
本实施例中，采用烘箱对土样6烘烤一小时后，每隔10分钟取出称量，直到三次称量质量变化不超过0.02g，便完成土样干燥处理过程。所述土样6经干燥后，能将内部水分排出，便于所述浸泡液10快速渗透土样6并完成内部固化过程。同时，所述土样6经干燥和浸泡过程后，能有效保持土样内部固体结构和孔隙不被破坏。
本实施例中，步骤103中进行土样浸泡时，过程如下：
步骤1031、取样器倒置：将所述取样器倒置，并使得所述原土分离面竖直朝上，详见图6-1。
步骤1032、初次添加浸泡液：用滴管将所述浸泡液10逐滴滴至所述原土分离面上，直至所滴浸泡液10完全覆盖所述原土分离面且高出所述原土分离面2mm～5mm为止。
步骤1033、活塞下拉及浸泡液后续添加：将所述活塞下拉0.5mm～20mm，之后继续向所述取土器内添加所述浸泡液10，直至所述浸泡液10流入土样6与所述活塞之间的空腔为止。
由于所述取样器还包括支撑于顶板2与推拉板3-3之间的多个恒压支撑件4。本实施例中，步骤1033中将所述活塞下拉0.5mm～20mm后，还需将多个所述恒压支撑件4支撑于顶板2与推拉板3-3之间，使得顶板2与推拉板3-3之间的间距保持不变。
本实施例中，步骤1033中将所述活塞下拉0.5mm～20mm过程中，将所述取土器的活塞向下缓慢拉出，拉出后用多个所述恒压支撑件4支撑于顶板2与推拉板3-3之间，使得所述活塞的拉出长度保持不变，从而在所述圆筒状壳体1内形成恒定负压，加快步骤1033中土样6表面的浸泡液10渗透到土样6中的速度，渗透过程中不断向所述取土器中补充所述浸泡液10，直至发现所述浸泡液10流入取土器内部土样6与所述活塞之间的空腔内。
实际使用时，如图10所示，所述圆筒状壳体1的中部侧壁上也可以安装排液装置，所述排液装置用于排出流入取土器内部土样6与所述活塞之间空腔内的浸泡液10。所述排液装置包括排液口7-1和安装在排液口7-1上的通断控制阀7-2。所述圆筒状壳体1的侧壁上开有供排液口7-1安装的排液口。
本实施例中，步骤104中进行土样养护时，在常温条件下进行养护；养护之前，先将所述取土器竖直倒置于试管架5中，详见图7。所述试管架5上放置有多个所述取土器。
实际进行养护时，常温条件下为20℃～30℃温度条件下。
步骤104中进行土样养护时，待所述土样6内的所述浸泡液10中的丙酮完全挥发，土样6内部完全固化后，完成土样6的养护过程。
本实施例中，步骤105中自所述取样器内取出土样6时，通过所述活塞将完全固化的土样6从圆筒状壳体1内缓慢推出，因而土样6推出过程不会破坏土样4的内部结构。
本实施例中，步骤106中对所述原土分离面进行切割、磨平和抛光处理时，先采用切割机切平，再采用自动磨片机细磨，随后采用磨料进行精磨，精磨完成后再在抛光机上进行抛光。
进行精磨时，将经细磨后的所述原土分离面在毛玻璃板上研磨，研磨时手执土样6作圆周运动，研磨过程中采用水作为润滑剂和冷却剂。
本实施例中，自所述取样器内取出土样6后，先采用自动切割机将完全固化的土样6的原土分离面切割成平面，并用步骤1011中所述密封材料将土样6粘在载玻片上；之后，将粘在载玻片上的土样6放进自动磨片机对土样6的原土分离面进行细磨，细磨后土样6的原土分离面肉眼观测没有空洞、裂纹和擦痕；然后，将细磨后的土样6在用水作润滑剂和冷却剂，用金刚砂磨料在毛玻璃板上精磨，待土样6的原土分离面全部发亮且在斜光下检查没有擦痕后停止精磨；最后，将精磨后的土样6放置在抛光机上加抛光液进行抛光，抛光时间为2-5分钟。抛光后，获得制备完成的土样成品。
步骤二、电镜扫描：采用扫描电镜且分多个区域，对步骤1017中所述土样观测面进行扫描，获得多幅电镜扫描图像。
本实施例中，步骤二中进行电镜扫描之前，先根据所述扫描电镜的扫描范围将所述土样观测面划分为多个扫描区域，再由先至后分多次对多个所述扫描区域分别进行扫描，每次扫描完成后均获得一幅电镜扫描图像；对任一个所述扫描区域进行扫描时，均由左至右或由右至左进行连续扫描。
实际进行电镜扫描时，由于所采用扫描电镜下的视域(即扫描范围)较小，需要进行多次扫描才能将所需要的图像依次提取出来。
实际进行电镜扫描时，将土样6放在扫描电镜下进行扫描。扫描次数根据所述土样观测面的大小需要进行确定，且每一次扫描时，均由左至右或由右至左进行连续扫描。
步骤三、图像拼接：将步骤二中多幅所述电镜扫描图像均传送至数据处理设备，并采用所述数据处理设备对多幅所述电镜扫描图像进行拼接，获得所述土样观测面的整幅电镜扫描图像。
本实施例中，进行图像拼接时，所述数据处理设备采用图像处理软件Photoshop进行拼接。
实际进行图像拼接时，按各扫描区域的位置、扫描先后顺序和各幅电镜扫描图像的轮廓规律进行拼接。
本实施例中，步骤二中进行电镜扫描之前，将所述土样观测面划分为4个扫描区域，且四次扫描后获得4幅电镜扫描图像，4幅所述电镜扫描图像分别为第一电镜扫描图像、第二电镜扫描图像、第三电镜扫描图像和第四电镜扫描图像，详见图8-1、图8-2、图8-3和图8-4。经图像拼接后，得到的所述土样观测面的整幅电镜扫描图像，详见图9。
实际操作过程中，所述数据处理设备为PC机、笔记本或掌上电脑PDA。本实施例中，所述数据处理设备为PC机。
本实施例中，步骤三中图像拼接完成后，对土样6的土体微观结构进行分析时，所述数据处理设备调用Image-ProPlus软件对所述整幅电镜扫描图像进行处理。
实际进行微观结构分析时，先将拼接的所述土样观测面的整幅电镜扫描图像导入到Image-ProPlus软件中，利用Image-ProPlus软件观察分析原状黄土颗粒胶结、风化痕迹、相隔距离及颗粒边缘的规律，可将颗粒之间的风化过程及其在古土壤环境中的原始颗粒形状和粒径。
本实施例中，进行微观结构分析时，利用Image-ProPlus软件对土样6中黄土颗粒的形状及粒径进行观测。
实施例2
本实施例中，与实施例1不同的是：步骤1011中所述密封材料由环氧树脂、乙二胺、邻苯二甲酸二丁酯和丙酮按照100︰6︰2.5︰25的体积比均匀混合而成；步骤103中所述浸泡液10由环氧树脂、丙酮、乙二胺和邻苯二甲酸二丁酯按照100︰170︰6︰2.2的体积比均匀混合而成。
本实施例中，其余方法步骤和工艺参数均与实施例1相同。
实施例3
本实施例中，与实施例1不同的是：步骤1011中所述密封材料由环氧树脂、乙二胺、邻苯二甲酸二丁酯和丙酮按照100︰8︰2.5︰35的体积比均匀混合而成；步骤103中所述浸泡液10由环氧树脂、丙酮、乙二胺和邻苯二甲酸二丁酯按照100︰170︰8︰1.8的体积比均匀混合而成。
本实施例中，其余方法步骤和工艺参数均与实施例1相同。
实施例4
本实施例中，与实施例1不同的是：步骤1011中所述密封材料由环氧树脂、乙二胺、邻苯二甲酸二丁酯和丙酮按照100︰8︰1.5︰35的体积比均匀混合而成；步骤103中所述浸泡液10由环氧树脂、丙酮、乙二胺和邻苯二甲酸二丁酯按照100︰130︰8︰1.8的体积比均匀混合而成。
本实施例中，其余方法步骤和工艺参数均与实施例1相同。
实施例5
本实施例中，与实施例1不同的是：步骤1011中所述密封材料由环氧树脂、乙二胺、邻苯二甲酸二丁酯和丙酮按照100︰7︰2︰32的体积比均匀混合而成；步骤103中所述浸泡液10由环氧树脂、丙酮、乙二胺和邻苯二甲酸二丁酯按照100︰140︰7︰1.8的体积比均匀混合而成。
本实施例中，其余方法步骤和工艺参数均与实施例1相同。
实施例6
本实施例中，与实施例1不同的是：步骤1011中所述密封材料由环氧树脂、乙二胺、邻苯二甲酸二丁酯和丙酮按照100︰6︰1.5︰35的体积比均匀混合而成；步骤103中所述浸泡液10由环氧树脂、丙酮、乙二胺和邻苯二甲酸二丁酯按照100︰140︰7︰1.8的体积比均匀混合而成。
本实施例中，其余方法步骤和工艺参数均与实施例1相同。
实施例7
本实施例中，与实施例1不同的是：步骤1011中所述密封材料由环氧树脂、乙二胺、邻苯二甲酸二丁酯和丙酮按照100︰6︰1.5︰25的体积比均匀混合而成；步骤103中所述浸泡液10由环氧树脂、丙酮、乙二胺和邻苯二甲酸二丁酯按照100︰130︰6︰1.8的体积比均匀混合而成。
本实施例中，其余方法步骤和工艺参数均与实施例1相同。
实施例8
本实施例中，与实施例1不同的是：步骤1011中所述密封材料由环氧树脂、乙二胺、邻苯二甲酸二丁酯和丙酮按照100︰6︰2.5︰35的体积比均匀混合而成；步骤103中所述浸泡液10由环氧树脂、丙酮、乙二胺和邻苯二甲酸二丁酯按照100︰130︰6︰2.2的体积比均匀混合而成。
本实施例中，其余方法步骤和工艺参数均与实施例1相同。
实施例9
本实施例中，与实施例1不同的是：步骤1011中所述密封材料由环氧树脂、乙二胺、邻苯二甲酸二丁酯和丙酮按照100︰8︰2.5︰25的体积比均匀混合而成；步骤103中所述浸泡液10由环氧树脂、丙酮、乙二胺和邻苯二甲酸二丁酯按照100︰170︰8︰2.2的体积比均匀混合而成。
本实施例中，其余方法步骤和工艺参数均与实施例1相同。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
Claims (9)
1.一种土体微观结构分析用制样及图像获取方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
步骤一、试样制备，过程如下：
步骤101、取样：采用取样器进行取样；所述取样器包括底部带刀刃的圆筒状壳体(1)和同轴安装在圆筒状壳体(1)内的活塞，所述圆筒状壳体(1)的上部装有顶板(2)，所述顶板(2)为平板且其与圆筒状壳体(1)呈垂直布设，所述活塞包括活塞杆(3-2)、安装在活塞杆(3-2)底端且能在圆筒状壳体(1)内进行上下移动的活塞板(3-1)和安装在活塞杆(3-2)顶部的推拉板(3-3)，所述活塞杆(3-2)与圆筒状壳体(1)呈同轴布设，所述活塞板(3-1)和推拉板(3-3)均与顶板(2)呈平行布设，所述活塞板(3-1)为圆饼状橡胶板；取样过程如下：
步骤1011、密封材料涂抹：在圆筒状壳体(1)的下部内侧壁上均匀涂抹一层密封材料，所述密封材料的涂抹高度大于所取土样(6)的厚度；
所述密封材料由环氧树脂、乙二胺、邻苯二甲酸二丁酯和丙酮按照100︰(6～8)︰(1.5～2.5)︰(25～35)的体积比均匀混合而成；
步骤1012、土样切取：采用所述取样器切取土样(6)，所述土样(6)为圆柱状且其底面为原土分离面；
步骤102、土样干燥：将步骤1012中所述取样器内所切取土样(6)烘干或风干，获得干燥后的土样(6)；
步骤103、土样浸泡：将所述取样器倒置后，向所述取样器内添加浸泡液(10)，直至土样(6)全部浸泡在所述浸泡液(10)内；
所述浸泡液(10)由环氧树脂、丙酮、乙二胺和邻苯二甲酸二丁酯按照100︰(130～170)︰(6～8)︰(1.8～2.2)的体积比均匀混合而成；
步骤104、土样养护：步骤103中浸泡完成后静置，直至土样(6)内部完全固化；
步骤105、土样取出：推动所述活塞，将步骤104中养护好的土样(6)自所述取样器内取出；
步骤106、土样后续加工：对所述土样(6)的原土分离面进行切割、磨平和抛光处理，获得土样观测面；
步骤二、电镜扫描：采用扫描电镜且分多个区域，对步骤1017中所述土样观测面进行扫描，获得多幅电镜扫描图像；
步骤三、图像拼接：将步骤二中多幅所述电镜扫描图像均传送至数据处理设备，并采用所述数据处理设备对多幅所述电镜扫描图像进行拼接，获得所述土样观测面的整幅电镜扫描图像；
步骤101中所述取样器还包括支撑于顶板(2)与推拉板(3-3)之间的多个恒压支撑件(4)，多个所述恒压支撑件的结构和尺寸均相同；所述恒压支撑件包括螺纹套筒(4-1)和同轴套装在螺纹套筒(4-1)内的螺纹杆(4-2)，所述螺纹套筒(4-1)和螺纹杆(4-2)均与圆筒状壳体(1)呈平行布设。
2.按照权利要求1所述的一种土体微观结构分析用制样及图像获取方法，其特征在于：步骤103中进行土样浸泡时，过程如下：
步骤1031、取样器倒置：将所述取样器倒置，并使得所述原土分离面竖直朝上；
步骤1032、初次添加浸泡液：用滴管将所述浸泡液(10)逐滴滴至所述原土分离面上，直至所滴浸泡液(10)完全覆盖所述原土分离面且高出所述原土分离面2mm～5mm为止；
步骤1033、活塞下拉及浸泡液后续添加：将所述活塞下拉0.5mm～20mm，之后继续向所述取土器内添加所述浸泡液(10)，直至所述浸泡液(10)流入土样(6)与所述活塞之间的空腔为止。
3.按照权利要求1或2所述的一种土体微观结构分析用制样及图像获取方法，其特征在于：步骤二中进行电镜扫描之前，先根据所述扫描电镜的扫描范围将所述土样观测面划分为多个扫描区域，再由先至后分多次对多个所述扫描区域分别进行扫描，每次扫描完成后均获得一幅电镜扫描图像；对任一个所述扫描区域进行扫描时，均由左至右或由右至左进行连续扫描；步骤三中图像拼接完成后，对土样(6)的土体微观结构进行分析时，所述数据处理设备调用Image-ProPlus软件对所述整幅电镜扫描图像进行处理。
4.按照权利要求1或2所述的一种土体微观结构分析用制样及图像获取方法，其特征在于：步骤104中进行土样养护时，在常温条件下进行养护；养护之前，先将所述取土器竖直倒置于试管架(5)中。
5.按照权利要求1或2所述的一种土体微观结构分析用制样及图像获取方法，其特征在于：步骤1012中进行土样切取时，先将所述取土器底部的刃口对准取土部位，再垂直向下轻压取土器，直至所述取土器内所切取土样(6)的厚度达到所需厚度为止；之后，轻轻晃动所述取土器使其内部所取土样(6)与原土体分离。
6.按照权利要求2所述的一种土体微观结构分析用制样及图像获取方法，其特征在于：步骤101中所述取样器还包括支撑于顶板(2)与推拉板(3-3)之间的多个恒压支撑件(4)，多个所述恒压支撑件的结构和尺寸均相同；步骤1033中将所述活塞下拉0.5mm～20mm后，还需将多个所述恒压支撑件(4)支撑于顶板(2)与推拉板(3-3)之间，使得顶板(2)与推拉板(3-3)之间的间距保持不变。
7.按照权利要求1或2所述的一种土体微观结构分析用制样及图像获取方法，其特征在于：步骤101中所述圆筒状壳体(1)的壁厚为0.2mm～2mm且其内径为10mm～30mm；步骤1012中所切取土样(6)的厚度D＝5mm～15mm。
8.按照权利要求1或2所述的一种土体微观结构分析用制样及图像获取方法，其特征在于：步骤106中对所述原土分离面进行切割、磨平和抛光处理时，先采用切割机切平，再采用自动磨片机细磨，随后采用磨料进行精磨，精磨完成后再在抛光机上进行抛光；
进行精磨时，将经细磨后的所述原土分离面在毛玻璃板上研磨，研磨时手执土样(6)作圆周运动，研磨过程中采用水作为润滑剂和冷却剂。
9.按照权利要求1或2所述的一种土体微观结构分析用制样及图像获取方法，其特征在于：步骤101中所述圆筒状壳体(1)的中下部外侧壁上设置有第一刻度尺；步骤1011中进行密封材料涂抹时，利用所述第一刻度尺对所述密封材料的涂抹高度进行测量；步骤1012中进行土样切取时，利用所述第一刻度尺对所切取土样(6)的厚度进行测量。
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| CN102419267A (zh) * | 2011-12-15 | 2012-04-18 | 南京大学 | 基于微观结构分析的室内模型试验取土装置及取土方法 |
| CN102603056A (zh) * | 2012-02-28 | 2012-07-25 | 中国科学院过程工程研究所 | 一种微生物聚集体或土壤样品预处理及空间结构分析方法 |
| CN103123304A (zh) * | 2011-11-18 | 2013-05-29 | 长江大学 | 一种活塞式土壤取样器 |
| CN103323298A (zh) * | 2013-05-08 | 2013-09-25 | 西安科技大学 | 一种双活塞式原状黄土扫描电镜样品制备方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59165717A (ja) * | 1983-03-10 | 1984-09-19 | Penta Ocean Constr Co Ltd | 土壌サンプリング装置 |
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2014
- 2014-06-30 CN CN201410309689.6A patent/CN104048980B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (5)
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| 图像拼接方法及其关键技术研究;蔡丽欢等;《计算机技术与发展》;20080331;第18卷(第3期);1-4、20 * |
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